圖像類電磁感應問題求解策略探析

江蘇省栟茶高級中學(226406)

朱海燕●

圖像類電磁感應問題求解策略探析

江蘇省栟茶高級中學(226406)

朱海燕●

電磁感應圖像類考題一直是高考物理的熱點，其知識面廣、考點變化性強，是學生物理學習的難點.通過對圖像類磁感問題的研究，可以幫助學生直觀的理解磁感應強度、磁場力和感應電流隨時間的變化規律，對提高學生解題能力有著顯著的作用.

從引發磁通量的變化方式差異角度可將感應電動勢圖像這一類的測試題歸為以下兩類：感生電動勢和動生電動勢圖像.在這兩個方面類型的測試題中，得以對安培及左右手定則、楞次定律、電磁感應定律等學習內容進行考查.依據教學實際，筆者試圖結合例題，對電磁感應圖像類問題的求解策略加以探究.

一、感生電動勢類圖像問題

激發感生磁場的主要誘因是磁場的變化，自由電荷在導體內部也因此發生了移動從而產生了電動勢，閉合回路也因此產生了一定的感應電流.由此可見，磁場變化是感應電動勢、感應電流(大小、方向)規律性變化的主要原因.在感生電動勢類圖像問題中，根據磁場變化規律，可以分為以下兩類問題.

1.由磁場變化規律分析i-t圖像

將楞次定律及法拉第電磁感應定律應用于對線圈內的感應電流分析，我們可在較短的時間內順利判斷出i-t圖像的走勢.

例1 已知矩形導線框abcd固定在勻強磁場中如圖1，同時，磁感線方向與導線框所在平面垂直，磁場正方向垂直紙面向內.磁感應強度B隨時間變化的規律如圖2所示，假定感應電流的正方向為順時針方向，則你覺得下列圖3中正確的是( ).

圖1 圖2

圖3

在本題中，由場強變化規律可以推斷出感應電流的變化規律，但究其本源依然是磁通量的變化引發磁場變化.因此，在遇到磁通量或是場強變化類的圖像問題，其i-t圖像變化規律都可以采用上述分析模式.

2.依據磁場變化規律分析感應動勢

在對感生電動勢內容的測試時，命題人往往會立足回路部分作電源處理，并綜合電學方面相關知識來考查電動勢.與動生電動勢相比，感生電動勢更抽象，回路的電動勢、電流及電源部分也更不易理解，常導致學生出現漏解和錯解.

圖4

分析 該題往往是在感生電動勢類題目中錯誤率較高的類型，通常需要學生對感生電場的理解比較到位、深刻.在感生電動勢類題目中，該題為學生出現錯誤概率較高的，想得到正確答案需對感生電場知識更為深刻的理解.

正解 電動勢因感生電場而產生，其同時出現在磁場內外部.那么，感應電動勢在磁場內外的線圈中均存在.根據電動勢的分布規律，則可以得到ef之間的電勢差為0.1V.

二、動生電動勢類圖像問題

1.由導體運動規律分析i-t圖像

圖5

例3 如圖5所示為勻強磁場的分布狀況，磁場邊線之間相互平行，相鄰邊線則彼此垂直.現有一邊長為l的正方形，t=0時的位置如圖5所示，現規定感應電流逆時針為正，則對應的i-t圖像圖6中可能是( ).

圖6

解析 在解決電磁感應圖像相關聯的選擇題時，排除法最常用且往往比較有效，依據選項設置可以看出該題主要考查的是隨時間的變化狀況(即閉合電路中部分導體在切割磁場時所引發的感應電流)若是采用階段研究的方法，需要將運動過程分為6個階段進行研究，耗時耗力.對此，我們可以結合i-t圖像的物理意義，利用面積分析法，配合電流方向的判斷，便可以迅速排出干擾選項，不難推斷出B項為正確選項.

2.由導體運動規律分析E-t圖像

遇到動生電動勢中的導體切割磁感線類問題時，不僅僅需要關注感應電動勢計算的問題，還應著重分析導體運動的規律，將導體的運動狀態、感應電動勢的產生兩者有機結合起來.進而可對勻速、勻加速、圓周運動的物體在不同運動狀態下的感應電勢的分析及計算.

圖7

例4 圖7中，有垂直于紙面向內和向外的勻強磁場分布在y軸左右兩側，1/4圓的導體環Oab，O為圓心.從t=0時刻開始，其按角速度ω勻速轉動，求感應電動勢隨時間的變化規律.

解析 結合學生所學知識，想得出感應電動勢的變化規律需建立在對磁通量變化的研究基礎之上.根據電磁感應定律很快就可以知道：在剛開始的1/4個周期內，Oa、Ob內的感應電動勢方向一致，則大小應相加；依據同一原理，在下個周期內，因電動勢未變化，則其所對應的感應電動勢應為0.依次類推，即可得到對應的E-t圖像.

值得注意的是，在解決感應電動勢圖像類問題中，務必關注以下幾方面：首先，可以運用楞次定律判來判讀出感應電動勢方向及磁通量變化的均勻性；其次，在有條件的情況下，繪制出等效電路圖來輔助求解，明確電動勢變化規律；再次，在閱讀圖像過程中，務必將物理規律與圖像規律相結合.

總之，圖像類電磁感應問題的考察一直會是高考物理的重點，作為高中物理教師，我們必須對學生的讀圖能力、分析能力、應用能力展開訓練，得以順利幫助學生在解決電磁感應類問題方面有所突破.

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1008-0333(2017)01-0086-02