淺談楞次定律、慣性定律及勒沙特列原理中的“阻礙”

蔣海炳

（浙江省寧波市象山縣第二中學）

淺談楞次定律、慣性定律及勒沙特列原理中的“阻礙”

蔣海炳

（浙江省寧波市象山縣第二中學）

人教版中楞次定律是這樣表述的：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。電磁感應現象中的磁體具有保持原有狀態，阻礙磁通量變化的性質，這不禁讓筆者想到了另外的兩條規律：慣性定律和勒沙特列原理。慣性定律是物理學中一個非常基本的定律，又稱牛頓第一定律。其具體表述為：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。可見，慣性定律更加直接地表達了物體具有維持原有狀態，阻礙狀態變化的性質。勒沙特列原理：如果改變影響化學平衡的一個條件（濃度，溫度，壓強等），平衡就向減弱這種改變的方向移動。這雖然是化學平衡中的原理，但是它同樣體現出了物體或者物體系統具有保持原有原狀，阻礙狀態改變這樣的性質。那么，它們三者的“阻礙”到底有哪些相同點和不同點呢？

一、相同點

1.阻礙的對象相同

楞次定律、慣性定律和勒沙特列原理三者均表達了物體（物體系統）具有保持原有狀態的性質，都會對引起它們改變的外因起到阻礙的作用。它們阻礙的是“改變”。

對于慣性，人們都不陌生：如果不受外力，靜止的物體將永遠保持靜止狀態，運動的物體將會做勻速直線運動一直運動下去。說明物體自身具有阻礙運動狀態改變的本領。

楞次定律中的“阻礙”，是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。例如，穿過線圈原磁場方向向下（如圖1所示），并且磁鐵在向下運動，對于線圈來說，向下的磁通量在變大，這一變化使得線圈中產生了感應電流，而感應電流產生的磁場又反過來給向下運動的磁鐵一個向上的磁場力，阻礙它的繼續靠近，繼而阻礙線圈筒中磁通量的增加。

圖1

勒沙特列原理認為，處于平衡狀態的化學反應，如果改變了溫度、壓強、濃度等能夠影響反應的其中一個條件時，化學反應會向著減弱這個影響的方向進行。通過平衡的移動，來阻礙整個物體系統的狀態改變。比如，某個反應是吸熱反應，則升高溫度，反應將向正方向進行，我們可以理解成為，系統要升高溫度，則反應平衡會向著吸收熱量的方向進行，以阻礙系統溫度的升高；同理，如果降低溫度，則反應平衡向反方向移動，我們可以理解為，反應系統溫度要降低，則反應平衡會向著放出熱量的方向進行，以阻礙系統溫度的降低。從這點看，勒沙特列原理也阻礙“變化”，跟慣性定律、楞次定律類似。

2.阻礙的結果相同

三條規律都講到了會對引起它們改變的外因起到阻礙作用，但是都只是阻礙，結果卻是阻而不止。

原本處于平衡狀態的物體，當受到的合力不為零時，物體的運動狀態就會發生變化，不會因為物體有慣性而不發生改變。

在電磁感應現象中，（如圖1）磁鐵在向下運動過程中，通過線圈的磁通量變大，由楞次定律可知，磁鐵會受到阻礙磁鐵向下運動的力，但是磁鐵還是會向下運動，向下的磁通量還是繼續增大。有阻礙的行為，但是阻礙的結果只是延緩了穿過這一過程，并沒有阻止住變化的發生。勒沙特列原理中阻礙的結果怎么樣呢？

處于反應平衡狀態下，加入反應物O2之后，反應物濃度增加，平衡必將向正方向進行，以抵抗反應物的增多，但是等反應達到新的平衡之后，反應物與生成物的濃度都變大了。當然，O2濃度比未加入之前肯定要大。所以從結果看，與其他兩條規律相似，都采取阻礙的行動，但最終還是逃不脫阻而不止的結果。

3.阻礙作用都與物體（物體系統）自身性質有關系

在慣性定律中，欲使物體的運動狀態發生改變，需要給物體以力的作用，在相同的作用力作用下，質量大的物體加速度小，物體的運動狀態改變來得慢，相反質量小的物體得到的加速度反而大，運動狀態容易改變。比如，外觀相同并以相同速度行駛的空載大客車和滿載大客車，急剎車之后滿載大客車滑行的距離要比空載大客車遠，我們就知道了，滿載大客車的慣性比空載大客車要大。所以質量越大的物體慣性越大，運動狀態越不容易改變，物體的慣性大小僅與物體自身的質量有關，而與其他因素無關。

