電磁感應現(xiàn)象中常見題型分析

◇ 廣東 廖明祥

電磁感應現(xiàn)象中常見題型分析

◇ 廣東 廖明祥

電磁感應作為電磁學中的重要知識點,是物理高考的必考點.由于電磁感應牽涉的知識面較廣,其題目的綜合程度較高、難度較大,因此學生在解答該類題目時,往往正確率不是很高.導致該現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是學生沒有很好地對題目進行分析,不知道題目考查的知識點是什么.因此,學生在學習該部分知識時要多注意與之前學過的知識的結(jié)合.本文筆者將結(jié)合實例,對電磁感應現(xiàn)象中常見題型進行分析.

1 電磁感應現(xiàn)象中的電路問題

在電磁感應現(xiàn)象中,切割磁感線的導體或者磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢,此時該導體或者回路就相當于電源.因此,電磁感應問題往往和電路問題聯(lián)系在一起.解決此類問題的關鍵就是將電磁問題轉(zhuǎn)化為電學問題,然后運用電學方面的知識進行解答.

例1 如圖1所示,平行導軌相距L,a、b間接有一阻值為R的固定電阻.金屬桿MN以速度v勻速滑動,方向和da平行,桿MN每米阻值為R.其中勻強磁場的磁感應強度的大小為B,方向垂直紙面向里.

圖1

(1)求電阻R消耗的功率最大時θ的值;

(2)求MN消耗的功率最大時θ的值.

由?＝BLv可知,?的大小與θ無關;將MN的電阻表示為r,則回路的電流為

在解答該問題時,先要分清電路的組成,即誰產(chǎn)生感應電動勢,則誰就是電源,其電路部分為內(nèi)電路,除此之外其余則為外電路部分,再畫出等效電路圖,結(jié)合電學公式求解.但是需要注意的是哪些部分電阻需要忽略,哪些部分電阻不可忽略,同時,切不可將感應電動勢的方向判斷錯誤.

2 電磁感應中的動力學問題

由于通電導體在磁場中將受到安培力的作用,因此電磁感應問題往往和力學問題聯(lián)系在一起.由于該類題型中既包含了電磁學中的知識,也包含了動力學方面的知識,因此如何將二者有效聯(lián)系在一起是解答此類題的關鍵.

例2 如圖2所示,P、Q為水平面內(nèi)平行放置的光滑導軌,其間距為L1,處在豎直向下,磁感應強度為B1的勻強磁場中.一導軌桿ef垂直于P、Q放在導軌上,在外力作用下向左做勻速直線運動.質(zhì)量為m、每邊的電阻為r、邊長為L2的正方形金屬框abcd置于豎直平面內(nèi).其所在空間磁感應強度為B2,方向為垂直金屬框向里,金屬框恰好處于靜止狀態(tài).求通過ab邊的電流和導體軌ef的運動速度.

圖2

由于abcd處于靜止狀態(tài),可根據(jù)力的平衡知識列出平衡方程mg＝B2IabL2＋B2IdcL2,金屬框abcd受到的安培力與電流有關,設通過金屬框的電流為I,結(jié)合電路知識可得由Iab結(jié)合電路知識可知ef中的電流,其切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為?＝B1L1v,由閉合電路歐姆定律可知解得

解答此類問題的基本方法為:1)通過法拉第電磁感應定律和右手定則確定電動勢方向和電流;2)分析受力情況(注意不要把安培力給漏掉),再根據(jù)動力學知識列式;3)根據(jù)F＝BIL求出電流,這是繼續(xù)解題的關鍵.

3 電磁感應中的能量問題

在電磁感應的過程中會有感應電流產(chǎn)生,而其在磁場中肯定要受到安培力作用阻礙它產(chǎn)生感應電流.因此要想繼續(xù)產(chǎn)生電流就必須要一個力與安培力背道而行,而此力背道而行的過程就是個產(chǎn)生電能的過程,即一個能量轉(zhuǎn)化的過程.

例3 如圖3所示,2根與水平面成θ＝30°角的足夠長光滑金屬導軌平行放置,導軌間距為L＝1m,接有阻值為1Ω的電阻,整個裝置處于勻強磁場中,磁場方向垂直于導軌平面斜向上,磁感應強度B＝1T,現(xiàn)有一個m＝0.2kg的金屬棒用細繩通過光滑滑輪與m0＝0.5kg的物體相連.將金屬棒和m0靜止釋放后,棒運動了2m后做勻速運動.求在棒從釋放到勻速運動的過程中,電阻產(chǎn)生的焦耳熱QR.

圖3

在整個系統(tǒng)中,由能量守恒得,m0gs＝

解答該類問題,要從能量的角度入手,分清楚有哪些力做功、做什么形式的功,根據(jù)能量之間的轉(zhuǎn)化關系列式求解.由于電磁感應中能量問題常常還與動能定理、功能關系相結(jié)合考查,其綜合性比較強,并具有一定的迷惑性,因此,學生在求解時不可隨便套用公式.

綜上所述,從電磁感應中常見問題里,我們可以感受到解答此類問題要運用到比較多的知識點.因此在學習過程中要注意分析規(guī)律、總結(jié)方法,提高解決該類問題的能力.

(作者單位:廣東省肇慶市四會中學)