在講解《交變電流的產(chǎn)生》一節(jié)時,按照教材上所給的模型能夠推導出感應(yīng)電動勢的最大值Em(Em=NBSω)。但在說明轉(zhuǎn)動軸只要相互平行不論位置如何Em都一樣這一結(jié)論時,理由往往不夠充分很難叫學生信服。如何準確迅速地理解這一難點問題?現(xiàn)筆者將自己個人的粗淺看法簡介如下:
1 參照物更換法
題目 如圖1所示在勻強磁場中有一面積為S的矩形線框abcd,當它分別以P1、P2(P1和P2相互平行且都在線框平面上)為軸以相同的角速度ω轉(zhuǎn)動時,試論證產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值Em相同。
分析與論證 我們知道這一客觀運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與參照物選取沒有任何關(guān)系,那么現(xiàn)在就選取線框作為參照物來了解上述運動。易知磁場將分別以P1、P2為軸以角速度ω向相反方向轉(zhuǎn)動。
其中和轉(zhuǎn)動軸相交的磁感線轉(zhuǎn)動情況如圖2所示(沿軸向里看),P表示轉(zhuǎn)動軸所在的位置。在轉(zhuǎn)動過程中易知磁感線和線框所在平面的夾角與線框和P間的距離無關(guān),即穿過線框的磁通量對兩個轉(zhuǎn)動(P1、P2分別為軸)來講相等,則易知磁通量變化情況一樣,感應(yīng)電動勢一樣,最大值必然一樣。
2 運動的合成與分解法
分析與論證 把線框繞P2軸的轉(zhuǎn)動分解成如圖3所示(沿軸向里看)的兩個分運動。①線
框平動(從bc位置平移至b1c1位置)。②線框繞P1軸的轉(zhuǎn)動(從b1c1位置轉(zhuǎn)到b2c2位置)。由圖3易知:線框繞P2軸的實際轉(zhuǎn)動和自身繞P1軸轉(zhuǎn)動的分運動在相等的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度相同(角速度相同)。
線框平動(線框和磁場的夾角不變,磁通量不變)不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,易見線框繞P2軸轉(zhuǎn)動和分運動繞P1軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢相同,最大值相同。
上述方法簡單形象直觀是其他方法的一個很好的補充,不當之處敬希批評指正。
(欄目編輯羅琬華)
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