论文部分内容阅读
摘要： 本文从感应电流产生的一般条件、感应电流方向的判定、楞次定律应用三方面出发，研究感应电流与磁场之间的关系，整合课程、整合内容、为专业课程学习打下基础，使教学真正体现以学生为中心，强化职业能力培养，切实为高考做好服务。
关键词： 电工基础课程 《电磁感应》 产生条件 方向判定 楞次定律
在电工基础课程教学中《电磁感应》这一章的核心内容是让同学们掌握电磁感应现象及其规律，然而教师讲起来难，学生学起来难，难就难在它看不见、摸不着、抽象而又是实实在在的东西。我通过几年的教学实践谈谈《电磁感应》这一章的教学体会。
所谓电磁感应，就是研究电—磁之间的相互关系。经过人们长期生活实践和历代科学家的研究发现，电和磁不但可以相互转化，而且有一定规律，和任何事物一样，它们之间的关系必须具备一定的外部条件。下面以感应电流为例，重点阐述磁—电现象的变化规律。
一、感应电流产生的一般条件
导体在磁场中做适当的相对运动，即切割磁感线将产生感应电流。这是著名物理学家法拉第经过实验得到的结论。这里要特别向学生讲清楚这个定律的两个方面：一是“由闭合电路的一部分导体在磁场里作切割磁感应线运动是导体会产生感生电流”。我们叫“一段切割”。二是“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合回路就会产生电流”，简称回路磁通量变化。这是一种现象的两种表现形式。
依照以上所述，老师在课堂上做一些简单的实验，学生在一旁观察、体会。深刻理解感应电流产生的条件：（A）电路闭合。（B）穿过电路内部的磁通量发生变化。两者缺一不可。在讨论电磁感应这个问题时，必须始终牢记“变化”二字。
改变电路内部磁通量主要有以下几种途径。
根据法拉第Φ=BScosα；
1.磁感应强度B发生变化，引起闭合线圈内部磁通量变化。如图a、b。
a b
2.闭合线圈面积发生变化，引起闭合线圈内部磁通量发生变化。如图c。
c d
3.置于磁场中的闭合线圈平面与磁感应强度B的方向之间的夹角发生变化时，闭合线圈内的磁通量将发生变化。如图d。
通过以上讲解和实验，学生对感应电流的产生和变化形成了基本的概念。
二、感应电流方向的判定
有感应电流的产生，就有其流动的方向。经过大量实践证明感应电流的判定可分为两种情况，分别叙述如下。
第一，在闭合线圈的一部分作切割感应线运动时，线路中将有感应电流流过，这时感应电流的方向可用右手定则判定，具体步骤如下：伸出右手，使拇指与四指垂直，并跟手掌在同一平面内，那么四个手指所指的方向就是感应电流的方向（实验图略）。让同学们观察电流表反复实践几次验证一下电流方向是否和实际测定的相一致。
第二，当闭合线圈内部的磁通量发生变化时，导体内部将有感应电流流过，其感应电流的方向可用楞次定律来判定，步骤如下：（1）确定闭合回路中引起感应电流的原磁场方向。（2）确定原磁场磁通量是如何变化的，即增加还是减小。（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。（4）利用安培定则确定感应电流方向。
在同学们利用楞次定律判定感应电流方向时必须注意：“阻碍”不是阻止；阻碍磁通量变化——磁通量增加时阻碍增加（感应电流磁场和原磁场方向相反，起抵消作用）；磁通量减少时阻碍减少（感应电流方向和原磁场方向一致，起补偿作用）。
以上所讲右手定则和楞次定律，作为判断感应电流方向的两种方法，尽管表述不同，但其本质是完全一致的。比如前面讲的一根导线在磁场中向右运动时，用右手定则判定电流方向很方便，但我们也可以用楞次定律来判定感应电流的方向。导体向右运动时闭合电路的面积减少，穿过闭合电路的磁通量将减少，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁场磁通量的变化，即感应电流磁场方向与原磁场方向一致（垂直向下）。根据安培定则，感应电流方向按顺时针流动，与右手定则所得结果一致。
感应电流方向的判定要让学生反复练习并熟练掌握。
对以上两种判定方法在本质上的一致性，法拉第曾这样说：“磁感线的增减不是指磁感线总数的绝对增加或减少，所谓增加是指存在于空间的磁感线向圈内收缩；所谓减少是指通过线圈的磁感线向线圈外空间的扩散。”自然这种增减必然要引起磁感线切割导线。
三、楞次定律的应用
前面所讲感应电流的产生和感应电流方向的判定其最终目的在于应用。楞次定律判断感应电流的方向具有普遍意义，下面我们将通过具体例子的分析作重点说明。
