浅谈楞次定律、惯性定律及勒沙特列原理中的“阻碍”

蒋海炳

（浙江省宁波市象山县第二中学）

浅谈楞次定律、惯性定律及勒沙特列原理中的“阻碍”

蒋海炳

（浙江省宁波市象山县第二中学）

人教版中楞次定律是这样表述的：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。电磁感应现象中的磁体具有保持原有状态，阻碍磁通量变化的性质，这不禁让笔者想到了另外的两条规律：惯性定律和勒沙特列原理。惯性定律是物理学中一个非常基本的定律，又称牛顿第一定律。其具体表述为：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。可见，惯性定律更加直接地表达了物体具有维持原有状态，阻碍状态变化的性质。勒沙特列原理：如果改变影响化学平衡的一个条件（浓度，温度，压强等），平衡就向减弱这种改变的方向移动。这虽然是化学平衡中的原理，但是它同样体现出了物体或者物体系统具有保持原有原状，阻碍状态改变这样的性质。那么，它们三者的“阻碍”到底有哪些相同点和不同点呢？

一、相同点

1.阻碍的对象相同

楞次定律、惯性定律和勒沙特列原理三者均表达了物体（物体系统）具有保持原有状态的性质，都会对引起它们改变的外因起到阻碍的作用。它们阻碍的是“改变”。

对于惯性，人们都不陌生：如果不受外力，静止的物体将永远保持静止状态，运动的物体将会做匀速直线运动一直运动下去。说明物体自身具有阻碍运动状态改变的本领。

楞次定律中的“阻碍”，是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。例如，穿过线圈原磁场方向向下（如图1所示），并且磁铁在向下运动，对于线圈来说，向下的磁通量在变大，这一变化使得线圈中产生了感应电流，而感应电流产生的磁场又反过来给向下运动的磁铁一个向上的磁场力，阻碍它的继续靠近，继而阻碍线圈筒中磁通量的增加。

图1

勒沙特列原理认为，处于平衡状态的化学反应，如果改变了温度、压强、浓度等能够影响反应的其中一个条件时，化学反应会向着减弱这个影响的方向进行。通过平衡的移动，来阻碍整个物体系统的状态改变。比如，某个反应是吸热反应，则升高温度，反应将向正方向进行，我们可以理解成为，系统要升高温度，则反应平衡会向着吸收热量的方向进行，以阻碍系统温度的升高；同理，如果降低温度，则反应平衡向反方向移动，我们可以理解为，反应系统温度要降低，则反应平衡会向着放出热量的方向进行，以阻碍系统温度的降低。从这点看，勒沙特列原理也阻碍“变化”，跟惯性定律、楞次定律类似。

2.阻碍的结果相同

三条规律都讲到了会对引起它们改变的外因起到阻碍作用，但是都只是阻碍，结果却是阻而不止。

原本处于平衡状态的物体，当受到的合力不为零时，物体的运动状态就会发生变化，不会因为物体有惯性而不发生改变。

在电磁感应现象中，（如图1）磁铁在向下运动过程中，通过线圈的磁通量变大，由楞次定律可知，磁铁会受到阻碍磁铁向下运动的力，但是磁铁还是会向下运动，向下的磁通量还是继续增大。有阻碍的行为，但是阻碍的结果只是延缓了穿过这一过程，并没有阻止住变化的发生。勒沙特列原理中阻碍的结果怎么样呢？

处于反应平衡状态下，加入反应物O2之后，反应物浓度增加，平衡必将向正方向进行，以抵抗反应物的增多，但是等反应达到新的平衡之后，反应物与生成物的浓度都变大了。当然，O2浓度比未加入之前肯定要大。所以从结果看，与其他两条规律相似，都采取阻碍的行动，但最终还是逃不脱阻而不止的结果。

3.阻碍作用都与物体（物体系统）自身性质有关系

在惯性定律中，欲使物体的运动状态发生改变，需要给物体以力的作用，在相同的作用力作用下，质量大的物体加速度小，物体的运动状态改变来得慢，相反质量小的物体得到的加速度反而大，运动状态容易改变。比如，外观相同并以相同速度行驶的空载大客车和满载大客车，急刹车之后满载大客车滑行的距离要比空载大客车远，我们就知道了，满载大客车的惯性比空载大客车要大。所以质量越大的物体惯性越大，运动状态越不容易改变，物体的惯性大小仅与物体自身的质量有关，而与其他因素无关。

