论文部分内容阅读
楞次定律是确定感应电流方向的普遍适用的重要规律。它的内容抽象，涉及到电与磁之间复杂的相互关系。
高中物理对楞次定律的表述为：“感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”这个定律包含两层意义：
（1）因果关系，闭合导体回路中磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果，简要地说，只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。
（2）符合能量守恒定律。感应电流的磁场对闭合导体回路中磁通量的变化起着阻碍作用，这种作用正是能量守恒这一普遍定律在电磁感应现象中的体现。
正确理解和准确无误地应用楞次定律，应该注意如下几点：
1、从电磁感应现象的几个实验剖析楞次定律，首先要弄清楚下述几方面的内容：
（1） “引起感应电流的磁通量”是什么？它就是原磁场及其产生的在闭合线圈内的磁通量。由于它的存在和变化，才引起闭合线圈产生感应电流，它是发生电磁感应现象的外因，是一个不可缺少的条件。
（2） “感应电流的磁场”，意思非常明显，电磁感应现象一旦发生、闭合回路中就会产生电流，根据电流产生磁场的原理，感应电流本身也要产生磁场，这个磁场在回路中与原磁场叠加的结果是两种：一种是同向叠加，对闭合回路中的磁通量起补偿、增加作用，另一种是反向叠加，对回路中的磁通量起抵消、减少作用。
（3） “磁通量的变化”只有两种方式：增大和减少。从无到有、从少到多属增大；从多到少、从有到无属减少。
（4） “阻碍磁通量的变化”。既然原磁通量的变化方式只有两种，则阻碍这种变化的方式当然也只有两种。即：①对增大的变化，则要阻碍其增大；②对减小的变化，则要阻碍其减小。
值得提醒的是：阻碍的对象是“变化”，而决非磁通量。否则就会得出“感应电流的磁场总是与原磁场方向相反”的错误结论。阻碍磁通量和阻碍磁通量的变化是完全不同的。它正象阻碍物体的运动和阻碍物体运动变化的不同一样。
2、抓住定律的实质是正确理解和应用楞次定律的关键。
根据上述四个要点可发现：引起感应电流的原磁场产生的磁通量的变化方式只有两种，而阻碍这种变化的感应电流的磁场所产生的磁通量的阻碍方式也只有两种。据此，可得判断感应电流的如下两条主要方法，即：
（1）原磁场磁通量增大时，感应电流的磁场必与原磁场方向相反；这样才能实现阻碍回路中磁通量的（增大）变化。
（2）原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场必与原磁场方向相同；这样才能实现阻碍回路中磁通量的（减少）变化。
上述判断方法是来自对定律实质的深刻理解，是准确应用楞次定律的基础。
3、判断感应电流的步骤。
在上述两条主要判断法中，都涉及到两磁场方向的关系— 同向和反向。可见，两磁场的方向若知其一，便知其二。这样，我们可将两条主要判断法向两头延伸成判断感应电流方向的四个步骤：
（1）确定原磁场的方向。原磁场可以是磁铁形成的，也可以是电流形成的。
（2）确定穿过闭合导体回路的磁通量是如何变化的，这是产生感应电流的必要条件。磁通量的变化无外乎两种：一是增加；二是减少。
（3）根据楞次定律确定感应电流所产生的磁场方向。穿过闭合导体回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；穿过闭合导体回路的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
（4）运用安培定则根据感应电流的磁场方向判断感应电流方向。
[例1]：如图1.规格相同的甲、乙两磁铁 自同一高度自由下落，甲在下落途中穿过接有电流计的闭合线圈。试问：电流计为什么会出现两种偏向？甲、乙两磁铁为什么不同时落地？
[解析]：甲在逐渐靠近线圈的下落过程中，使线圈中的磁通量逐渐增加，感应电流磁场必阻碍这种增加而与向下的原磁场方向相反，由感应电流磁场用安培定则得知线圈中电流方向由A经G至B；在磁铁穿出线圈的过程中，线圈内磁通量减少，感应电流磁场的方向必与向下的原磁场方向相同，用安培定则可判定感应电流方向由B经G至A。因此，电流计有两种不同的偏向。
因磁铁在下落逼近线圈的过程中，感应电流磁场方向向上，排斥磁铁进入线圈，重力克服磁力做功使磁铁进入线圈；磁铁离开线圈过程中要受感应电流磁场 的引力作用，重力又克服引力做功使磁铁继续下落。重力两次做功都使其重力勢能的一部分转化为电能，余下部分转化为动能；磁铁乙只有动势能之间的转化，因此磁铁甲的动能小于乙的动能，故两磁铁不会同时落地。
本例说明：楞次定律跟能的转化和守恒定律是完全相符的。
[例2]：在图2的匀强磁场中，有一根质量为m、长为L的AB导线，两端用一轻质细导线闭合成回路，当导线AB在磁感应强度为B的磁场中自由匀速下落时，求感应电流的大小和方向？
[解析]：当导线匀速下落时，重力等于安培力。
导线下落，闭合回路ABCA内磁通量减少，线圈中感应电流的磁场必与原磁场方向相同，由安培定则得知感应电流方向是由B流向A。
如果用右手定则，也能得到上述电流方向。
本例说明，对同一个电磁感应现象，用楞次定律和右手定则来判断感应电流的方向是完全一致的，究竟选用哪种方法视其方便而定。