1.现象解释：首先向学生提出日常生活中的一些电磁现象方面的问题，然后对此现象作出解释。如在两块磁铁中间有一个可以自由摆动的金属A，在金属板自由摆动的过程中，磁场将起到一个阻碍金属板摆动的作用，这种现象称为电磁阻尼现象，我们来讨论一下它的原理。
2.分析与解答：对于金属板A，我们可以认为它是由一系列线框组合而成的，当金属板进入磁场时，这些线框中的磁通量将增加，根据楞次定律，这些线框中的感应电流的磁场将阻碍原磁场磁通的增加，由此可知感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，因此可确定A板中感应电流方向，根据左手定则，A板将受到一个阻碍其运动的磁场力F的作用。
当金属板A离开磁场时，构成金属板A的各线框中的磁通量将减少。根据楞次定律，这些线框中感应电流磁场将阻碍原磁场磁通量的减少，从而形成与进入磁场中时A板中相反的感应电流，根据左手定则可以确定，金属板A将受到一个阻碍其离开磁场的磁场力F′作用（F′方向和F方向相反），从而使A板摆动减慢。这个问题也可用能量守恒来解释，金属板A在进入与离开磁场过程中，由于金属板A中将产生感应电流，从而使A板的动能转化为电能，因而A板的动能减少，即磁场将起到一个阻尼A板振动的作用。
这是一个实际应用的例子，通过这个现象使同学们在实践中更深刻地掌握电磁感应原理。
3.判断感应电流方向：如图e有一个闭合的圆形线圈，在其中放置一个条形磁铁，当条形磁铁作如下运动时线圈中有无电流？若有感生电流，试判定其感应电流方向；若无感应电流，说明其理由。
（1）条形磁铁在线圈内平面绕中心旋转；进入与穿出线圈内部的磁感线条数恒为零，因而线圈内磁通量不发生变化，线圈内无感应电流。
（2）条形磁铁在线圈内平动，进入与穿出线圈内部的磁感线条数恒为零，因而线圈内磁通量也不发生变化，线圈无感应电流。
（3）当条形磁铁绕轴OO′旋转，若旋转方向是N极向纸外，S极向纸内，由于条形磁铁两极间磁场较强，因此旋转时线圈内磁通量将减少。根据楞次定律，线圈内感应电流磁场将与原磁场方向相同，故线圈中的电流方向按逆时针方向流动。
当条形磁铁绕OO′旋转且N极向纸外，S极向纸内，同理可以判断线圈内感应电流按顺时针方向流动。
通过上面的例子和电磁感应实验，同学们对感生电流的产生和流动方向有了深入的理解，为下节学习感生电动势和自感现象等课程打下了基础。
关键词： 电工基础课程 《电磁感应》 产生条件 方向判定 楞次定律
在电工基础课程教学中《电磁感应》这一章的核心内容是让同学们掌握电磁感应现象及其规律，然而教师讲起来难，学生学起来难，难就难在它看不见、摸不着、抽象而又是实实在在的东西。我通过几年的教学实践谈谈《电磁感应》这一章的教学体会。
所谓电磁感应，就是研究电—磁之间的相互关系。经过人们长期生活实践和历代科学家的研究发现，电和磁不但可以相互转化，而且有一定规律，和任何事物一样，它们之间的关系必须具备一定的外部条件。下面以感应电流为例，重点阐述磁—电现象的变化规律。
一、感应电流产生的一般条件
导体在磁场中做适当的相对运动，即切割磁感线将产生感应电流。这是著名物理学家法拉第经过实验得到的结论。这里要特别向学生讲清楚这个定律的两个方面：一是“由闭合电路的一部分导体在磁场里作切割磁感应线运动是导体会产生感生电流”。我们叫“一段切割”。二是“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合回路就会产生电流”，简称回路磁通量变化。这是一种现象的两种表现形式。
依照以上所述，老师在课堂上做一些简单的实验，学生在一旁观察、体会。深刻理解感应电流产生的条件：（A）电路闭合。（B）穿过电路内部的磁通量发生变化。两者缺一不可。在讨论电磁感应这个问题时，必须始终牢记“变化”二字。
改变电路内部磁通量主要有以下几种途径。
根据法拉第Φ=BScosα；
1.磁感应强度B发生变化，引起闭合线圈内部磁通量变化。如图a、b。
a b
2.闭合线圈面积发生变化，引起闭合线圈内部磁通量发生变化。如图c。
c d
3.置于磁场中的闭合线圈平面与磁感应强度B的方向之间的夹角发生变化时，闭合线圈内的磁通量将发生变化。如图d。
通过以上讲解和实验，学生对感应电流的产生和变化形成了基本的概念。
二、感应电流方向的判定
有感应电流的产生，就有其流动的方向。经过大量实践证明感应电流的判定可分为两种情况，分别叙述如下。
