周瑤 鄒容
楞次定律是解決所有感應電流方向問題最基本的方法。但是,在教學過程中,我發(fā)現學生感到運用楞次定律判斷感應電流方向存在困難。學生覺得運用楞次定律過程比較復雜繁瑣,不易操作。為了讓學生更容易掌握感應電流方向的判斷,我和學生先根據楞次定律判斷出感應電流的方向,再反過來總結出一些更易于操作的經驗。
(1)運動中的導線在做切割磁感線運動時,導線的運動方向、磁場方向和感應電流的方向符合右手定則。
兩平行導軌置于勻強磁場中,金屬棒垂直于導軌和磁場做切割磁感線運動,則金屬棒中的感應電流方向可以運用“右手定則”判定,這種情形比較簡單,這里不再贅述。
(2)磁鐵靠近或遠離線圈(線框)時,線圈中感應電流產生的磁極與磁鐵的磁極之間存在“近斥離吸”的特點。
鋁環(huán)實驗中,當磁鐵靠近閉合鋁環(huán)時,原本不動的鋁環(huán)會和磁鐵同向運動,即在此過程中的鋁環(huán)與磁鐵產生了排斥;當磁鐵遠離鋁環(huán)時,原本不動的鋁環(huán)也會和磁鐵同向運動,即在此過程中的鋁環(huán)與磁鐵產生了吸引,根據“同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引”,就可以知道鋁環(huán)的磁極,再根據右手螺旋法則,進而可以知道鋁環(huán)中的感應電流方向。即,當磁鐵靠近或遠離線圈(線框)時,線圈中感應電流產生的磁極與磁鐵的磁極之間存在“近斥離吸”的特點。
(3)對于同軸的螺線管之間,感應電流的方向與原電流的方向之間存在“增反減同”的特點。
如圖1,線圈M和N繞在同一個鐵芯上,閉合開關S,待電路穩(wěn)定后將滑片P向右滑動,則M中的電流方向由a到b且不斷增大,N中產生的感應電流方向由d到c。即N中的感應電流方向與M中的原電流方向相反;當滑片P向左滑動時,則M中的電流方向由a到b且不斷減小,N中產生的感應電流方向由c到d。即N中的感應電流方向與M中的原電流方向相同;即可總結出:當M中的電流發(fā)生變化時,N中感應電流的方向與M中原電流的方向之間存在“增反減同”的關系。其中,開關閉合表示M中的電流增大,開關斷開表示M中的電流減小。
(4)閉合線框在通電直導線產生的磁場中平移時,線框中的感應電流的方向與通電直導線中的電流方向之間存在“近斥離吸,近邊為準”的特點。
如圖2,通電導線I和線框ABCD處在同一豎直平面內,導線中的電流方向如圖2。當線框ABCD向右遠離通電直導線I時,線框ABCD中感應電流的方向為ADCBA。我們注意到:AB邊所在處的磁場要比CD邊所在處的磁場強,AB邊中的感應電流受到的安培力向左且大,CD邊中的感應電流受到的安培力向右且小,線框ABCD所受合力方向向左,與線框的運動方向相反;當線框ABCD向左靠近通電直導線I時,線框ABCD所受合力方向向右,也與線框的運動方向相反。這樣就可以得出“來拒去留,近邊為準”的結論。反過來,我們再用這個結論去判斷感應電流的方向就比較簡單了。
(5)閉合線框在多個不同磁場區(qū)域內平移時,線框中的感應電流的方向可根據Ф-t圖來判斷。
如圖3,兩根通電直導線平行放置,其中電流I1、I2方向相同,強度相等,線框ABCD與兩直導線共面,從I1的左邊勻速移動到I2的右邊的過程中,當線框的BD處在I1的左邊時,根據“近斥離吸,近邊為準”,線框中的感應電流方向是“ABDCA”,接著畫出磁場分布圖,再以當線框的BD處在I1的左邊時的磁通量為正,畫出Ф—t圖,最后可知Ф—t圖的斜率為正時,感應電流方向是“ABDCA”,那么Ф—t圖斜率為負時,感應電流方向是“ACDBA”。
綜上所述,感應電流的方向判斷并不難掌握,關鍵是要在學習的過程中多思考、多總結,找出其中共性的知識,成為自己的經驗,這樣既能加深對所學知識的理解,又能提升自己的解題能力。
編輯 薄躍華