DOC《一、电磁感应中常见问题》

一、电磁感应中常见问题

(一)、产生感应电流与产生感应电动势的条件因果关系不明确 尽管学生初中对产生感应电流的条件 ―― 切割磁感线印象较深,但通过实验和练习对产生感应电流的条件 ―― 与产生感应电动势的条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化 , 闭合导体回路中就有感应电流产生还是能接受.

但是往往误认为回路没有感应电流就没有感应电动势. 我们知道闭合电路中产生了感应电流,那么就必定存在了对应的电动势,但电路中没有电源,电动势是哪来的呢?引导学生思考是线圈感应出来了电动势,线圈相当与电源,把感应出来的电动势称为感应电动势.断开电路时,电路中的电流消失,但路端电压(即感应电动势)仍然存在,所以感应电动势的有无,与电路的通断,电路的电阻无关,完全取决于电路的磁通量的变化情况.所以"感应电动势"比"感应电流"更能反映电磁感应的本质意义.

(二)、二次电磁感应问题

1 . 二次电磁感应问题综合程度高,学生做题无从下手.不明确研究那个回路 ? 找不出回路的磁通量变化的原因? 例、当金属棒 a 在处于磁场中的金属轨道上运动时,金属线圈 b 向右摆动,则金属棒 a ( BC ) A .向左匀速运动 B .向右减速运动 C .向左减速运动 D .向右加速运动 解析:根据楞次定律可知穿过线圈的磁通量在减少,可见金属棒 a 向左减速运动或向右减速运动.

2 . 不会具体应用左、右手定则 例、如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒 PQ 、 MN ,当PQ 在外力作用下运动时, MN 在磁场力的作用下向右运动,则PQ 所做的运动可能是( BC ) A .向右加速运动 B .向左加速运动 C .向右减速运动 D .向左减速运动 解析:分析该类问题,首先要明确 PQ 运动是引起 MN 运动的原因,然后根据楞次定律和左手定则判断.由右手定则 PQ 向右加速运动,穿过 的磁通量向上且增加,由楞次定律和左手定则可判断 MN 向左运动,故A错.若PQ 向左加速运动,情况正好和 A 相反,故B对.若PQ 向右减速运动,由右手定则,穿过 的磁通量向上且减小,由楞次定律和左手定则可判知 MN 向右运动,故C对.若PQ 向左减速运动,情况恰好和 C 相反,故D错. 点评:解决此类问题往往多次运用楞次定律,并注意要想在下一级中有感应电流,导体棒一定做变速运动,或穿过闭合回路的磁通量非均匀变化,这样才可以产生变化的感应电流,这一变化的感应电流产生的磁场是变化的,会在其他回路中再次产生感应电流,在分析过程中关键要确定因果关系.

(三)、有关安培力的几个错误

1 . 将安培力误写为 BLv .只需搞清 BIL 和BLV 的含义,有电流才能受力

2 . 不知道用物体的受力求感应电流 例、如图所示,有两根和水平方向成 角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻 R ,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感强度为 B ,一根质量为 m 的金属杆从轨道上由静止滑下.经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度 vm ,则( B 、 C ) A .如果 B 增大, vm 将变大 B .如果 变大, vm 将变大 C .如果 R 变大, vm 将变大 D .如果 m 变小, vm 将变大 解析:金属杆下滑过程中受力情况如图所示,根据牛顿第二定律得: _ 所以金属杆由静止开始做加速度减小的加速运动,当_时,即_,此时 I 最大则速度 v m ,可得:故由此式知选项 B 、 C 正确. 3. 忽略磁感应强度 B 对安培力的影响 例、如图所示,竖直向上的匀强磁场,磁感应强度 B=0.5 T ,并且以 _ = 0.1 T/s 在变化,水平轨道电阻不计,且不计摩擦阻力,宽0.5 m 的导轨上放一电阻 R0=0.1 Ω的导体棒,并用水平线通过定滑轮吊着质量 M= 0.2 kg 的重物,轨道左端连接的电阻 R=0.4 Ω,图中的 l= 0.8 m ,求至少经过多长时间才能吊起重物 . 解析:由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势: E= 由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流 I= 由于安培力方向向左,应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向(由上往下看).再根据楞次定律可知磁场增加,在t时磁感应强度为: B 磁=(B+?t)此时安培力为: F 安=B 时Ilab ;

由受力分析可知 F 安=mg t=495 s 点评:影响安培力的大小因素有三个 ―― : 、 I 、 L .实际运算过程忽视了 B 的变化,将B代入 F 安=BIl ab ,导致错解 .