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但是楞次定律中沒有提及阻礙作用與磁體本身性質之間存在什么關系。法拉第電磁感應定律，除了n表示線圈匝數以外，看不到與線圈自身屬性有關的信息。但在自感現象中，自感電動勢E=，可以看出自感電動勢的大小是跟自感系數L成正比的，而自感系數L則是由自感線圈本身的特性決定的，如線圈大小、線圈形狀、圈數等。自感系數L越大，自感線圈對電流改變的阻礙作用也就越強大，這種阻礙作用來源于物體自身，與慣性定律有一定的相似性。

在可逆反應中，反應進行的程度與該化學反應本身有關，對于可逆反應來說，在一定溫度下，無論反應物的起始濃度如何，反應達到平衡狀態后，各生成物的物質的量濃度乘積和反應物的物質的量濃度乘積的比值是個常數，此常數稱為該反應的化學平衡常數。常數的值越大，說明反應進行得越完全。從這個方面看，勒沙特列原理的阻礙也是會受到化學反應本身約束的，不同的化學反應之間也不一樣，可以說，勒沙特列原理的“阻礙”是與化學反應本身有關的。這一點也與慣性定律及楞次定律相似。

二、不同點

1.三條規律表述的側重點不同

慣性定律強調的是物體具有保持原有運動狀態的性質，強調的是運動狀態尚未改變之前。而楞次定律則是強調如果改變了會怎么樣，所以說是強調改變了之后會產生什么樣的后果，改變的后果會反過來阻礙此改變的繼續發生。勒沙特列原理所討論的也是當反應條件發生了改變之后，整個體系化學反應平衡會怎么移動，這個移動的直接結果是阻礙了引起平衡移動的反應條件的改變。所以，楞次定律和勒沙特列原理所強調的都是當狀態改變之后的后續變化。

2.三者都有阻礙作用，但產生阻礙的條件卻是不一樣的

慣性是物體的固有屬性，任何物體都有，物體在任何情況下都有，不會因為物體有沒有受到外力而改變，也與物體的運動狀態無關。所以物體的這種阻礙運動狀態改變的行為是無條件的。

同樣，處于化學平衡狀態的物體系統，如果不去改變反應條件，化學平衡也不會移動。只有當外界對處于平衡狀態的系統進行破壞，改變反應的條件了，平衡才會移動，直到達到新平衡。從這點看，與楞次定律相似。

3.楞次定律與勒沙特列原理都是對引起變化的原因進行阻礙，但是所采取阻礙的方式不一樣

圖2

楞次定律的阻礙，是通過額外產生出感應電流，再通過產生出的感應電流的磁場來反作用于原磁場，進而起到阻礙原磁場變化的作用。如果原來通過線圈的磁通量是向下的（如圖2），并且向下的磁通量在變大，為了阻礙其繼續變大，額外產生一個感應電流，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，反過來阻礙原磁通的變大。如果原來通過線圈的磁通量是向下的，并且向下的磁通量在減小，為了阻礙其繼續減小，線圈中同樣會產生出感應電流，而感應電流的磁場會和原來通過線圈的磁場同向，起到阻礙原磁通減少的作用。

勒沙特列原理同樣是阻礙變化，但是它采取的是通過平衡的移動，例如，在一個處于平衡態的反應中增加反應物的濃度，平衡會向阻礙這種變化的方向發展，即向正方向進行，反過來提取出一部分反應物，使反應物的濃度降低了，反應同樣會向阻礙這一變化的方向進行，即平衡會向逆反應方向進行。改變生成物濃度，或者改變溫度、壓強，平衡同樣會向著削弱這種改變的方向移動，或者說平衡同樣會向著阻礙這種改變的方向移動。

他山之石，可以攻玉。自然科學中的許多原理、定律都是相通的，物理學里邊的規律有時可以用來解釋化學、生物或其他學科中的現象，化學里的規律同樣可以啟發我們分析解決物理學問題。如果能夠對相似的規律進行比較教學，學生對這些規律、定理的理解必然會更加深刻，或許能夠得到意想不到的效果。

［1］黃文利，李霆.品楞次定律“阻礙”之味［J］.中學物理教學參考，2003（10）.

［2］韓秀梅.以“阻礙”帶動楞次定律教學［J］.山西財經大學學報，2002.

［3］馬俊杰.由慣性定律與楞次定律想到的［J］.物理教學探討，2006（9）.

［4］牛德云.談談如何深刻理解楞次定律的實質［J］.太原教育學院學報，2004（12）.

·編輯薄躍華