楞次定律在教学中的应用

[摘 要] 在电工类的教学中，常遇到一些关于电磁感应的问题，解决这些问题的方法学生，对于学生而言一般都比较抽象，学生考虑的时候，容易犯很多错误，久而久之，学生对于这些内容的兴趣就没有了。

[关键词] 电磁感应；楞次定律

电磁感应这部分内容，有几条定理定律，如果不知道其用法，解决问题的时候就会绕很多弯，把简单的问题复杂化。

一、 楞次定律相关内容

物理学家楞次是在综合法拉第电磁感应原理（发电机原理）和安培力原理的基础上，以“电动机发电机原理”的形式提出这个定律的。其内容是：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。关于其表述，有多个意思，楞次定律的表述可归结为：“感应电流的效果总是反抗引起它的原因。” 如果回路上的感应电流是由穿过该回路的磁通的变化引起的，那么楞次定律可具体表述为：“感应电流在回路中产生的磁通总是反抗（或阻碍）原磁通的变化。”我们称这个表述为通量表述，这里感应电流的“效果”是在回路中产生了磁通；而产生感应电流的原因则是“原磁通的变化”。可以用八个字来形象记忆“增反减同，来阻去留”。

如果感应电流是由组成回路的导体作切割磁感线运动而产生的，那么楞次定律可具体表述为：“运动导体上的感应电流受的磁场力（安培力）总是反抗（或阻碍）导体的运动。”我们不妨称这个表述为力表述，这里感应电流的“效果”是受到磁场力；而产生感应电流的“原因”是导体作切割磁感线的运动。

从楞次定律的上述表述可见，楞次定律并没有直接指出感应电流的方向，它只是概括了确定感应电流方向的原则，给出了确定感应电流的程序。要真正掌握它，必须要求对表述的涵义有正确的理解，并熟练掌握电流的磁场及电流在磁场中受力的规律。

我所要阐述的关于楞次定律的应用主要是在于它对于磁通的惯性，即:在任何状态下，闭合回路的磁通都有保持其大小不变的趋势。

二、电工教学中楞次定律的应用

我们都知道，在判断感应电流的方向时一般用安培定则（右手定则），而如果要判断物体所受电磁力的方向的时候一般要用左手定则来判断。但是实际的情况是我们在解决某些问题时，用楞次定律解释起来也许更方便一些，我们举一些简单的例子来表述。

例1：当一个绝缘悬挂的金属环在磁铁靠近它的时候，问这个金属环应该怎样运动。这个问题，按照以往的思路是这样的。首先学生一般会根据靠近金属环的磁铁的极性判断出穿过金属环的某个方向的磁通变大了，那么，金属环中会有感应磁通产生，并且与磁铁产生的磁通方向相反，磁铁和金属环之间是斥力，金属环向远离磁铁的方向运动。若知识的理解程度再差点则有后面下面的分析（判断出金属环中的感应电流方向和金属环电流形成的磁场的方向与靠近金属环的极性相反，磁铁和金属环之间是斥力，金属环向远离磁铁的方向运动）。对此只能说明学生大部分对电磁感应这部分内容的理解不深。

假如我们用楞次定律来分析，这个问题就很简单了。当磁铁靠近金属环时，由于金属环中的磁通有变大的趋势，而根据楞次定律，我们知道金属环有保持其中的磁通不变的作用，而远离磁铁会使得其磁通保持不变，这就确定了其运动方向。是否简单多了呢？最简单的思路是要想保持磁通不变，必然要保持距离不变。

例2：一个在均匀的磁场中的金属导轨上与导轨形成闭合面的，可以在导轨上自由滑动金属导体棒。当磁场增强时，导体棒会怎样移动。

关于这个问题，思路是这样的。首先牵扯到的问题是，导体棒中的电流方向，应该用右手定则判断，而电流和磁场的作用力要用左手定则判断。这样的方法是按照所学理论来一步步分析的，但是却繁琐多了，基本跟上个例子的分析差不多。再次用用楞次定律来分析，当磁场变强时，穿过原来的导轨和导体闭合面的磁通变多了，为了保持磁通不变，此闭合面应该减小面积，所以导体的运动方向就明确了。

这些都是楞次定律在解决问题时候的一些应用。当然，我们在另外一些问题的解释上，同样可以利用楞次定律使得问题叙述的更清楚，简洁。

例如，在上《电机与变压器》课的时候，学生们对三相交流电动机的原理听得是茫然。当然，按照教材的讲法，理论是没有任何问题的。只是复杂的文字叙述使得学生在理解的时候反应很慢，讲课的效果较差。

教材上电动机的原理：当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势，电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用,而使转子导条受到电磁力(安培力)，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。

在上面的叙述中，提到了左手定则，右手定则等，使得我们本来基础不扎实的学生听得一头雾水。假如能够用其他的方法简单说明其工作原理，学生不是就有自信了吗？为此，我一般在学生不能很好的理解教材上的电动机原理的时候，换用楞次定律来解释这个原理。

楞次定律描述电动机的工作原理：当三相定子绕组中通入三相交流电时，定子电流在气隙中产生旋转磁场，由于转子导体是闭合的，为了保证和旋转磁场的相对位置不变（即磁通不变），转子随旋转磁场转动。

其中没有提到电流方向，左手右手定则，学生表示很容易接受。从效果上，我看到了用楞次定律分析电动机工作原理的简洁、明了。当然，在讲授电机工作原理之前，我先会带领学生复习楞次定律的内容和应用，让其对楞次定律的理解更深刻一些，给教学带来方便，给学生一个理解和分析问题的方法。通过以上几个例子可以看出，在讲授电磁感应原理的内容的时候，灵活的运用一些知识可以使教学活动的效果更好，有助于学生从另外的角度来发现问题，解决问题。不仅仅是在这个楞次定率的问题上，我们可能在教学的过程中会有很的这样的例子。

作者简介：

李捷（1983），男，西安市工业技工学校电工教研室一体化教师，电工技师。