楞次定律有两种常用的表述形式, 第一种是“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”, 它反映了感应电流的方向应遵循的规律, 运用这一规律判断感应电流的方向时, 首先要明确原来磁场的方向;然后要明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少;再根据楞次定律确定感应电流的磁场方向;最后利用安培定则确定感应电流的方向, 每个环节必须准确。第二种是“感应电流产生的效果总是要阻碍引起感应电流的原因”, 它反映了感应电流产生的某种机械效果, 表现为:“来拒去留”。
笔者通过几道学生易错的典型试题, 通过分析、纠正, 以帮助学生明确该类问题的正确求解。
问题1:如图1所示, 两个大小相同且相互绝缘的导线环, B环有一半面积在A环内, 当开关S由原来的闭合状态断开时 ()
A、B环内有顺时针方向的感应电流。
B、B环内有逆时针方向的感应电流。
C、B环内不产生感应电流
D、无法确定。
错解C。分析:学生知道磁通量φ=BS, 由题可知, B环有一半面积在A环内, 且环形电流内外的磁场方向相反, 错误的认为B环内原磁场的总磁通量为零, 当开关S由原来的闭合状态断开时, B环内的总磁通量仍为零, 没有变化, B环内不产生感应电流。
正解:本题的关键是明确B环中原磁场的方向。学生只判断了环形电流内外的磁场方向相反, 却没考虑到环形电流的内外磁场强弱不同, 环形电流内部磁感线密集, 外部稀疏, 由安培定则可知A环内部的磁场方向为垂直纸面向外, 即为B环内的原磁场方向, 总磁通量不为零。当开关S由原来的闭合状态断开时, 垂直纸面向外的原磁场减弱, B环内感应电流的磁场方向与原磁场方向相同, 故B环内感应电流的方向为逆时针方向。正确选项应为B。
问题2:如图2所示, 一个金属圆环A用线吊着, 套在一个通电螺线管上, 并处于螺线管正中央位置, 若螺线管中图示电流突然变大, 则 () :
A、圆环A会受到沿半径向外拉伸的力
B、圆环A会受到沿半径向内压挤的力
C、圆环A会受到向右的力
D、圆环A会受到向左的力。
错解B。分析:安培定则可知, 通电螺线管内部的磁场方向为水平向左, A环内的原磁场也是水平向左。当螺线管中的电流突然变大时, 则A环内的磁通量也随之增大, A环中感应电流的磁场要阻碍原磁场的磁通量增大。由于磁通量φ=BS, 大多数的学生认为只要减小圆环A的面积就能阻碍磁通量的增大, 所以圆环A所受到的力的效果必使A环面积减小。
正解:本题的关键是明确A环磁通量的变化与环A面积大小的关系。由于环A套在螺线管之外, 而螺线管外部的磁感线与内部磁感线是闭合的, 且外部磁场弱于内部磁场, 螺线管中电流增大时, 环A中净磁通量在增大。当环A面积减小时, 则环A内的总磁通量却是增大的;当环A面积增大时, 环A内的总磁通量是减少的, 故本题的正确选项为A。
问题3:如图3所示, 不计电源内阻和除变阻器R以外的一切外电阻, 当滑动触头P向右匀速滑动时, 用丝线悬挂着的闭合金属环M将:
A.不动B.向左摆动C.向右摆动D.向上运动
错解A。分析:选择答案A的学生主要是从“匀速向右滑动”中得到的启示。因为匀速滑动就意味着R是均匀变化的, 那么均匀变化又意味着什么呢?有些学生错误的认为一定和某种恒定不变的量相联系, 如均匀变化的电场产生恒定的磁场, 速度均匀变化表明加速度恒定, 磁通量均匀变化产生恒定电动势等, 所以这部分学生敏感地意识到, R的均匀变化, 一定是在L2中产生恒定不变的电动势。
正解:仔细分析由于R的变化引起I的变化, I与R成反比, 其变化规律如图4所示。由于R与t成正比, 图4也反映了I与t的函数关系。由界线的斜率可以直观的看出电流的变化率是逐渐减小的, 在L2中产生的电动势、通过L3的电流是逐渐减小的。所以L3中的磁场也是逐渐减弱的, 对闭合环M而言, 就相当于磁铁从圆环中抽出一样, 所以M向左摆动。正确选项为B。
总之, 根据题意灵活运用楞次定律的这两种表述, 会使分析解答准确、快捷。
摘要：楞次定律:“感应电流具有这样的方向, 即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”正确的理解才能运用自如。
关键词：教学创新,磁通量,感应电流
参考文献
[1] 赵凯华.电磁学[M].高等教育出版社, 2004.
[2] 朱铁成.中学物理研究性学习设计范例与指导[M].广东教育出版社, 2003.
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