第一，在闭合线圈的一部分作切割感应线运动时，线路中将有感应电流流过，这时感应电流的方向可用右手定则判定，具体步骤如下：伸出右手，使拇指与四指垂直，并跟手掌在同一平面内，那么四个手指所指的方向就是感应电流的方向（实验图略）。让同学们观察电流表反复实践几次验证一下电流方向是否和实际测定的相一致。
第二，当闭合线圈内部的磁通量发生变化时，导体内部将有感应电流流过，其感应电流的方向可用楞次定律来判定，步骤如下：（1）确定闭合回路中引起感应电流的原磁场方向。（2）确定原磁场磁通量是如何变化的，即增加还是减小。（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。（4）利用安培定则确定感应电流方向。
在同学们利用楞次定律判定感应电流方向时必须注意：“阻碍”不是阻止；阻碍磁通量变化——磁通量增加时阻碍增加（感应电流磁场和原磁场方向相反，起抵消作用）；磁通量减少时阻碍减少（感应电流方向和原磁场方向一致，起补偿作用）。
以上所讲右手定则和楞次定律，作为判断感应电流方向的两种方法，尽管表述不同，但其本质是完全一致的。比如前面讲的一根导线在磁场中向右运动时，用右手定则判定电流方向很方便，但我们也可以用楞次定律来判定感应电流的方向。导体向右运动时闭合电路的面积减少，穿过闭合电路的磁通量将减少，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁场磁通量的变化，即感应电流磁场方向与原磁场方向一致（垂直向下）。根据安培定则，感应电流方向按顺时针流动，与右手定则所得结果一致。
感应电流方向的判定要让学生反复练习并熟练掌握。
对以上两种判定方法在本质上的一致性，法拉第曾这样说：“磁感线的增减不是指磁感线总数的绝对增加或减少，所谓增加是指存在于空间的磁感线向圈内收缩；所谓减少是指通过线圈的磁感线向线圈外空间的扩散。”自然这种增减必然要引起磁感线切割导线。
三、楞次定律的应用
前面所讲感应电流的产生和感应电流方向的判定其最终目的在于应用。楞次定律判断感应电流的方向具有普遍意义，下面我们将通过具体例子的分析作重点说明。
1.现象解释：首先向学生提出日常生活中的一些电磁现象方面的问题，然后对此现象作出解释。如在两块磁铁中间有一个可以自由摆动的金属A，在金属板自由摆动的过程中，磁场将起到一个阻碍金属板摆动的作用，这种现象称为电磁阻尼现象，我们来讨论一下它的原理。
2.分析与解答：对于金属板A，我们可以认为它是由一系列线框组合而成的，当金属板进入磁场时，这些线框中的磁通量将增加，根据楞次定律，这些线框中的感应电流的磁场将阻碍原磁场磁通的增加，由此可知感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，因此可确定A板中感应电流方向，根据左手定则，A板将受到一个阻碍其运动的磁场力F的作用。
当金属板A离开磁场时，构成金属板A的各线框中的磁通量将减少。根据楞次定律，这些线框中感应电流磁场将阻碍原磁场磁通量的减少，从而形成与进入磁场中时A板中相反的感应电流，根据左手定则可以确定，金属板A将受到一个阻碍其离开磁场的磁场力F′作用（F′方向和F方向相反），从而使A板摆动减慢。这个问题也可用能量守恒来解释，金属板A在进入与离开磁场过程中，由于金属板A中将产生感应电流，从而使A板的动能转化为电能，因而A板的动能减少，即磁场将起到一个阻尼A板振动的作用。
这是一个实际应用的例子，通过这个现象使同学们在实践中更深刻地掌握电磁感应原理。
3.判断感应电流方向：如图e有一个闭合的圆形线圈，在其中放置一个条形磁铁，当条形磁铁作如下运动时线圈中有无电流？若有感生电流，试判定其感应电流方向；若无感应电流，说明其理由。
（1）条形磁铁在线圈内平面绕中心旋转；进入与穿出线圈内部的磁感线条数恒为零，因而线圈内磁通量不发生变化，线圈内无感应电流。
（2）条形磁铁在线圈内平动，进入与穿出线圈内部的磁感线条数恒为零，因而线圈内磁通量也不发生变化，线圈无感应电流。
（3）当条形磁铁绕轴OO′旋转，若旋转方向是N极向纸外，S极向纸内，由于条形磁铁两极间磁场较强，因此旋转时线圈内磁通量将减少。根据楞次定律，线圈内感应电流磁场将与原磁场方向相同，故线圈中的电流方向按逆时针方向流动。
当条形磁铁绕OO′旋转且N极向纸外，S极向纸内，同理可以判断线圈内感应电流按顺时针方向流动。
通过上面的例子和电磁感应实验，同学们对感生电流的产生和流动方向有了深入的理解，为下节学习感生电动势和自感现象等课程打下了基础。