师：同学们好，这节课我们讨论电磁感应，第一讲电磁感应现象及楞次定律。首先，请同学们看两个典型实验。在图一中，螺线管和表头构成一个闭合回路；类似地，图 2 中导体棒 AB 和表头也构成一个回路。请思考这样两个问题：图一中，当条形磁铁插入螺线管内和静止于螺线管这两种不同情形下，回路中是否有电流产生？图 2 中，当导体棒 AB 向右运动过程中，回路中是否有电流产生呢？

　　在第一个实验中，为便于分析，假设磁体的下端为 N 极。当磁铁插入螺线管的过程中，对螺线管而言，穿过它的磁场向下，且磁通量在增加，所以回路中有电流产生。而当磁体静止于螺线管内时，对螺线管而言，有磁通量穿过它，但磁通量不发生改变，所以这时回路中没有电流产生。

　　在图 2 实验中，当 AB 棒向右运动时，磁场不变，回路的有效面积在变小，对于这个回路而言，磁通量在减小，所以回路中也会有电流产生。

　　在物理学中，我们把这种现象称之为电磁感应现象，即当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，在回路当中就会有电流产生。而这种利用磁场产生电流的现象，我们就把它叫做电磁感应现象，这个电流就叫做感应电流。

　　那么，请结合这样两个典型模型思考感应电流产生的条件。我们来看这两个模型不同，一个是切割模型，一个是磁变模型，但它们都有共同的特征，即引起了磁通量的变化。

　　物理学家通过对大量实验的研究发现，对于一个闭合回路，只要有磁通量发生改变时，这个闭合回路中就有感应电流产生。因此，感应电流产生的条件有两个：一是回路闭合，二是穿过这个回路的磁通量发生了变化。

　　有了感应电流，我们必然要讨论两个问题：一、感应电流的方向如何判定？二、它的大小如何定量计算呢？那我们这节课就来解决第一个问题，它的方向如何判定？请你尝试判断在图一中，当磁铁插入螺线管的过程中，螺线管内感应电流的方向是怎样的呢？

　　当磁铁插入螺线管内时，对螺线管而言，穿过它的磁场方向向下，且磁通量在增加。依据楞次定律，感应电流所产生的磁场总是要阻碍原磁通量的变化，所以感应磁场方向应该向上，由安培定则我们可以判断出这个感应电流的方向。

　　在这个感应电流方向的判断中，我们要注意两个问题：一要注意两个方向，既要注意穿过螺线管原磁场的方向，第二个要注意线圈的绕向。第二点，在这个方向的判断当中，我们使用了楞次定律，而楞次定律这个规律实际上是通过实验归纳推理得出的。我们来看一下实验探究影响感应电流方向的因素。

　　这个实验的目的是研究感应电流方向的判断定律。在这个实验当中，我们使用了控制变量法和归纳推理法。具体操作实验前，我们首先使用一个正负极性已知的电源与表头及电阻构建一个回路，其目的是记录表头的偏转方向与电流方向的关系。那么在后面的实验当中我们就可以根据表头的偏转方向，从而倒推出螺线管内的感应电流方向。

　　由于影响感应电流方向因素可能有多种，说明在这个实验当中我们采用了控制变量法的思想。例如甲乙两图，它们的操作方式相同，即甲和乙两图磁铁都是插入的方式，所以对于甲乙两个线圈来讲，它们的磁通量变化情景是相同的，即磁通量都是增加，但磁体下端极性不同，所以穿过两个螺线管的磁场方向不同，我们可以根据表头的偏转判断出螺线管内感应电流的方向。

　　结合这三个情景，我们可以来判断感应电流所引起的效果。同样在甲丙两张图当中，操作方式不同，甲是插入，丙是拔出，所以对于甲和丙来讲，它们的磁通量变化情景是不同的。甲的磁通量增加，丙的磁通量减少，但磁体的下端均为 N 极，所以对于甲丙而言，穿过它们的原磁场方向是相同的。同样，我们可以依据表头的偏转来判定感应电流方向，结合三者来讨论感应电流所引起的效果。

　　在这样一组实验当中，我们发现感应电流所产生的磁场总是要阻碍引起感应电流的原磁通量的变化。当然，一个规律的得出不仅仅是通过这样一组实验，物理学家通过对大量的实验归纳推理发现，感应电流总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这个定律我们称之为楞次定律。

　　如何来理解这个楞次定律呢？其一，从语文的角度讲，是谁阻碍了谁？应该是磁场阻碍变化。什么磁场呢？感应磁场阻碍了谁的变化？阻碍了原磁通量的变化。注意，它阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身。

