结果阻碍原因

摘 要：在中学课本中楞次定律更多的只是充当了一个判断感应电流方向的工具，本文从受力、做功到能量守恒定律等方面对其本质进行探究，总结出结果阻碍原因的规律，更方便地进行感应电流方向的判断。

关键词：磁通量 能量 阻碍 结果 原因

一、闭合回路中的一段导体在磁场中做切割磁感线运动

1.有趣的左、右手定则。原因是当闭合回路中的一段导体在磁场中做切割磁感线运动，结果是产生了感应电流。用右手定则判断出感应电流的方向，用左手定则判断出此电流所受的安培力。思考：为什么左、右手大拇指所指方向正好相反?

2.反向思考。如果切割磁感线运动的方向与感应电流所受安培力方向相同或者不受安培力，则只需轻轻地一推，切割磁感线运动就会持续进行，电能源源不断地输送出来，人类的能源危机从此得到解决。可能吗？

3.动力学分析。如图1所示，由于导体做切割磁感线运动（V），受洛伦兹力f作用而定向移动（V），形成感应电流，由于定向移动（V）而受洛伦兹力f，大量定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力即为安培力，可见感应电流所受安培力总是阻碍做切割磁感线的运动。

4.能量问题。每个自由电荷由于随导体棒一起运动（V）而受到洛仑兹力f=qVB的作用，方向向上。在力f的作用下自由电荷沿导体向上运动（V），使导体棒上端出现多余正电荷，下端出现多余负电荷。结果导体上端电势高于下端电势，出现了由上向下的静电场。此电场对电荷的作用力F向下，当F与f大小相等时达到了动态平衡，上、下两端便产生了一个稳定的电势差，大小等于电源电动势E。运动的导体就相当于一个电源，而洛仑兹力f就相当于电源的非静电力。

因为F=f Eq=qVB （E为电场强度） 即：E=VB

则电源电动势E=El=BlV（l为导体棒的长度）

电源电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到正极非静电力所做的功，t时间内所有自由电荷在洛仑兹力f的作用下克服电场力所做的总功为：

W=Fl=EQl=EItl=BVItl

与此同时，在t时间内所有自由电荷所受f所做的总功（即安培力所做的功）为负：

W=-FVt=-BIlVt

由此可以证明f和f所做功的代数和为零，洛仑兹力不提供能量，只是起到传递能量的作用，即外力克服洛仑磁力的一个分量f所做的功通过另一个分量f转化为电能，外力做了多少功就有多少其他形式的能转化为电能。

同时由于W=-W，即：fVt=-fVt（fV=-fV），由几何知识可以证明f和f的合力f与V和V的合速度V垂直（如图2所示），这就与“洛伦兹力与速度垂直”的结论一致，进一步证明了洛伦兹力不做功。由此可见，感应电流所受安培力总是阻碍做切割磁感线运动的本质是能量守恒。

5.猜想与拓展。闭合回路中的一段导体在磁场中做切割磁感线运动产生了感应电流，而感应电流受到了安培力的作用。由于能量守恒，安培力一定是阻碍导体做切割磁感线运动的。感应电流受到安培力的这个结果阻碍产生感应电流的原因。感应电流无论产生什么样的后续结果，都应该是阻碍产生感应电流的产生原因，否则就违背了能量守恒定律。

二、闭合回路中的磁能量发生改变

1.结论推广。闭合回路中的一段导体在磁场中做切割磁感线运动可以认为是闭合回路中的磁能量发生改变的一种特殊形式。上例中当导体棒向右运动，原磁场磁通量增加，而感应电流的磁场与原磁场方向相反；当向左运动时，磁通量减小，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。原因是回路中的原磁通量发生变化，结果是产生了感应电流，感应电流的磁场与原磁场方向是“增反减同”，阻碍着原磁场磁通量的变化。意思是当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。楞次定律也就由此可得，且由此亦可知其特点也是结果阻碍原因。

2.其他阻碍形式。（1）阻碍相对运动：原因是磁体和回路之间的相对运动而产生了感应电流，结果是二者之间的作用力阻碍相对运动。表现为“来拒去留”。（2）阻碍原电流的变化(自感现象)：原因是线圈中自身电流（原电流）发生变化，在此线圈中产生了感应电动势（自感电动势），结果是这个自感电动势总是阻碍原电流的变化。表现为当原电流增加时，自感电动势方向与原电流方向相反；原电流减小时，自感电动势方向与原电流方向相同。（3）线圈面积变化阻碍磁通量的变化：原因是线圈中通过的磁通量发生变化，结果是线圈中感应电流所受安培力使线圈的面积有变化或变化趋势，而面积变化（或变化趋势）一定要阻碍磁通量的变化。

三、注意事项

1.阻碍的含义。阻碍不是阻止。因为磁通量的变化是引起感应电流的必要条件，如果这种变化被阻止了，也就不可能继续产生感应电流。感应电流阻碍的对象是原磁场磁通量的变化，以及引起原磁场变化的原因。阻碍也不是与原来相反。如果将阻碍理解为感应电流的磁场总是与原磁场方向相反，则当原磁场磁通量减小时，感应电流的磁场就会加速原磁场磁能量的减小，结果就会加速原因。这也就违背了能量守恒与转化定律。

2.楞次定律与右手定则。二者是一般与特殊的关系。一切电磁感应现象都符合楞次定律，而右手定则只适用于由于部分导体做切割磁感线所产生的电磁感应现象。在判断不闭合电路中的感应电动势方向时，可以假设电路闭合，按照楞次定律先判断出假设的闭合电路中的感应电流方向，进而判断出感应电动势的方向。楞次定律的研究对象是整个回路，所涉及的原磁场、感应电流的磁场都是指回路内部的磁场，尤其当有相反方向的磁感线通过回路时，原磁场的磁通量为多的减去少的，而原磁场方向与多的同向。右手定则的研究对象却是一段做切割磁感线运动的导体，考虑的只是导体所在处的原磁场方向。当然感应电流所受安培力仅仅与导线所在处的原磁场强弱和方向有关，而与回路内部的磁场无关。

四、思想升华

在生产、生活中，有许多相关联的运动和变化都是一个负反馈系统――结果阻碍着原因，使得事物能回到某个平衡状态。例如：恒定功率下汽车的加速，速度增加会导致加速度减小，阻碍速度的进一步增加；市场中的供求关系对商品价格的影响等。

参考文献：

［1］普通高中物理教科书.人教版.

［2］王朝银主编.创新设计系列丛书.