◇ 廣東 廖明祥

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中常見題型分析

◇ 廣東 廖明祥

電磁感應(yīng)作為電磁學(xué)中的重要知識(shí)點(diǎn),是物理高考的必考點(diǎn).由于電磁感應(yīng)牽涉的知識(shí)面較廣,其題目的綜合程度較高、難度較大,因此學(xué)生在解答該類題目時(shí),往往正確率不是很高.導(dǎo)致該現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是學(xué)生沒有很好地對(duì)題目進(jìn)行分析,不知道題目考查的知識(shí)點(diǎn)是什么.因此,學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分知識(shí)時(shí)要多注意與之前學(xué)過的知識(shí)的結(jié)合.本文筆者將結(jié)合實(shí)例,對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中常見題型進(jìn)行分析.

1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,切割磁感線的導(dǎo)體或者磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),此時(shí)該導(dǎo)體或者回路就相當(dāng)于電源.因此,電磁感應(yīng)問題往往和電路問題聯(lián)系在一起.解決此類問題的關(guān)鍵就是將電磁問題轉(zhuǎn)化為電學(xué)問題,然后運(yùn)用電學(xué)方面的知識(shí)進(jìn)行解答.

例1 如圖1所示,平行導(dǎo)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(dòng),方向和da平行,桿MN每米阻值為R.其中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)θ的值;

(2)求MN消耗的功率最大時(shí)θ的值.

由?＝BLv可知,?的大小與θ無關(guān);將MN的電阻表示為r,則回路的電流為

在解答該問題時(shí),先要分清電路的組成,即誰產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),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(xué)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(shí),切不可將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向判斷錯(cuò)誤.

2 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題

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

例2 如圖2所示,P、Q為水平面內(nèi)平行放置的光滑導(dǎo)軌,其間距為L(zhǎng)1,處在豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一導(dǎo)軌桿ef垂直于P、Q放在導(dǎo)軌上,在外力作用下向左做勻速直線運(yùn)動(dòng).質(zhì)量為m、每邊的電阻為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2的正方形金屬框abcd置于豎直平面內(nèi).其所在空間磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2,方向?yàn)榇怪苯饘倏蛳蚶?金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).求通過ab邊的電流和導(dǎo)體軌ef的運(yùn)動(dòng)速度.

圖2

由于abcd處于靜止?fàn)顟B(tài),可根據(jù)力的平衡知識(shí)列出平衡方程mg＝B2IabL2＋B2IdcL2,金屬框abcd受到的安培力與電流有關(guān),設(shè)通過金屬框的電流為I,結(jié)合電路知識(shí)可得由Iab結(jié)合電路知識(shí)可知ef中的電流,其切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)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(yīng)定律和右手定則確定電動(dòng)勢(shì)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(dòng)力學(xué)知識(shí)列式;3)根據(jù)F＝BIL求出電流,這是繼續(xù)解題的關(guān)鍵.

3 電磁感應(yīng)中的能量問題

在電磁感應(yīng)的過程中會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,而其在磁場(chǎng)中肯定要受到安培力作用阻礙它產(chǎn)生感應(yīng)電流.因此要想繼續(xù)產(chǎn)生電流就必須要一個(gè)力與安培力背道而行,而此力背道而行的過程就是個(gè)產(chǎn)生電能的過程,即一個(gè)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(zhǎng)光滑金屬導(dǎo)軌平行放置,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)＝1m,接有阻值為1Ω的電阻,整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T,現(xiàn)有一個(gè)m＝0.2kg的金屬棒用細(xì)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(yùn)動(dòng)了2m后做勻速運(yùn)動(dòng).求在棒從釋放到勻速運(yùn)動(dòng)的過程中,電阻產(chǎn)生的焦耳熱QR.

圖3

在整個(gè)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(guān)系列式求解.由于電磁感應(yīng)中能量問題常常還與動(dòng)能定理、功能關(guān)系相結(jié)合考查,其綜合性比較強(qiáng),并具有一定的迷惑性,因此,學(xué)生在求解時(shí)不可隨便套用公式.

綜上所述,從電磁感應(yīng)中常見問題里,我們可以感受到解答此類問題要運(yùn)用到比較多的知識(shí)點(diǎn).因此在學(xué)習(xí)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(huì)中學(xué))