　　那么如何体现这种阻碍作用呢？当穿过线圈的磁通量在增加时，感应电流产生的磁场要与原磁通量反向，起到阻碍增加的效果。当穿过线圈的磁通量在减小时，感应磁场方向应该与原磁场同向，起到阻碍它减小的效果，即体现“增反减同”。在“增反减同”这四个字里边，“增”与“减”指的是磁通量的增加或减少，“反”与“同”指的是感应磁场与原磁场是反向还是同向。当然，它所引起的效果只是一种阻碍，而不是阻止，它只是延缓了磁通量的变化，这种变化实际上仍然继续着。

　　楞次定律的因果关系是怎样的呢？实际上是穿过线圈的磁通量发生改变以后，激发出一个感应电动势，引起了感应电流，而感应电流要产生一个感应磁场，这个感应磁场的效果就是阻碍原磁通量的变化。

　　好，仅用楞次定律分析图 2 中导体棒中的感应电流方向。我们来看，导体棒向右运动使得回路的面积在变小，所以穿过这个回路的磁通量在减小。同理，感应磁场要阻碍磁通量的减小，所以感应磁场一定和原磁场同向，方向应该是向下。由安培定则我们可以判断流过导体棒的电流应该是从 A 端流向 B 端。

　　结合这样两个实例的分析，我们来回顾一下运用楞次定律处理问题的基本思路。首先我们得确定研究回路，即明确原磁场的方向；第二个确定磁通量的变化；第三个，依据楞次定律判断出感应磁场的方向与原磁场是同向还是反向，然后再由安培定则推出感应电流方向。

　　我们来看一下用楞次定律解题的基本思路，它实际上是一个有果溯因的过程，我们是由楞次定律先判定感应电流磁场方向，再来倒推出感应电流的方向。

　　当然，这个问题是一个切割模型，我们也可以用右手定则来判定，让磁感线穿过手心，拇指表示速度方向，四指指向表示电流方向。所以我们判定电流也是从 A 流向 B。

　　好，那么到这里我们讨论了感应电流方向的判断，有两种方式，一种是楞次定律，一种是右手定则。我们来做一个比较，楞次定律的研究对象是一个回路，而右手定则它的研究对象是部分导体，是那一部分在切割磁感线的导体。楞次定律适用于一切电磁感应现象，而右手定则只适用于切割模型。楞次定律的外在表现是“增反减同”。

　　好，我们用这样的规律来解决两个实际问题。我们看例一，在方向垂直向里的匀强磁场中有一个 U 形导轨，导轨平面与磁场垂直，同时金属棒 PQ 置于导轨上面，它和导轨构成了一个闭合回路 PQRS，然后一个圆形的金属线框 t 位于这个回路围成的区域里边，线框与导轨是共面的。现在让金属杆 PQ 突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流方向，下列判断正确的是四个选项，请你选择。

　　我们来看，PQ 突然向右运动，它是一个切割模型，由右手定则，磁感线穿过手心，拇指表示速度方向，我们可以判定出流过 PQ 的电流应该是从 Q 流向 P，我们把这个电流记为 I1。电流 I1 它也要产生磁场，它在这个 PQRS 回路中要产生一个垂直纸面向外的磁场，那么对于 t 线圈而言，它的磁通量减小了，所以 t 线圈内必然要激发出一个第二个感应电流 I2，它的磁场要阻碍磁通量的减小，所以感应磁场必然是向里，感应电流应该是顺时针方向。

　　好，这个题目我们就解决了，答案应该选 D。那么在这个问题解决当中，我们来看一下我们确立的模型，有两个，导体棒切割模型、金属线框磁变模型。从这个题目的解题思路或者说我们的分析逻辑来讲，它是一个由因求果的逻辑。

　　我们看变式一，如图所示，固定在水平面上的两个光滑导轨上放置了可以自由移动的金属棒 PQ 和 MN。现在当 PQ 在外力作用下运动时，MN 由静止开始突然向右运动，则 PQ 所做的运动可能是下面四个选项当中哪些呢？

　　那么这个问题的解决，我们首先要回答三个问题。第一个，MN 为什么会动起来？我们知道力是改变物体运动状态的原因。MN 从静止开始突然向右运动，它必然受到力的作用。那么在这个问题情景当中，它只可能受到一个水平向右的安培力的作用。由左手定则，我们可以判定出流过 MN 的电流 I2 应该是向下的，所以说对于 MN 来讲，它应该是一个因电生 动的问题。

　　那么第二个问题，MN 中为什么会有一个感应电流 I2 的产生呢？对于这样一个回路来讲，这个回路的磁场是不发生改变的，所以它的感应电流不可能是因为这部分而产生的，那么只可能是 L2 线圈中的磁通量发生改变而产生的。而 L2 中磁通量为什么会发生改变呢？从这个题目情景来看，这可能是 L1 中的电流所产生的磁场穿过 L2，当这个磁通量发生变化时，激发出了一个感应电流 I2。