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但是楞次定律中没有提及阻碍作用与磁体本身性质之间存在什么关系。法拉第电磁感应定律，除了n表示线圈匝数以外，看不到与线圈自身属性有关的信息。但在自感现象中，自感电动势E=，可以看出自感电动势的大小是跟自感系数L成正比的，而自感系数L则是由自感线圈本身的特性决定的，如线圈大小、线圈形状、圈数等。自感系数L越大，自感线圈对电流改变的阻碍作用也就越强大，这种阻碍作用来源于物体自身，与惯性定律有一定的相似性。

在可逆反应中，反应进行的程度与该化学反应本身有关，对于可逆反应来说，在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，各生成物的物质的量浓度乘积和反应物的物质的量浓度乘积的比值是个常数，此常数称为该反应的化学平衡常数。常数的值越大，说明反应进行得越完全。从这个方面看，勒沙特列原理的阻碍也是会受到化学反应本身约束的，不同的化学反应之间也不一样，可以说，勒沙特列原理的“阻碍”是与化学反应本身有关的。这一点也与惯性定律及楞次定律相似。

二、不同点

1.三条规律表述的侧重点不同

惯性定律强调的是物体具有保持原有运动状态的性质，强调的是运动状态尚未改变之前。而楞次定律则是强调如果改变了会怎么样，所以说是强调改变了之后会产生什么样的后果，改变的后果会反过来阻碍此改变的继续发生。勒沙特列原理所讨论的也是当反应条件发生了改变之后，整个体系化学反应平衡会怎么移动，这个移动的直接结果是阻碍了引起平衡移动的反应条件的改变。所以，楞次定律和勒沙特列原理所强调的都是当状态改变之后的后续变化。

2.三者都有阻碍作用，但产生阻碍的条件却是不一样的

惯性是物体的固有属性，任何物体都有，物体在任何情况下都有，不会因为物体有没有受到外力而改变，也与物体的运动状态无关。所以物体的这种阻碍运动状态改变的行为是无条件的。

同样，处于化学平衡状态的物体系统，如果不去改变反应条件，化学平衡也不会移动。只有当外界对处于平衡状态的系统进行破坏，改变反应的条件了，平衡才会移动，直到达到新平衡。从这点看，与楞次定律相似。

3.楞次定律与勒沙特列原理都是对引起变化的原因进行阻碍，但是所采取阻碍的方式不一样

图2

楞次定律的阻碍，是通过额外产生出感应电流，再通过产生出的感应电流的磁场来反作用于原磁场，进而起到阻碍原磁场变化的作用。如果原来通过线圈的磁通量是向下的（如图2），并且向下的磁通量在变大，为了阻碍其继续变大，额外产生一个感应电流，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，反过来阻碍原磁通的变大。如果原来通过线圈的磁通量是向下的，并且向下的磁通量在减小，为了阻碍其继续减小，线圈中同样会产生出感应电流，而感应电流的磁场会和原来通过线圈的磁场同向，起到阻碍原磁通减少的作用。

勒沙特列原理同样是阻碍变化，但是它采取的是通过平衡的移动，例如，在一个处于平衡态的反应中增加反应物的浓度，平衡会向阻碍这种变化的方向发展，即向正方向进行，反过来提取出一部分反应物，使反应物的浓度降低了，反应同样会向阻碍这一变化的方向进行，即平衡会向逆反应方向进行。改变生成物浓度，或者改变温度、压强，平衡同样会向着削弱这种改变的方向移动，或者说平衡同样会向着阻碍这种改变的方向移动。

他山之石，可以攻玉。自然科学中的许多原理、定律都是相通的，物理学里边的规律有时可以用来解释化学、生物或其他学科中的现象，化学里的规律同样可以启发我们分析解决物理学问题。如果能够对相似的规律进行比较教学，学生对这些规律、定理的理解必然会更加深刻，或许能够得到意想不到的效果。

［1］黄文利，李霆.品楞次定律“阻碍”之味［J］.中学物理教学参考，2003（10）.

［2］韩秀梅.以“阻碍”带动楞次定律教学［J］.山西财经大学学报，2002.

［3］马俊杰.由惯性定律与楞次定律想到的［J］.物理教学探讨，2006（9）.

［4］牛德云.谈谈如何深刻理解楞次定律的实质［J］.太原教育学院学报，2004（12）.

·编辑薄跃华