電磁感應現象中的雙環問題

汪菊霞

(渭源縣大路小學 甘肅 定西 748207)

電磁感應現象和判斷感應電流的方向即交互運用楞次定律和右手定則是電磁感應的重點,尤其是穿過環的磁通量發生變化,在環中會產生感應電流的這類問題最為典型.在平時學習中,對單獨一個環判斷電流流向和環具有收縮或擴張趨勢時,學生都較容易理解,但當遇到雙環疊加時,在理解上很困惑.針對這個問題,筆者淺析如下.

其實理解雙環疊加問題,關鍵有3點:其一判斷穿過環內磁通量的變化,可以引用一個環套在條形磁鐵上的原理.對于條形磁鐵,在外部磁場從N極指向S極,所有外部磁場經S極進入指向N極,從而形成閉合曲線.當環套在磁鐵上時,磁體內部從S極到N極的磁場全部穿過環,而磁體外部由N極指向S極的磁場只有部分從相反方向穿過環.因此,穿過環的磁通量是指穿過的凈磁場通量,與磁體內部磁場方向相同.其二判斷感應電流方向時,應用楞次定律和安培定則,根據原電流的變化判斷出要討論環內凈磁場通量的變化,進而根據楞次定律確定感應電流產生的磁場方向,最后由安培定則判斷出感應電流的方向.其三判斷環的擴張與收縮趨勢時,可引用兩通電直導線的原理.對于兩直導線,若通入同向電流時,其中一根通電直導線在另一根通電導線產生的磁場中,會受到安培力作用而彼此靠近,若通入反向電流則相互排斥而遠離.把這一原理可以應用到雙環疊加的情境,若雙環中原電流與感應電流同為順時針或同為逆時針,則兩環相互吸引,對于外環而言,具有向內收縮趨勢,對于內環而言,具有向外擴張趨勢.若雙環中原電流與感應電流一是順時針,一為逆時針,則兩環相互排斥.對于外環具有向外擴張的趨勢,對于內環具有向內收縮的趨勢.在遇到類似問題時,注意上面3個關鍵點,雙環問題將迎刃而解.為了讓學生更容易理解,現用具體例子解析.

【例題】如圖1所示,P環位于螺線管的中垂面處,當P環中感應電流為順時針方向(圖2)且受背離圓心向外的張力時,則螺線管中電流的方向及大小變化是

A．b→a，減小

B．b→a，增大

C．a→b，減小

D．a→b，增大

圖1 圖2

解析:為了解題方便,畫出右側側視圖如圖2所示,由題意可知外環中電流為順時針,而此電流為感應電流,內環為螺線管的其中一匝線圈.由外環電流根據安培定則可知外環內凈磁場垂直紙面向里,根據楞次定律感應電流的磁場對螺線管即圖2中內環中心磁場通量的變化有阻礙作用,那么就有兩種情況,一種情況是內環中電流方向也是順時針即由b到a,并且電流減小,對圖2中兩環來看,都是順時針電流,相互吸引,外環有向內收縮趨勢,內環有向外擴張趨勢,另一種情況是內環中電流方向是逆時針即由a到b,并且增大,對圖2中兩環來看外環是順時針電流,內環是逆時針電流,相互排斥,外環有向外擴張趨勢,內環有向內收縮趨勢.結合題意P環受背離圓心向外的張力.可知此題答案為選項D.