《電磁感應》教學淺探

《電磁感應》是中職物理(電磁學)的重要內(nèi)容，是聯(lián)系電和磁的橋梁，是學習《電工學》、《電子技術(shù)》、《無線電技術(shù)》等課程的重要基礎(chǔ)。但《電磁感應》內(nèi)容中的概念、規(guī)律較為抽象，不少學生在學習時感覺有一定的困難。教學過程中教師應發(fā)揮主導作用，在幫助學生理解、思考、總結(jié)的過程中，讓學生形成清晰的概念，自主發(fā)現(xiàn)知識規(guī)律，在實際應用中掌握解決問題的方法。 

一、通過對比辨別，形成概念

要學好物理，掌握概念是前提.教學中，幫助學生形成正確的概念具有重要的意義。在《電磁感應》學習中，由于學生對一些概念的認識較模糊，理解膚淺，妨礙了他們對問題的深入學習和研究。教學中可通過對比和辨別，幫助學生形成清晰的概念。

1.辨別磁通量、磁通量的變化和磁通量的變化率

（1）磁通量(Φ)：磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積叫做穿過這個面的磁通量，定義式Φ=BS。如果面積S與B不垂直，應以B乘以在垂直于磁場方向上的投影面積S′，即Φ=BS′，國際單位是Wb。

（2）磁通量的變化(Δφ)：指磁通量的增加或減少，與磁感強度B的變化、面積S的變化有關(guān)。當回路中的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生感應電動勢；如果回路是閉合的，則回路中同時產(chǎn)生感應電流。

（3）磁通量的變化率(ΔφΔt)：表示回路中磁通量變化的快慢，與磁通量的變化量Δφ和所用時間Δt有關(guān)。電路中感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，而不是與磁通量的變化量成正比。

2.辨別感生電動勢與動生電動勢

感生電動勢和動生電動勢統(tǒng)稱為感應電動勢，均可用法拉第電磁感應定律求得。

（1）若回路中的面積保持不變，由于空間磁場隨時間變化，導致回路中產(chǎn)生感應電動勢就叫做感生電動勢，可用公式

E感＝nΔBΔtS求得。

（2）若磁場不隨時間變化，而回路中有部分導體切割磁感線運動，使回路面積發(fā)生變化，導致回路中的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應電動勢就叫動生電動勢。可用公式E動＝nBΔSΔt＝BLv求得。

3.辨別感應電動勢與感應電流

（1）感應電動勢的有無，僅決定于穿過回路的磁通量有無變化，與回路的通斷、回路的組成等無關(guān)。

（2）電路中有感應電流，是閉合電路中有感應電動勢的必然結(jié)果，感應電動勢的存在是產(chǎn)生感應電流的必要條件。電磁感應現(xiàn)象中感應電動勢比感應電流更能反映電磁感應現(xiàn)象的本質(zhì)。

二、在歸納、總結(jié)中，理解和掌握物理規(guī)律

物理概念是物理知識體系的基石，物理規(guī)律是建立在基石之上的主干知識。因此，在教學中不僅要抓好學生物理概念的學習，還要認真抓好學生物理規(guī)律的學習，使學生在歸納、總結(jié)中，理解和掌握物理規(guī)律。

1.理清知識脈絡

在《電磁感應》教學中，應把握好磁通量的“變化”，對于磁通量“變化”，應著重從三個層次去理解。

（1）磁通量是“變”還是“不變”：產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象的條件是回路中的磁通量發(fā)生“變化”，如果回路閉合，則同時產(chǎn)生感應電流；否則不產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。

（2）磁通量怎么變（增加還是減少）：這是根據(jù)楞次定律的增反減同規(guī)律判斷感應電動勢（或感應電流）的方向的依據(jù)。

（3）磁通量變化的快慢：這是確定感應電動勢大小的依據(jù)（法拉第電磁感應定律——感應電動勢大小與磁通量變化率成正比）。

2.分類總結(jié)感應電動勢的生成規(guī)律

由于通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，而在回路中產(chǎn)生感生電動勢(或感生電流)的現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比，這就是法拉第電磁感應定律。變壓器、發(fā)電機及各種電感元件都是根據(jù)電磁感應原理工作的。感應電動勢的生成規(guī)律可總結(jié)為。

（1）單桿切割生電規(guī)律：從組合情況看有桿與電阻、桿與電容、桿與電感等組合；從導體桿所在的導軌看有“平面導軌”、“斜面導軌”、“豎直導軌”等；從運動形式看有單桿在磁場中“勻速運動”，單杠在磁場中“勻變速運動”，單桿在磁場中“變加速運動”等。回路中的感應電動勢都可以考慮用公式E=BLv求得，并且桿所受的安培力總是阻礙桿的相對運動的。

（2）矩形線圈轉(zhuǎn)動生電規(guī)律：矩形線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動切割磁感線生電，可用公式E=nBSsinωt求得，交流電的產(chǎn)生就屬于此類。

（3）回路中磁通量變化生電規(guī)律：回路中僅磁通量發(fā)生變化而生電，可用法拉第電磁感應定律E＝nΔφΔt求得(式中Δφ=ΔB#8226;S=B#8226;ΔS=ΔB#8226;ΔS)。

