谈楞次定律中的安培力

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高中物理对很多同学来说，都是一个很难学的学科。而在高中物理范围内，电磁学又是更难学的一部分。尤其是楞次定律中涉及安培力的问题，使很多同学望而生畏。

楞次定律的内容：感应电流的磁场，总是阻碍产生感应电流的磁场的磁通量的变化。那么，对于感应电流的磁场到底是如何阻碍产生感应电流的磁场的磁通量的变化的呢？我们首先分析这样一个问题：

例题1：如图所示，MN，PQ为同一水平面的两平行导轨，导轨间有垂直于导轨平面的磁场，导体ab，cd与导轨有良好的接触并能滑动，当ab沿轨道向右滑动时，则（ ）

A.cd向右滑 B.cd不动

C.cd向左滑 D.无法确定

分析：对于本题来说，我们只知道磁场方向垂直于导轨平面，但是不知道是垂直向里，还是垂直向外，所以，我们先假设磁场方向垂直导轨平面向里。那么，当导体ab向右滑动时，根据右手定则可以判断出，导体棒ab中的电流由b向a，即导体cd中的电流为由c到d，此时，导体棒cd所受到的安培力向右，因此，cd向右滑。而如果磁场方向垂直导轨平面向外，当导体ab向右滑动时，根绝右手定则判断出导体棒ab中的电流方向由a到b，则cd棒中的电流由d到c。由于磁场方向垂直导轨平面向外，根据左手定则可以判断cd棒仍然向右滑动。

根据此题的结果，我们可以得出一个结论，ab棒向右滑动，会引起闭合回路中磁通量的减小，而cd棒向右运动，则是为了阻碍闭合回路中磁通量的减小，无论磁场方向如何，cd棒为了阻碍减小磁通量的变化，运动方向都是向右的。

通过大量的习题和实践，我们可以对楞次定律得出了一个新的理解：感应电流受到的安培力的作用效果，总是阻碍产生感应电流的磁场的磁通量的变化。也就是说，我们可以直接从闭合回路中磁通量的变化，来判断通电导线受安培力作用后的运动方向。如果感应电流是由于闭合回路中磁通量增加而产生的，那么感应电流所受到的安培力的作用效果就是使回路中的磁通量减少；同样，如果感应电流是由于回路中的磁通量减少而产生的，那么，感应电流所受到的安培力的作用效果就是使回路中的磁通量增加。我们通过下面的习题来分析一下这个结论：

例题2：如图所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行，当电键S接通一瞬间，两铜环的运动情况是（ ）

A.同时向两侧推开

B.同时向螺线管靠拢

C.一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断

D.同 时 被 推 开 或 同 时 向 螺 线 管 靠 拢，但 因 电 源 正 负 极未 知，无 法 具 体 判 断

分析：电源接通的瞬间，会使螺线管中的磁通量增加，同时两小铜环中的磁通量增加，由于安培力的效果是阻碍磁通量的增加，所以，安培力会使铜环中的磁通量减少，即使铜环向外推开。

如果本题先根据楞次定律判断电流方向，再判断安培力方向，则需要分两种情况进行讨论，要花费很长的时间才能做出准确的判断，而且容易出错。运用安培力的作用效果，不但能做出更准确的判断，而且能节省很多时间。

例题3：如图所示，当金属棒a在金属轨道上运动时，线圈b向左摆动，则金属棒a （ ）

A、向左匀速运动

B、向左加速运动

C、向右加速运动

D、向右减速运动

分析：线圈b向左摆动的过程，是远离金属棒a的过程，是使线圈b磁通量减小的过程，因此，摆动过程是为了阻碍磁通量的增加，也就是说，螺线管中的磁通量在增加，即导线汇中的电流在增加，所以，金属棒a是加速运动。即B、D两个答案正确。

结合以上几个例题，我们可以对关于感应电流在磁场中运动的问题有一个更便捷的解题方法：感应电流的安培力的作用效果，是阻碍产生感应电流的磁通量的变化。

高中物理人教版选修3-2的14页问题与练习中第6题：

如图中的两个铝环，一个是闭合的，一个是断开的，横梁可以绕中间的支点转动。用磁铁的任意一极去接近闭合铝环，会产生什么现象？把磁铁从闭合环移开，会产生什么现象？磁铁移近或远离断开铝环，又会产生什么现象？

分析：根据我们前面得出的结论：对于闭合铝环来说，磁铁靠近时，铝环中的磁通量增加，因此，安培力的作用效果是阻碍磁通量的增加，则铝环将远离磁铁，即铝环会后退。而磁铁远离铝环时，铝环中的磁通量减小，安培力的作用效果要阻碍磁通量的减小，则铝环将靠近磁铁，即铝环将跟随磁铁向同一个方向运动。而对于断开的铝环来说，不能产生感应电流，则没有安培力的作用，自然不会随磁铁的运动而运动。

我们再分析这样一个习题：

例题4：如图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的正确判断是（ ）

A.N先小于mg后大于mg，运动趋势向左

B.N先大于mg后小于mg，运动趋势向左

C.N先小于mg后大于mg.运动趋势向右

D.N先大于mg后小于mg，运动趋势向右

此题对大部分同学来说，都是一个难度很大的问题。如果按照常规的思维来分析，首先需要判断磁铁靠近和远离线圈的两个过程中，线圈中磁通量的变换情况，然后判断线圈感应电流的方向，再用左手定则判断线圈导线受到的安培力的方向。这中间，还需要对安培力进行分解，才能准确地判断出线圈受到的安培力分别在竖直方向和水平方向分力的方向。但是如果直接分析安培力的作用效果，此题就变的非常简单了。

分析：磁铁从线圈上方进过时，磁铁是先靠近磁铁，后远离磁铁。磁铁靠近线圈，使线圈中的磁通量增加，因此，线圈受到的安培力将会使线圈远离磁铁，即磁铁向右、向下运动，所以N大于mg，线圈运动趋势向右。磁铁远离线圈，使线圈中的磁通量减小，因此，线圈受到的安培力使线圈靠近磁铁，即磁铁向右、向上运动。所以N小于mg，运动趋势向右。

物理学科来源于生活，应用于生活，只要我们能细心地观察，认真地分析，很容易得出结论的。所以，我们只要观察、认真分析生活中的常见的一些问题，学好物理，不再是难题。

参考文献

[1]普通高中课程标准实验教科书高中物理选修3-2（人教版）。