■山東省鄒城市第一高級中學(xué) 李廣慧

理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象 掌握電磁感應(yīng)規(guī)律

■山東省鄒城市第一高級中學(xué) 李廣慧

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解

1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象：由于磁的某種變化而引起電的產(chǎn)生的現(xiàn)象。

圖1

2.發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種基本方式：(1)導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的相對運動,這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用來解釋。如圖1所示,當導(dǎo)體棒a b在磁場B中做切割磁感線運動時,導(dǎo)體棒中的自由電荷將隨導(dǎo)體棒一起在磁場中運動而受到洛倫茲力fB的作用,受到洛倫茲力fB作用的自由電荷將向?qū)w棒一端遷移而使導(dǎo)體棒兩端分別積累起正、負電荷,形成感應(yīng)電動勢。(2)磁場變化使穿過閉合回路的磁通量改變,這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用麥克斯韋的電磁場理論來解釋。如圖2所示,在滑動變阻器的滑片P向右滑動的過程中,用絕緣線懸掛著的線圈a中的自由電荷將沿特定方向移動,形成感應(yīng)電流。

圖2

3.發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生感應(yīng)電流條件的兩種表述：(1)當穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時,將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,線圈里將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果線圈閉合,那么線圈里就將產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)當導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動時,將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,導(dǎo)體里將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果做切割磁感線運動的導(dǎo)體是某閉合電路的一部分,那么電路里就將產(chǎn)生感應(yīng)電流。

注意：閉合電路的一部分做切割磁感線運動時,穿過閉合電路的磁通量也將發(fā)生變化。因此上述兩個條件從根本上還應(yīng)歸結(jié)于磁通量的變化。

二、應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律解題的方法

1.應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向,需要明確楞次定律關(guān)系到兩個磁場,即感應(yīng)電流的磁場(新產(chǎn)生的磁場)和引起感應(yīng)電流的磁場(原來就有的磁場)。前者和后者的關(guān)系不是“同向”或“反向”的簡單關(guān)系,而是前者“阻礙”后者“變化”的關(guān)系。這里的“阻礙”體現(xiàn)為：當引起感應(yīng)電流的磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反,感應(yīng)電流的磁通量阻礙了引起感應(yīng)電流的磁通量的增加;當引起感應(yīng)電流的磁通量減少時,感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向相同,感應(yīng)電流的磁通量阻礙了引起感應(yīng)電流的磁通量的減少;當回路中的磁通量不變時,則沒有“變化”需要阻礙,故此時沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。

圖3

例1 如圖3所示,圓環(huán)形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上,在線圈a的正上方固定一豎直螺線管b,二者的軸線重合,螺線管與電源和滑動變阻器連接成閉合電路。若將滑片P向下滑動時,則下列表述正確的是( )。

A.線圈a中將產(chǎn)生順時針方向(俯視)的感應(yīng)電流

B.穿過線圈a的磁通量變小

C.線圈a有擴張的趨勢

D.線圈a對水平桌面的壓力將增大

圖4

解析：通過螺線管b的電流如圖4所示,根據(jù)右手螺旋定則判斷出螺線管b產(chǎn)生的磁場方向豎直向下。當滑片P向下滑動時,滑動變阻器接入閉合電路的電阻減小,電流增大,所產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度增強,根據(jù)楞次定律可知,線圈a中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向豎直向上,再由右手螺旋定則判斷出線圈a中的電流方向沿逆時針(俯視),選項A錯誤。因為螺線管b中的電流增大,所產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度增強,所以線圈a中的磁通量應(yīng)變大,選項B錯誤。根據(jù)楞次定律可知,線圈a將阻礙磁通量的增大,因此線圈a有縮小的趨勢,且線圈a對桌面的壓力將增大,選項C錯誤,D正確。答案為D。

圖5

例2 如圖5所示,一等邊三角形金屬線框在拉力F的作用下,以恒定速度通過勻強磁場區(qū)域,磁場的寬度大于線框的邊長。在線框從開始進入磁場到完全進入磁場的過程中,線框平面始終垂直于磁感線,線框下邊始終保持水平。在如圖6所示的反映線框中的感應(yīng)電流I、發(fā)熱功率P、通過線框每條邊橫截面的電荷量q,以及外力F隨時間t的變化關(guān)系圖像中,正確的是( )。

圖6

跟蹤訓(xùn)練

圖7

1.如圖7所示,矩形閉合線圈abcd豎直放置,O O'是它的對稱軸,通電直導(dǎo)線A B與O O'平行,且A B、O O'所在平面與線圈平面垂直。若要在線圈中產(chǎn)生abcd a方向的感應(yīng)電流,可行的做法是( )。

A.導(dǎo)線A B中電流I逐漸增大

B.導(dǎo)線A B中電流I先增大后減小

C.導(dǎo)線A B正對O O',逐漸靠近線圈

D.線圈繞O O'軸逆時針轉(zhuǎn)動90°(俯視)

2.如圖8甲所示,一個圓形線圈的匝數(shù)n=100、面積S=200c m2、電阻r=1Ω。在線圈外接一阻值R=4Ω的電阻。把線圈放入一方向垂直于線圈平面向里的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖8乙所示。下列說法中正確的是( )。

圖8

A.線圈中的感應(yīng)電流方向沿順時針

B.電阻R兩端的電壓隨時間t均勻增大

C.線圈電阻r消耗的功率為4×10-4W

D.前4s內(nèi)通過電阻R的電荷量為4×10-4C

參考答案：1.D 2.C

(責(zé)任編輯 張巧)