三、在實際應用中形成知識體系

在平時的學習過程中，學生頭腦中常常是一個個孤立的概念和物理量，一條條獨立的定律和定理，不能形成體系，不能從整體上把握知識，因而很難綜合運用知識去解決實際問題。在應用《電磁感應》知識解決有關(guān)實際問題過程中，發(fā)現(xiàn)它與電學中電路的分析計算，力學中力的平衡、動量定理、功能關(guān)系、圖像等知識密切相關(guān)，屬于綜合知識的應用。因此，教學上必須指導學生及時總結(jié)整理所學知識，掌握知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，在頭腦中形成一個完整的知識體系。

1．《電磁感應》與電路問題

《電磁感應》中的電路問題的特點是閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導體在做切割磁感線運動，在回路中將產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，從而涉及電流、電壓、電功、電功率等計算。其基本解題方法：產(chǎn)生感應電動勢的導體(或線圈)相當于一個電源，感應電動勢等效于電源電動勢，產(chǎn)生感應電動勢的導體(或線圈)的電阻等效于電源的內(nèi)阻。產(chǎn)生感應電動勢的導體(或線圈)跟用電器連接，可以對用電器供電，按題意畫出等效電路，其余問題為電路分析和閉合電路歐姆定律的應用。

圖1

【例1】 如圖1所示，金屬棒AB長0.1米，

磁場的磁感應強度為0.5特，當AB在外力作用下

以10米/秒的速度向右勻速運動時，導體框和AB

的電阻不計，R=2歐，求R中電流的大小、方向和

它消耗的功率。

［解題方法指導］ 磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢

→感應電流→作出等效電路→閉合電路的歐姆定律

→電功率。

2．《電磁感應》與力學問題

《電磁感應》中的力學問題，解題橋梁是磁場對感應電流的安培力。因為感應電流與導體運動的加速度有相互制約的關(guān)系，在這類問題中，導體一般不是做勻變速運動，而是經(jīng)歷一個動態(tài)變化過程。再趨于一個穩(wěn)定狀態(tài)，故解這類問題時，正確進行動態(tài)分析，確定最終狀態(tài)是解題的關(guān)鍵。其基本解題方法是：抓好受力分析，當導體處于平衡狀態(tài)時，導體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，合外力等于零；當導體處于非平衡狀態(tài)即做變速運動時，可根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析。

圖2

【例2】如圖2所示，在磁感應強度為0.1特的勻強磁場中，

有一個金屬框ABCD(其電阻不計)，導線ab在重力的作用下，可在金屬框上向下滑動(不計摩擦)，ab的質(zhì)量為0.2克，長0.1米，電阻為0.2歐，求ab棒下滑的最大速度。

［解題方法指導］ 切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢→感應電流→通電導體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化，當加速度等于零時，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)，此時速度達到最大值。

3．《電磁感應》與能量問題

《電磁感應》中的能量問題。解答這類問題，要求學生能理清電磁感應過程中做功及能量的轉(zhuǎn)化情況，然后選用相應的規(guī)律進行解答。電磁感應現(xiàn)象是由于安培力做功而導致能量轉(zhuǎn)化的，既要用到電磁感應知識，又要用到功能關(guān)系和能量守恒定律。其基本解題方法：用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動的大小和方向；畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率的表達式；分析導體機械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機械功率的改變與回路中電功率的變化所滿足的方程。

圖3

【例3】如圖3所示，水平面光滑，金屬環(huán)r=10cm、R=1Ω、

m=1kg，v=10m/s，向右勻速滑向有界磁場，勻強磁場B=0.5T；

從環(huán)剛進入磁場算起，到剛好有一半進入磁場時，圓環(huán)釋放

了32J的熱量，求：（1）此時圓環(huán)中電流的即時功率；

（2）此時圓環(huán)運動的加速度。

［解題方法指導］ 感應電動勢→感應電流→作出等效電路→閉合電路的歐姆定律→電功率→能量守恒定律。

4.《電磁感應》與圖像問題

《電磁感應》中的圖像問題常見的有B-t、Φ-t、E-t、F-t等圖像，B、Φ、E、F各物理量的大小由法拉第電磁感應定律判斷。解題時需注意的問題是：磁通量是否變化(變化是否均勻)、感應電動勢(感應電流)大小是否恒定、感應電動勢(感應電流)的方向、電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生的過程以及時間段。基本解題方法是：①從圖像上獲取已知條件、分析物理過程，②從抽象的圖

像出發(fā)，建立實際的物理模型。

圖4

【例4】 如圖4所示，豎直放置的螺線管和導線abcd構(gòu)成回路，

螺線管下方水平桌面上有一導體環(huán)。當導線abcd所圍區(qū)域

內(nèi)的磁場按下列哪一圖示方式變化時，導體環(huán)將受到向上的

磁場力作用？

圖5

［解題方法指導］ 從圖像上獲取已知條件、分析物理過程，再根據(jù)楞次定律的增反減同規(guī)律確定。

總之，作為教師，在平常的物理教學過程中，要充分挖掘和利用教材中內(nèi)容的特點，結(jié)合學生思維能力的培養(yǎng)，使學生通過對比辨別，形成概念，在歸納、總結(jié)中，理解和掌握物理規(guī)律，在實際應用中形成知識體系。這些做法都是學生學習和掌握物理知識的基本途徑，也是教師提高教學效率和教學成績的方法。

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參考文獻

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［3］劉韌，胡銀泉.《電磁感應》教學設(shè)計［J］.物理教學，2003(3).

［4］李強.物理規(guī)律與學生物理思維能力培養(yǎng)［J］.科教文匯，2009(19).

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(責任編輯 易志毅）

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