如何理解楞次定律中的“阻碍”？.doc

完整版)如何理解楞次定律中的“阻碍”？
如何理解楞次定律中的“阻碍"？
李树祥（特级教师）
楞次定律的内容中有“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化”，那么,我们应如何理解这个阻碍呢?
一， 从磁通量的角度看是阻碍原磁通量的变化。对此要搞清以下四个问题：
1、 是谁阻碍谁？在此问题上，要搞清因果关系，原磁场的磁通量变化是因，产生的感应电流是果，是果即感应电流产生的磁场阻碍了因即原磁通量的变化
2、 阻碍什么?是阻碍磁通量的变化，而不是阻碍原磁通量本身，即不是感应电流产生的磁场总是和原磁场反向相反而和原磁通量相抵消而使磁通量减少
3、 如何阻碍？当原磁通量增加时，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反而阻碍增加；当原磁通量减少时，感应电流产生的磁场与原磁场方向相同而阻碍减少，这种感应电流磁场方向与原磁场方向间关系通常称作“增反减同”
4、 结果如何？阻碍原磁通量的变化并不是阻止变化，只是延缓了磁通量变化的快慢，结果是增加的还是增加,减少的继续减少
据此理解，我们可以很方便的判断感应电流的方向.

例1　如图1所示，导线框abcd与导线在同一平面内，直导线中通有恒定电流I，当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中的感应电流的方向是怎样的？

解析　在线圈越过导线过程中,线圈左边部分磁通量穿出,而右边部分磁通量穿入，如图2所示,当跨在导线左边的线圈面积大于右边面积时，合磁通量是向外的且逐渐减小,为阻碍这个方向磁通量的减小，感应电流的方向是沿abcda；当跨在导线左边的线圈面积小于右边面积时，合磁通量是向内的且逐渐增加,为阻碍向内方向的磁通量增大，感应电流的方向仍是沿abcda。所以,匀速通过直导线时，电流方向是沿abcda。
例2、两圆环A、B置于同一水平面上，其中A为均匀带电绝缘环，B为导体环,当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示方向的感应电流．则
(A）A可能带正电且转速减小　　
（B）A可能带正电且转速增大
（C）A可能带负电且转速减小　　
（D）A可能带负电且转速增大
解析：若A带正电，则A环中有顺时针方向的电流，则原磁场垂直A环向里，而感应电流的磁场方向垂直B环向外，由增反减同,说明原磁场在增加，转速在增大;若A环带负电,，则则A环中有逆时针方向的电流，则原磁场垂直A环向外，而感应电流的磁场方向垂直B环向外,说明原磁场在减小,原电流在减小，转速减小,所以B、C正确.
二、从能量守恒的角度来看，感应电流的磁场总是在阻碍着它自己的产生，为了维持感应电流,就必须克服这个阻碍作用而做功，使其它能量转化成电能。这就是感应电流能量的来源

