陶 科

（佛山市南海中学分校，广东 佛山 528208）

电磁感应现象和法拉第电磁感应定律是电磁学部分的重要内容.学生在学习该部分内容的过程中有时遇到一些情景，有时甚至饶有兴趣地设想出了一些情景，这些情景都很有“希望”否定掉法拉第电磁感应定律，但最终都未成功.现将这些情景呈现出来并分析其中的原因，希望对电磁感应现象和法拉第电磁感应定律有更深刻的认识.

1 回路选择不准确

如图1所示为法拉第直流发电机的示意图，该情景如果从切割磁感线的角度思考：将圆盘看成是由很多辐条组成，每条都在切割磁感线并且它们之间是并联关系，取其中任意一根辐条Oa俯视图如图2所示，其中的感应电动势并且根据右手定则可判断辐条中的感应电流沿aO方向.这种方法直观、简洁，容易得到大家的认同.

图1

图2

但有些思维敏捷的学生，很快想到从磁通量变化的角度思考：磁感线穿过圆盘和导线组成回路，其中导线部分的面积不变，而圆盘部分的面积也没有变，因此ΔΦ＝0，没有感应电流.为什么不同的思考角度，得到的结论不同，问题的关键在哪里呢？

图3

整个圆盘由无数根辐条组成，圆盘转动时从整个圆盘来看它的磁通量是不变的，但圆盘并不是真正的与灯泡组成的回路，因此所谓磁通量的变化是指与无数根辐条对应的若干个闭合回路来说的.各个辐条在相同时间转过角度相同，因此对应的磁通量的变化ΔΦ＝BΔS均相等，各辐条对应的回路感应电动势相等.因此准确选取回路作为研究对象，是运用法拉第电磁感应定律进行判断的前提.

2 磁感线分布不清晰

如图4所示通电线圈产生磁场，磁场通过导磁物质形成磁极N、S，有一金属方框套在磁极N上，并在磁极狭缝间竖直下落，金属方框平面水平，在狭缝中磁场从N极到S极，磁感应强度为B，俯视图如图5所示.

在该情景中，从切割磁感线的角度思考：狭缝中的线框向下切割磁感线，感应电动势为E＝Blv＋Blv＝2Blv，感应电流从上向下看为顺时针方向.这种角度思考也很清晰、明了，好像是没有什么问题了.

图4

图5

但有些学生仔细一想还是发现了问题，从磁通量变化的角度思考：在狭缝中磁场从N极到S极，所以磁场水平如图6所示，而金属方框平面也是水平的，因此线框中磁通量Φ＝0，线框向下运动，磁感线仍与线框平行，所以磁通量始终为0，这又是怎么回事呢？

图6

图7

其实问题在于磁感线是一个闭合曲线，装置中的磁感线分布如图7所示，在狭缝中磁场从N极到S极，可以看到当金属方框从上向下落的时候，方框中的磁通量增大，感应电流从上向下看为顺时针方向，与切割角度思考的结果是一样的.因此在运用法拉第电磁感应定律进行判断的时候，要注意分析磁感线的完整分布.

3 与物理事实不符合

有人设计了这样一种情景：在空间一正方形区域中，有一水平向右的磁场B如图8所示，在该磁场区域左侧有一个金属线框abcd，线框ad边在磁场区域外，cb边在磁场区域内，线框平面与磁感线平行，现让线框向下平动，其中cb边切割磁感线，由右手定则可判断线框中电流方向为cbad.

图8

但在该情景中从磁通量变化的角度思考：在线框向下平动的过程中，磁感线始终与线框平面平行，线框中磁通量始终为0，即磁通量不发生变化，不产生感应电流.

该情景中问题出在什么地方呢，问题就在于如图8所示的磁场根本不存在，该情景与物理事实不符合，磁感线为一闭合曲线，在该正方形区域的外面也必然存在着相应的磁感线，在cb边切割磁感线的同时，ad边也同时切割磁感线，两边的感应电动势相等，因此不产生感应电流，这样两种判断达到一致.

1 贾启民，郑永令，陈暨耀.电磁学.北京：高等教育出版社，2004，213

2 赵凯华，陈熙谋.电磁学.北京：高等教育出版社，2001，207

3 奇琍.法拉第电磁感应定律有例外吗.物理与工程，2005，15（3）：40

4 顾永建.一个电磁感应佯谬及其理论分析.大学物理，2002，21（1）：29