李雪琴

摘要： 本文從感應(yīng)電流產(chǎn)生的一般條件、感應(yīng)電流方向的判定、楞次定律應(yīng)用三方面出發(fā)，研究感應(yīng)電流與磁場(chǎng)之間的關(guān)系，整合課程、整合內(nèi)容、為專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，使教學(xué)真正體現(xiàn)以學(xué)生為中心，強(qiáng)化職業(yè)能力培養(yǎng)，切實(shí)為高考做好服務(wù)。

關(guān)鍵詞： 電工基礎(chǔ)課程《電磁感應(yīng)》產(chǎn)生條件方向判定楞次定律

在電工基礎(chǔ)課程教學(xué)中《電磁感應(yīng)》這一章的核心內(nèi)容是讓同學(xué)們掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其規(guī)律，然而教師講起來難，學(xué)生學(xué)起來難，難就難在它看不見、摸不著、抽象而又是實(shí)實(shí)在在的東西。我通過幾年的教學(xué)實(shí)踐談?wù)劇峨姶鸥袘?yīng)》這一章的教學(xué)體會(huì)。

所謂電磁感應(yīng)，就是研究電—磁之間的相互關(guān)系。經(jīng)過人們長(zhǎng)期生活實(shí)踐和歷代科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，電和磁不但可以相互轉(zhuǎn)化，而且有一定規(guī)律，和任何事物一樣，它們之間的關(guān)系必須具備一定的外部條件。下面以感應(yīng)電流為例，重點(diǎn)闡述磁—電現(xiàn)象的變化規(guī)律。

一、感應(yīng)電流產(chǎn)生的一般條件

導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做適當(dāng)?shù)南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，即切割磁感線將產(chǎn)生感應(yīng)電流。這是著名物理學(xué)家法拉第經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論。這里要特別向?qū)W生講清楚這個(gè)定律的兩個(gè)方面：一是“由閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里作切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感生電流”。我們叫“一段切割”。二是“只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合回路就會(huì)產(chǎn)生電流”，簡(jiǎn)稱回路磁通量變化。這是一種現(xiàn)象的兩種表現(xiàn)形式。

依照以上所述，老師在課堂上做一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在一旁觀察、體會(huì)。深刻理解感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：（A）電路閉合。（B）穿過電路內(nèi)部的磁通量發(fā)生變化。兩者缺一不可。在討論電磁感應(yīng)這個(gè)問題時(shí)，必須始終牢記“變化”二字。

改變電路內(nèi)部磁通量主要有以下幾種途徑。

根據(jù)法拉第Φ=BScosα；

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化，引起閉合線圈內(nèi)部磁通量變化。如圖a、b。

a b

2.閉合線圈面積發(fā)生變化，引起閉合線圈內(nèi)部磁通量發(fā)生變化。如圖c。

c d

3.置于磁場(chǎng)中的閉合線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向之間的夾角發(fā)生變化時(shí)，閉合線圈內(nèi)的磁通量將發(fā)生變化。如圖d。

通過以上講解和實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)感應(yīng)電流的產(chǎn)生和變化形成了基本的概念。

二、感應(yīng)電流方向的判定

有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，就有其流動(dòng)的方向。經(jīng)過大量實(shí)踐證明感應(yīng)電流的判定可分為兩種情況，分別敘述如下。

第一，在閉合線圈的一部分作切割感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中將有感應(yīng)電流流過，這時(shí)感應(yīng)電流的方向可用右手定則判定，具體步驟如下：伸出右手，使拇指與四指垂直，并跟手掌在同一平面內(nèi)，那么四個(gè)手指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向（實(shí)驗(yàn)圖略）。讓同學(xué)們觀察電流表反復(fù)實(shí)踐幾次驗(yàn)證一下電流方向是否和實(shí)際測(cè)定的相一致。

第二，當(dāng)閉合線圈內(nèi)部的磁通量發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部將有感應(yīng)電流流過，其感應(yīng)電流的方向可用楞次定律來判定，步驟如下：（1）確定閉合回路中引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)方向。（2）確定原磁場(chǎng)磁通量是如何變化的，即增加還是減小。（3）根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向。（4）利用安培定則確定感應(yīng)電流方向。

在同學(xué)們利用楞次定律判定感應(yīng)電流方向時(shí)必須注意：“阻礙”不是阻止；阻礙磁通量變化——磁通量增加時(shí)阻礙增加（感應(yīng)電流磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)方向相反，起抵消作用）；磁通量減少時(shí)阻礙減少（感應(yīng)電流方向和原磁場(chǎng)方向一致，起補(bǔ)償作用）。

以上所講右手定則和楞次定律，作為判斷感應(yīng)電流方向的兩種方法，盡管表述不同，但其本質(zhì)是完全一致的。比如前面講的一根導(dǎo)線在磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則判定電流方向很方便，但我們也可以用楞次定律來判定感應(yīng)電流的方向。導(dǎo)體向右運(yùn)動(dòng)時(shí)閉合電路的面積減少，穿過閉合電路的磁通量將減少，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)將阻礙原磁場(chǎng)磁通量的變化，即感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向一致（垂直向下）。根據(jù)安培定則，感應(yīng)電流方向按順時(shí)針流動(dòng)，與右手定則所得結(jié)果一致。