例3．如图所示，在竖直平面有一个形状为抛物线的光滑轨道，其下半部分处在一个垂直纸面向里的磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中虚线所示）。一个小金属环从轨道上y=b（b>a）处以速度v沿轨道下滑,假设轨道足够长，且空气阻力不计，小金属环在曲面上运动的整个过程中损失的机械能总量为，则( BC ）.
A．若磁场为匀强磁场，
B．若磁场为匀强磁场,
C．若磁场为非匀强磁场， 图3
D．若磁场为非匀强磁场，
解析:当小金属环进出磁场时,由于磁通量发生变化，导致感应电流的产生,使机械能转变成电能.由于小金属环是纯电阻电路，电能又全变成内能。由于机械能越来越少，所以高度越来越低。如果是匀强磁场，则当小圆环只在磁场中运动时,由于磁通量不再变化，故不再受磁场力的作用，机械能守恒。答案选B；如果是非匀强磁场，则磁场中运动时，磁通量继续变化，继续使机械能变成电能，最终小金属环应停留在最低端，故答案应选C.
三、从力的角度来看，这里安培力的效果，主要有两种表现：
（1）阻碍线圈与产生原磁场的物体（磁铁、通电导线)之间的相对运动，从而产生“来拒去留"现象。
(2）阻碍导体间的相对运动，从而产生“跟着走”现象
（3）使线圈面积有增大或减小的趋势.
例4 如图，通有稳恒电流的螺线管竖直放置,小铜环沿螺线管的轴线加速下落，在下落过程中，环面始终保持水平，铜环先后经过轴线上1、2、3位置时的加速度分别为a１、a2、a３，位置2处于螺线管中心，位置1、3分别与位置2等距，则（　）
A．a1＝a2＝g　　B．a3＜a1＜g
C．a3＝a1＜a2　D．a3＜a1＜a2
解析　由于螺线管中通有恒定电流,所以螺线管内部轴线中点附近的磁场为匀强磁场，方向竖直，故铜环经过位置2时无感应电流,因而a2=g。由“来拒去留”可知，1、3两点的磁作用力对铜环的向下运动有阻碍作用,即铜环在这两点受到磁作用力均向上，故铜环做变加速运动,在1、2、3点的瞬时速度关系为v1＜v2＜v3。又1、3点关于2点对称，故通电螺线管在这两点产生的磁感应强度相等。由法拉第电磁感应定律知ε1＜ε3即I1＜I3，F1磁＜F3磁。由牛顿第二定律有mg—F1磁＝ma1，mg－F3磁＝ma3,故有a3＜a1＜a2＝g。
综上可知：a3＜a1＜a2＝g。
正确选项为B、D。

例5、线圈A闭合，线圈B开口，当条形磁铁向右运动插入线圈的过程中，线圈A、B如何运动？
解：当条形磁铁插入线圈的过程中,由于A线圈闭合且磁通量发生变化，导致线圈中产生感应电流，由于线圈处在磁铁的磁场中，导致线圈受到磁场力的作用,从而出现“跟着走”现象，线圈A向右运动；虽然B线圈中磁通量也发生变化，但由于线圈不闭合，故线圈中没有感应电流,也就不受磁场力作用，故线圈B不动。

例6、如图5所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内,线圈B中通以图中所示的交变电流，设t＝0时电流沿逆时针方向（图中箭头所示）．对于线圈A，在～时间内,下列说法中正确的是：
　　A．有顺时针方向的电流,且有扩张的趋势
B．有顺时针方向的电流，且有收缩的趋势
　　C．有逆时针方向的电流，且有扩张的趋势
D．有逆时针方向的电流，且有收缩的趋势
解：～时间内，B中的电流为顺时针增大，由增反减同，A中的感应电流要与B中的电流相反,A中的电流为逆时针，由阻碍作用知,A的面积有收缩的趋势;D正确。
”

四．从电流的角度看是阻碍原电流的变化即为自感现象

倒7　如图6所示电路,多匝线圈的电阻和电池的内电阻可以忽略,两个电阻器的阻值都是R,开关S原来打开着,电流，令合下开关将一个电阻短路,于是线圈中有自感电动势产生，这个自感电动势（ ）
A．有阻碍电流的作用，最后电流由I0减少为零
B．有阻碍电流的作用,最后总小于I0
C．有阻碍电流增大作用,因而电流保持为I0不变
D．有阻碍电流增大作用，但电流最后还是要增大到2I0
解析　合下开关把一个电阻短路，电路中电流强度将增大，通过多匝线圈的磁通量增大，由于线圈的自感作用，线圈中将产生自感电动势，有阻碍电流增大的作用，但电流仍会变化，不会保持儿不变，C错。当电路达到稳定后，电路中电流强度不变,线圈中也不再产生自感电动势,不计电源内阻和线圈电阻时,电路中的电流为,这就是I0开始变化到最后的电流，
所以A，B都错，D正确。