例谈楞次定律中“阻碍”一词的深度解渎

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楞次定律内容的关键词是“阻碍”二字，主要运用于感应电流方向的判断。而在很多问题的处理中，“阻碍”二字还需进一步解读，以方便学生对相关问题的理解。本文借助于几个典型例题及其讲评，引导学生自主发现、总结出结论，并将自主分析的结果运用到新的问题解决中去。

1阻碍原磁通变化――增缩减扩

例题呈现 如图1所示的M、N两条光滑的导轨平行固定在水平面上，其上放有P、Q两根平行的导体棒，它们构成了一个闭合回路。现在有一条形磁铁从上方逐渐接近该回路，P、Q两根导体棒间的距离将____（选填“不变”、“增加”、“减小”）。

思路精析

初次引导学生解析本题时，教师应该引导学生思考这样的问题：P、Q为什么会出现距离上的调整？什么力促使了导体棒的运动？在这一情境中，条形磁铁的接近导致下方回路中磁通量发生变化，进而激起感应电流，通电导体棒相应地受到磁场安培力的影响，使其运动进而发生距离上的调整，因此本题的处理流程如下：运用楞次定律判断电流方向，再利用左手定则判断安培力方向，进而锁定答案。这样的思路从问题的本质出发，容易让学生接受。但是本题的处理还需解决一些隐含问题，比如判断感应电流方向时，首先就要区分条形磁铁到底哪一极向下呢？这里就必须进行假设。假设Ⅳ极向下，判断出感应电流的方向，再将电流方向与磁场方向联系，可得安培力是让导体棒往内侧运动的；那么如果S极向下，给导体棒提供了与之前相反的磁场环境，则感应电流方向相反，反向的电流在反向的磁场中所受安培力方向与之前情形一致，则导体棒间的距离仍然要减小。

结论归纳 相关思路理顺之后，教师引导学生从结果来看这个问题，按照以下步骤来深化有关楞次定律的理解：①定性回顾磁通量大小的影响因素：线框面积和对应区域的磁感应强度B；②当条形磁铁和导体框架接近时，磁场对回路影响增强，即回路区域磁感应强度B要增大，再从结果来看，P、Q两导体棒靠近，导致面积怎么变？这样变化对磁通量有什么影响？显而易见，面积减小，这一变化有助于磁通量的减小；③对比条形磁铁的靠近和导体棒的收拢，二者在磁通量的关系上有什么关联呢？导体棒的运动能从调整面积的角度阻碍磁通量的变化。以上内容可以将“阻碍”一词理解为四个字“增缩减扩”。

拓展运用

有一个硬质矩形导线框abcd放在光滑的水平面上，现在将其一半放在竖直向下的匀强磁场中，如图2所示为俯视图，现在令该匀强磁场的磁感应强度逐渐增强，问该导线框会朝哪一侧运动？

解析 本题运动的根源还是在于安培力的作用，有ab、ad、bc都受到安培力的作用，从增缩减扩这一结论来理解，三条边的受力作用应该使面积减小来反抗磁通量的增大。则上下两条边受力等大反向，就整体运动而言正好平衡，故框架运动主要取决于ab边所受安培力，即向左。而向左的结果也是导致其处于磁场中面积减小和之前的结论一致。

2阻碍相对运动――来拒去留

例题呈现 如图3所示，一个螺线管竖直放置，其上方一根条形磁铁由静止开始释放，请讨论条形磁体在接近和远离螺线管的过程中，它的加速度与重力加速度相比，其大小有何特点？

思路精析 本题的分析也要立足于加速度产生的本质来进行研究。因此需受力分析，条形磁铁在运动的整个过程中都受到重力，此外就是因为条形磁铁导致螺线管所处区域的磁通量发生变化，进而发生电流，条形磁铁与螺线管感应电流之间的安培力会给条形磁体的运动带来影响，故本题的处理思路如下：先通过楞次定律判断螺线管中的感应电流的磁场方向特点，进而将螺线管类比为条形磁铁，通过条形磁铁和螺线管之间属于同名磁极相对还是异名磁极相对，来判断二者间的安培力属于引力还是斥力，最后可判断加速度的大小特点。本题判断感应电流的方向也存在难点，即条形磁体的磁极位置较为模糊，因此也要通过假设来进行处理：假设条形磁铁的N极向下，则在其向下靠近的过程中，感应电流的磁场方向应该向上，即螺线管所类比的条形磁铁Ⅳ极向上，二者之间的安培力属于斥力；如果条形磁铁的Js极朝下，类似的分析亦可得二者间安培力仍为斥力。因此有结论，在接近的过程中，条形磁铁除了重力之外，还有体现为阻力的安培力，则加速度小于重力加速度。当条形磁铁穿过螺线管之后，在其下方逐渐远离时，从楞次定律的角度来讲，无论条形磁铁的哪一极向上，都是磁通量在减少，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，则螺线管所等效的条形磁铁与原磁体属于异名磁极相对，二者相互吸引，对其远离过程而言仍属于阻力，则加速度也是小于重力加速度的。

结论归纳 在这一问题中，条形磁体的运动引起了螺线管区域磁通量的变化，进而激发感应电流，而感应电流与条形磁铁之间的安培力给条形磁体的运动带来什么影响？阻碍条形磁铁的相对运动，在描述时，教师可以形象化地指出：安培力视图将彼此冻结在现有位置，以相对静止的姿态阻碍螺线管区域磁通量的变化，相关结论与条形磁体的N极和S极的朝向无关，可以将结论浓缩为四个字“来拒去留”。

拓展应用 如图4所示，一导电圆环用轻绳悬挂，现在将条形磁铁从左侧向圆环推进，则圆环会发生怎样的运动？

A.向左移动 B.向右移动

C.静止不动 D.无法判断

解析

本情境中感应电流的出现，源于磁铁的靠近导致线圈磁通量变大，因此从彼此间的安培力阻碍相对运动的角度来讲，磁铁受力向左，而线圈受力向右，则答案选择B项。此外本题的处理与条形磁铁的磁极所在没有直接关系。

综上所述，无论是“增缩减扩”，还是“来拒去留”，本质上还是磁场对感应电流安培力所起到的效果一种简化。实际教学中，教师在引导学生对此类问题进行处理时，务必要让学生知其然更须知其所以然，即既能通过深层次理解“阻碍”一词快捷处理问题，也要能回溯本源，用最根本的思路来分析问题。只有如此，学生的相关认知才能融会贯通。