云南省怒江州民族中学 673200
摘 要：功能关系是物理学研究力与运动问题的第二大方法，但是在电磁感应现象中，学生通常很难真正理解和掌握。本文试图通过实例用简单明确的方法把这个问题讲清楚。
关键词：电磁感应现象 功能关系 问题
能量守恒定律的发现是19世纪中叶人类认识自然规律积累到一定程度的必然结果。这其中许多物理学家几乎在同一时期发现了自然界的能量守恒规律，使人类真正认识到功和热实际上是能量转化或传递的两种方式，也就区分了热量与能量两个一直被许多科学家混淆的慨念，用热和功的数量可以去量度该过程中有多少能量发生转化了或者有多少能量发生传递了。能量在转化和传递过程中，其总量是保持不变的。
这是人类认识自然的历程中，继牛顿力学之后的又一重大突破，它揭示了我们认识自然不仅可以从力与运动的角度还可以从功和能的角度加以认识和解释自然。
同样，在电磁感应现象中我们也要善于从功和能、能量守恒的角度去理解和认识各种复杂的问题，很多时候这将使问题简单化。
现有高中物理课本，人教版选修3-2，电磁感应问题中主要有以下两个定律：法拉第电磁感应定律和楞次定律。其中楞次定律的表述为：“感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”楞次定律实际上是电磁感应现象中能量守恒定律的一种表达形式，或者说是一种必然。
我们通过下面的事例加以说明：
例1：下图中，磁铁N极插入闭合螺线管中时，根据楞次定律很容易判断此时螺线管中的感应电流产生的磁场使螺线管的磁场表现为上部是N极，这样两个N极必然相互排斥，排斥的结果是我们要用外力克服磁场力把磁铁压入螺线管。
该过程也就实现了外力克服磁场力（安培力）做功，实现把其他形式的能量转化为电磁能，从而保证了能量守恒。如果磁铁是拔出，楞次定律可以判断出螺线管上部是S极。此时磁场力必须吸引磁铁，使得外力继续克服磁场力（安培力）的吸引，强制拔出实现外力克服磁场力做功，实现把其他形式的能量转化为电磁能。该过程同样保证了能量守恒。
可见，楞次定律和能量守恒定律判断的结果是一致的，或者说楞次定律本身就是能量守恒定律在电磁感应现象中的一种表述形式。如果我们在教学中讲述并强调这点，对于解决很多电磁感应问题将会带来极大的方便。
再看下面的例子：
例2．如下图所示，竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R，金属杆质量为m，跨在平行导轨上，垂直导轨平面的水平匀强磁场为B，不计ab与导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好。若ab杆在竖直向上的外力F作用下匀速上升，则以下说法正确的是（ ）。
A.拉力F所做的功等于电阻R上产生的热量
B.杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量
C.电流所做的功等于重力势能的增加量
D.拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量
解答：如果用上述楞次定律的扩展形式，该题就容易多了。由于ab杆受到的安培力向下，因此F同时要克服重力和安培力做功，实现把其他形式的能转化为重力势能和热能。当然，克服安培力做的功依然等于转化为的热能，克服重力的功依然等于转化为的重力势能。因此，只有A、D两个选项正确，其余错误。
类似的例子还很多，学生只要理解和掌握了上述知识，就不难解决这些问题了。涉及定量计算的问题同样可以用上述方法解决。
最后我们总结如下：功是能量转化的量度，可以用做了多少功去衡量有多少能量发生转化了。什么性质的力做的功是和对应的相应形式的能与其它形式能之间转化的。电磁感应现象中克服安培力做的功是和其他形式的能与电能之间转化相对应的。
当然，学生如果要深究这个“其他形式能”，也可以这样说：外力是什么形式的力，这个其他形式能就是与之相对应的能量形式。
论文作者:程云江
论文发表刊物:《教育学》2018年2月总第136期
论文发表时间:2018/4/28
标签：楞次定律论文; 安培力论文; 电磁感应论文; 能量论文; 形式论文; 磁场论文; 外力论文; 《教育学》2018年2月总第136期论文;