感應(yīng)電流方向的判定要讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)并熟練掌握。

對(duì)以上兩種判定方法在本質(zhì)上的一致性，法拉第曾這樣說：“磁感線的增減不是指磁感線總數(shù)的絕對(duì)增加或減少，所謂增加是指存在于空間的磁感線向圈內(nèi)收縮；所謂減少是指通過線圈的磁感線向線圈外空間的擴(kuò)散?！弊匀贿@種增減必然要引起磁感線切割導(dǎo)線。

三、楞次定律的應(yīng)用

前面所講感應(yīng)電流的產(chǎn)生和感應(yīng)電流方向的判定其最終目的在于應(yīng)用。楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向具有普遍意義，下面我們將通過具體例子的分析作重點(diǎn)說明。

1.現(xiàn)象解釋：首先向?qū)W生提出日常生活中的一些電磁現(xiàn)象方面的問題，然后對(duì)此現(xiàn)象作出解釋。如在兩塊磁鐵中間有一個(gè)可以自由擺動(dòng)的金屬A，在金屬板自由擺動(dòng)的過程中，磁場(chǎng)將起到一個(gè)阻礙金屬板擺動(dòng)的作用，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼現(xiàn)象，我們來討論一下它的原理。

2.分析與解答：對(duì)于金屬板A，我們可以認(rèn)為它是由一系列線框組合而成的，當(dāng)金屬板進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，這些線框中的磁通量將增加，根據(jù)楞次定律，這些線框中的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)將阻礙原磁場(chǎng)磁通的增加，由此可知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，因此可確定A板中感應(yīng)電流方向，根據(jù)左手定則，A板將受到一個(gè)阻礙其運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)力F的作用。

當(dāng)金屬板A離開磁場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成金屬板A的各線框中的磁通量將減少。根據(jù)楞次定律，這些線框中感應(yīng)電流磁場(chǎng)將阻礙原磁場(chǎng)磁通量的減少，從而形成與進(jìn)入磁場(chǎng)中時(shí)A板中相反的感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則可以確定，金屬板A將受到一個(gè)阻礙其離開磁場(chǎng)的磁場(chǎng)力F′作用（F′方向和F方向相反），從而使A板擺動(dòng)減慢。這個(gè)問題也可用能量守恒來解釋，金屬板A在進(jìn)入與離開磁場(chǎng)過程中，由于金屬板A中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使A板的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，因而A板的動(dòng)能減少，即磁場(chǎng)將起到一個(gè)阻尼A板振動(dòng)的作用。

這是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子，通過這個(gè)現(xiàn)象使同學(xué)們?cè)趯?shí)踐中更深刻地掌握電磁感應(yīng)原理。

3.判斷感應(yīng)電流方向：如圖e有一個(gè)閉合的圓形線圈，在其中放置一個(gè)條形磁鐵，當(dāng)條形磁鐵作如下運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈中有無電流？若有感生電流，試判定其感應(yīng)電流方向；若無感應(yīng)電流，說明其理由。

（1）條形磁鐵在線圈內(nèi)平面繞中心旋轉(zhuǎn)；進(jìn)入與穿出線圈內(nèi)部的磁感線條數(shù)恒為零，因而線圈內(nèi)磁通量不發(fā)生變化，線圈內(nèi)無感應(yīng)電流。

（2）條形磁鐵在線圈內(nèi)平動(dòng)，進(jìn)入與穿出線圈內(nèi)部的磁感線條數(shù)恒為零，因而線圈內(nèi)磁通量也不發(fā)生變化，線圈無感應(yīng)電流。

（3）當(dāng)條形磁鐵繞軸OO′旋轉(zhuǎn)，若旋轉(zhuǎn)方向是N極向紙外，S極向紙內(nèi)，由于條形磁鐵兩極間磁場(chǎng)較強(qiáng)，因此旋轉(zhuǎn)時(shí)線圈內(nèi)磁通量將減少。根據(jù)楞次定律，線圈內(nèi)感應(yīng)電流磁場(chǎng)將與原磁場(chǎng)方向相同，故線圈中的電流方向按逆時(shí)針方向流動(dòng)。

當(dāng)條形磁鐵繞OO′旋轉(zhuǎn)且N極向紙外，S極向紙內(nèi)，同理可以判斷線圈內(nèi)感應(yīng)電流按順時(shí)針方向流動(dòng)。

通過上面的例子和電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們對(duì)感生電流的產(chǎn)生和流動(dòng)方向有了深入的理解，為下節(jié)學(xué)習(xí)感生電動(dòng)勢(shì)和自感現(xiàn)象等課程打下了基礎(chǔ)。