总之，真正理解楞次定律内容实质，这样才能准确无误地应用它来判定感应电流的方向或分析电磁感应现象中的能量转化关系。
高中物理对楞次定律的表述为：“感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”这个定律包含两层意义：
（1）因果关系，闭合导体回路中磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果，简要地说，只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。
（2）符合能量守恒定律。感应电流的磁场对闭合导体回路中磁通量的变化起着阻碍作用，这种作用正是能量守恒这一普遍定律在电磁感应现象中的体现。
正确理解和准确无误地应用楞次定律，应该注意如下几点：
1、从电磁感应现象的几个实验剖析楞次定律，首先要弄清楚下述几方面的内容：
（1） “引起感应电流的磁通量”是什么？它就是原磁场及其产生的在闭合线圈内的磁通量。由于它的存在和变化，才引起闭合线圈产生感应电流，它是发生电磁感应现象的外因，是一个不可缺少的条件。
（2） “感应电流的磁场”，意思非常明显，电磁感应现象一旦发生、闭合回路中就会产生电流，根据电流产生磁场的原理，感应电流本身也要产生磁场，这个磁场在回路中与原磁场叠加的结果是两种：一种是同向叠加，对闭合回路中的磁通量起补偿、增加作用，另一种是反向叠加，对回路中的磁通量起抵消、减少作用。
（3） “磁通量的变化”只有两种方式：增大和减少。从无到有、从少到多属增大；从多到少、从有到无属减少。
（4） “阻碍磁通量的变化”。既然原磁通量的变化方式只有两种，则阻碍这种变化的方式当然也只有两种。即：①对增大的变化，则要阻碍其增大；②对减小的变化，则要阻碍其减小。
值得提醒的是：阻碍的对象是“变化”，而决非磁通量。否则就会得出“感应电流的磁场总是与原磁场方向相反”的错误结论。阻碍磁通量和阻碍磁通量的变化是完全不同的。它正象阻碍物体的运动和阻碍物体运动变化的不同一样。
2、抓住定律的实质是正确理解和应用楞次定律的关键。
根据上述四个要点可发现：引起感应电流的原磁场产生的磁通量的变化方式只有两种，而阻碍这种变化的感应电流的磁场所产生的磁通量的阻碍方式也只有两种。据此，可得判断感应电流的如下两条主要方法，即：
（1）原磁场磁通量增大时，感应电流的磁场必与原磁场方向相反；这样才能实现阻碍回路中磁通量的（增大）变化。
（2）原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场必与原磁场方向相同；这样才能实现阻碍回路中磁通量的（减少）变化。
上述判断方法是来自对定律实质的深刻理解，是准确应用楞次定律的基础。
3、判断感应电流的步骤。
在上述两条主要判断法中，都涉及到两磁场方向的关系— 同向和反向。可见，两磁场的方向若知其一，便知其二。这样，我们可将两条主要判断法向两头延伸成判断感应电流方向的四个步骤：
（1）确定原磁场的方向。原磁场可以是磁铁形成的，也可以是电流形成的。
（2）确定穿过闭合导体回路的磁通量是如何变化的，这是产生感应电流的必要条件。磁通量的变化无外乎两种：一是增加；二是减少。
（3）根据楞次定律确定感应电流所产生的磁场方向。穿过闭合导体回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；穿过闭合导体回路的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
（4）运用安培定则根据感应电流的磁场方向判断感应电流方向。
[例1]：如图1.规格相同的甲、乙两磁铁 自同一高度自由下落，甲在下落途中穿过接有电流计的闭合线圈。试问：电流计为什么会出现两种偏向？甲、乙两磁铁为什么不同时落地？
[解析]：甲在逐渐靠近线圈的下落过程中，使线圈中的磁通量逐渐增加，感应电流磁场必阻碍这种增加而与向下的原磁场方向相反，由感应电流磁场用安培定则得知线圈中电流方向由A经G至B；在磁铁穿出线圈的过程中，线圈内磁通量减少，感应电流磁场的方向必与向下的原磁场方向相同，用安培定则可判定感应电流方向由B经G至A。因此，电流计有两种不同的偏向。
因磁铁在下落逼近线圈的过程中，感应电流磁场方向向上，排斥磁铁进入线圈，重力克服磁力做功使磁铁进入线圈；磁铁离开线圈过程中要受感应电流磁场 的引力作用，重力又克服引力做功使磁铁继续下落。重力两次做功都使其重力勢能的一部分转化为电能，余下部分转化为动能；磁铁乙只有动势能之间的转化，因此磁铁甲的动能小于乙的动能，故两磁铁不会同时落地。
本例说明：楞次定律跟能的转化和守恒定律是完全相符的。
[例2]：在图2的匀强磁场中，有一根质量为m、长为L的AB导线，两端用一轻质细导线闭合成回路，当导线AB在磁感应强度为B的磁场中自由匀速下落时，求感应电流的大小和方向？
[解析]：当导线匀速下落时，重力等于安培力。
导线下落，闭合回路ABCA内磁通量减少，线圈中感应电流的磁场必与原磁场方向相同，由安培定则得知感应电流方向是由B流向A。
如果用右手定则，也能得到上述电流方向。
本例说明，对同一个电磁感应现象，用楞次定律和右手定则来判断感应电流的方向是完全一致的，究竟选用哪种方法视其方便而定。
总之，真正理解楞次定律内容实质，这样才能准确无误地应用它来判定感应电流的方向或分析电磁感应现象中的能量转化关系。