摘 要: 在應用楞次定律解決問題的過程中,“阻礙”是一個關鍵的詞,正確理解它的意義,是解決問題的關鍵。一般來說,應用楞次定律時,先判斷原磁場的方向、原磁場的變化情況,再根據感應電流的磁場阻礙原磁場的變化,判斷出感應電流的磁場方向,最后利用右手定則判斷感應電流或感應電動勢。
關鍵詞: 楞次定律 阻礙 閉合回路 磁通量
對于某些要判斷閉合回路運動情況或變化情況的,還要在用左手定則判斷受力情況后做進一步判斷。下面分幾種不同的形式將“阻礙”的含義引申,并談談判斷方法。
一、阻礙閉合回路與磁場間的相對運動
當磁場恒定,閉合回路所在平面與磁場垂直,閉合回路由于相對于磁場運動而使磁通量發(fā)生變化,所產生感應電流受到的安培力的方向總是與相對運動的方向相反,阻礙它們之間的相對運動。
例1.圖1中單匝矩形線圈放在具有理想邊界的勻強磁場中,線圈以速度V沿如圖1所示方向運動,則感應電流所受安培力的方向?搖?搖?搖 ?搖?搖。
分析:感應電流所受到的安培力阻礙線圈相對磁場的運動,所以安培力的方向向左。
二、以回路面積發(fā)生變化阻礙磁通量的變化
當閉合回路垂直于磁場放置時,感應電流在磁場中受到的安培力與閉合回路共面,當磁感強度變化時,安培力的作用使回路面積變化,線圈面積變化(呈現擴張或收縮趨勢)以減緩磁通量的變化。注意:此問題有兩種情況,從下例中可以看出。
例2.如圖2,在非勻強磁場B中放有柔軟的閉合線圈,線圈平面與磁感線垂直。當磁感強度增大時,線圈面積的變化情況是?搖?搖?搖?搖。
分析:由于原磁場的變化,在閉合線圈中產生感應電流,感應電流在磁場中受到安培力的作用。根據阻礙的含義,線圈面積將減小會使磁通量減小,阻礙磁通量的增大。因此線圈面積是減小的。
三、以閉合回路方向的變化阻礙磁通量的變化
放在磁場中的閉合回路與磁場不垂直,當磁場變化時,感應電流所受到的安培力與閉合回路不共面,而產生力矩,使閉合回路轉動,或有轉動趨勢;當磁場增強時,回路平面向著平行于磁感線方向轉動或有轉動趨勢,當磁場減弱時,回路平面向著垂直于磁感線方向轉動或有轉動趨勢。
例3.如圖3,在垂直于水平面的轉軸上有一可以自由轉動的圓環(huán),磁鐵從如圖3所示位置以速度V通過,則圓環(huán)怎樣運動?
分析:由圖知,在磁鐵運動的過程中,穿過圓環(huán)的磁通量先增大后減小,由于圓環(huán)有固定的轉軸,它的位置不能變化,磁通量的變化引起感應電流,感應電流受到的安培力使圓環(huán)轉動,從上往下看,圓環(huán)逆時針轉動。
四、以閉合回路位置的移動阻礙磁通量的變化
放在非勻強磁場中的閉合回路,若回路平面與磁感線垂直,當磁場減弱時,感應電流在安培力作用下,回路向強磁場方向移動,當磁場增強時,回路在安培力作用下,向弱磁場方向移動。
例4.圖4中L和L為分別套有甲、乙兩個閉合銅環(huán)的螺線管,且螺線管中導線繞行方向不明。電路中直流電源的正負極性也未標出。閉合K后,因滑動變阻器滑片P的移動,引起了甲、乙兩個閉合銅環(huán)的運動,說法正確的是(?搖 ?搖)
A.若P向左移動,則甲、乙兩環(huán)都向左運動
B.若P向左移動,則甲、乙兩環(huán)都向右運動
C.若P向右移動,則甲、乙兩環(huán)可都相互靠近,也可能分開遠離
D.根據甲、乙兩環(huán)運動方向,可以判斷電源的正負極性
分析:當變阻器的滑動觸向左移動時,螺線管L中電流增強,磁場也增強,使甲中的磁通量增大,故甲向左運動;螺線管L中的電流減小,磁場也減弱,使乙中的磁通量減小,故乙環(huán)向左運動。甲、乙兩環(huán)的運動方向只能判斷出兩個線圈中的電流是增大還是減小,不能判斷出電源的正負極性,所以選A。
五、阻礙原電流的變化(自感)
當通過線圈的電流變化時,原電流的磁場發(fā)生變化,從而產生感應電動勢。在這種情況下阻礙的含義是感應電動勢對原電壓的對抗和補充。若原電流增大,則產生的感應電流削弱原電流的增大,感應電動勢是反電動勢;若原電流減小,則感應電流的作用是阻礙原電流的減小,感應電動勢是同向的電動勢。
綜上所述,掌握不同情況下“阻礙”的含義,靈活使用不同情況下的“阻礙”,能夠達到深刻理解楞次定律,迅速解決問題,簡化原問題的目的。