二、应对策略:

(一)、把握教学的重点、突破难点 楞次定律和法拉第电磁感应定律是解决电磁感应综合问题的重要依据,也是电磁感应的重点和难点,学习过程中必须深入理解和熟练掌握. 1. 做好每个演示实验 2. 楞次定律的应用 楞次定律物理量多、关系复杂,抽象性、概括性很强,要给学生分析问题的方法. (

1 )应用楞次定律解决问题,关键要做好以下两点 第

一、感应电流的产生的条件是回路中磁通量是否变化,要想知道回路磁通量怎样变化,则需明确引起磁通量变化空间的磁场强弱、方向分布的情况,即对常见磁体及电流产生的磁场要相当熟悉. 要想知道线框在磁场中运动时磁通量怎样变化,必须知道空间的磁场强弱、方向分布的情况,对常见磁体及电流产生的磁场要相当熟悉. 第

二、研究的回路有两种情况:线圈所围成的回路、螺线管. 从楞次定律得出的实验进行分析,使学生明确研究的回路的两种情况. 3. 法拉第电磁感应定律的理解和应用 法拉第电磁感应定律是电磁感应定量计算的基础,要扎扎实实落实此规律,建议做好以下几方面. (1)理解磁通量、磁通量变化、磁通量变化率三个物理量 (

2 )感应电动势的两个公式 E=n Φ/、E=BLv 的选用 通过典型例题的练习,使学生加深对法拉的电磁感应定律的理解,明确 E=n Φ = 、 E=BLv 的适用条件. 例、一环形线圈放在匀强磁场中,设第 1s 内磁感线垂直线圈平面(即垂直于纸面)向里,如图

3 所示.若磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系如图

4 所示,那么第 3s 内线圈中感应电流的大小与其各处所受安培力的方向是( C ) A .大小恒定,沿顺时针方向与圆相切 B .大小恒定,沿着圆半径指向圆心 C .逐渐增加,沿着圆半径离开圆心 D .逐渐增加,沿逆时针方向与圆相切 (

3 )电磁感应中的电路问题 电磁感应中的电路问题是解决电磁感应问题的基础,在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量的变化的回路将产生感应电动势.该导体或回路相当于电源(它们的电阻为电源的内阻),将它们接上电容器,便可使电容器充电;

将它们接上电阻等用电器,在回路中形成感应电流,便可对用电器供电.因此,电磁感应问题往往和电路联系在一起,建议练习从简单题入手.如下面图示的情景. 通过练习使学生明确解决这类问题的基本思路:确定电源,以确定内外电路 ―― 选公式(法拉第电磁感应定律)求电源的电动势(区分平均电动势与瞬时电动势) ―― 画出等效电路图(感应电流的方向确定:楞次定律或右手定则) ―― 应用全电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率列方程.

(二)、培养学生分析解决问题的能力 电磁感应基本上是高中电学学习终结性的内容,对学生综合应用物理知识解决问题的能力要求高,应注意培养学生的能力.

1 . 电磁感应的动力学问题 在电磁感应问题中,有许多的问题情景是与力学问题有关的.如线框在磁场中的运动、导轨上的导体棒的运动问题等等.这些问题往往需要对运动的对象做出受力的分析,才可以确定运动的特点和规律.在对研究对象的受力进行分析时,尤其要注意的是安培力,要根据左手定则确定安培力的方向,然后再根据 计算出安培力的大小.特别是在电磁感应现象中安培力的大小往往与金属棒的运动速度有关,与磁场的变化有关.在确定了运动对象的受力情况后,再根据各个力的情况以及运动的初始状态确定对象的运动规律.

2 . 电磁感应中的能量问题 能量守恒的观点贯穿本主题.楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现;

电磁感应现象的两种情况(感生和动生电动势)寻找电源的产生过程;

互感和自感 、涡流、电磁阻尼和电磁驱动是能量守恒定律的重要例证.能量守恒和转化是解决一些电磁感应问题的重要方法,分析电磁感应问题往往可以使问题变的简单,应重视从能量守恒的观点处理电磁感应问题. 电磁感应中的能量问题综合性最强,需以电路问题、动力学问题为基础,是教学中的难点.解决这类问题的基本方法是: 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 ―― 画出等效电路,求出感应电流的大小 ―― 某段导体感应电流所对应的安培力(总是阻碍磁通量的变化) ―― 分析各个力的做功情况及所对应的能量变化( W 克安 = ? E 电=Q热)―― 选过程用动能定理或能量守恒列方程.