江蘇省栟茶高級(jí)中學(xué)(226406)

朱海燕●

圖像類電磁感應(yīng)問題求解策略探析

江蘇省栟茶高級(jí)中學(xué)(226406)

朱海燕●

電磁感應(yīng)圖像類考題一直是高考物理的熱點(diǎn)，其知識(shí)面廣、考點(diǎn)變化性強(qiáng)，是學(xué)生物理學(xué)習(xí)的難點(diǎn).通過對(duì)圖像類磁感問題的研究，可以幫助學(xué)生直觀的理解磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場力和感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化規(guī)律，對(duì)提高學(xué)生解題能力有著顯著的作用.

從引發(fā)磁通量的變化方式差異角度可將感應(yīng)電動(dòng)勢圖像這一類的測試題歸為以下兩類：感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢圖像.在這兩個(gè)方面類型的測試題中，得以對(duì)安培及左右手定則、楞次定律、電磁感應(yīng)定律等學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行考查.依據(jù)教學(xué)實(shí)際，筆者試圖結(jié)合例題，對(duì)電磁感應(yīng)圖像類問題的求解策略加以探究.

一、感生電動(dòng)勢類圖像問題

激發(fā)感生磁場的主要誘因是磁場的變化，自由電荷在導(dǎo)體內(nèi)部也因此發(fā)生了移動(dòng)從而產(chǎn)生了電動(dòng)勢，閉合回路也因此產(chǎn)生了一定的感應(yīng)電流.由此可見，磁場變化是感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流(大小、方向)規(guī)律性變化的主要原因.在感生電動(dòng)勢類圖像問題中，根據(jù)磁場變化規(guī)律，可以分為以下兩類問題.

1.由磁場變化規(guī)律分析i-t圖像

將楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用于對(duì)線圈內(nèi)的感應(yīng)電流分析，我們可在較短的時(shí)間內(nèi)順利判斷出i-t圖像的走勢.

例1 已知矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中如圖1，同時(shí)，磁感線方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，磁場正方向垂直紙面向內(nèi).磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖2所示，假定感應(yīng)電流的正方向?yàn)轫槙r(shí)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(qiáng)變化規(guī)律可以推斷出感應(yīng)電流的變化規(guī)律，但究其本源依然是磁通量的變化引發(fā)磁場變化.因此，在遇到磁通量或是場強(qiáng)變化類的圖像問題，其i-t圖像變化規(guī)律都可以采用上述分析模式.

2.依據(jù)磁場變化規(guī)律分析感應(yīng)動(dòng)勢

在對(duì)感生電動(dòng)勢內(nèi)容的測試時(shí)，命題人往往會(huì)立足回路部分作電源處理，并綜合電學(xué)方面相關(guān)知識(shí)來考查電動(dòng)勢.與動(dòng)生電動(dòng)勢相比，感生電動(dòng)勢更抽象，回路的電動(dòng)勢、電流及電源部分也更不易理解，常導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)漏解和錯(cuò)解.

圖4

分析 該題往往是在感生電動(dòng)勢類題目中錯(cuò)誤率較高的類型，通常需要學(xué)生對(duì)感生電場的理解比較到位、深刻.在感生電動(dòng)勢類題目中，該題為學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤概率較高的，想得到正確答案需對(duì)感生電場知識(shí)更為深刻的理解.

正解 電動(dòng)勢因感生電場而產(chǎn)生，其同時(shí)出現(xiàn)在磁場內(nèi)外部.那么，感應(yīng)電動(dòng)勢在磁場內(nèi)外的線圈中均存在.根據(jù)電動(dòng)勢的分布規(guī)律，則可以得到ef之間的電勢差為0.1V.

二、動(dòng)生電動(dòng)勢類圖像問題

1.由導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析i-t圖像

圖5

例3 如圖5所示為勻強(qiáng)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(xiàn)有一邊長為l的正方形，t=0時(shí)的位置如圖5所示，現(xiàn)規(guī)定感應(yīng)電流逆時(shí)針為正，則對(duì)應(yīng)的i-t圖像圖6中可能是( ).

圖6

解析 在解決電磁感應(yīng)圖像相關(guān)聯(lián)的選擇題時(shí)，排除法最常用且往往比較有效，依據(jù)選項(xiàng)設(shè)置可以看出該題主要考查的是隨時(shí)間的變化狀況(即閉合電路中部分導(dǎo)體在切割磁場時(shí)所引發(fā)的感應(yīng)電流)若是采用階段研究的方法，需要將運(yùn)動(dòng)過程分為6個(gè)階段進(jìn)行研究，耗時(shí)耗力.對(duì)此，我們可以結(jié)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(xiàng)，不難推斷出B項(xiàng)為正確選項(xiàng).

2.由導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析E-t圖像

遇到動(dòng)生電動(dòng)勢中的導(dǎo)體切割磁感線類問題時(shí)，不僅僅需要關(guān)注感應(yīng)電動(dòng)勢計(jì)算的問題，還應(yīng)著重分析導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，將導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、感應(yīng)電動(dòng)勢的產(chǎn)生兩者有機(jī)結(jié)合起來.進(jìn)而可對(duì)勻速、勻加速、圓周運(yùn)動(dòng)的物體在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的感應(yīng)電勢的分析及計(jì)算.

圖7

例4 圖7中，有垂直于紙面向內(nèi)和向外的勻強(qiáng)磁場分布在y軸左右兩側(cè)，1/4圓的導(dǎo)體環(huán)Oab，O為圓心.從t=0時(shí)刻開始，其按角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化規(guī)律.

解析 結(jié)合學(xué)生所學(xué)知識(shí)，想得出感應(yīng)電動(dòng)勢的變化規(guī)律需建立在對(duì)磁通量變化的研究基礎(chǔ)之上.根據(jù)電磁感應(yīng)定律很快就可以知道：在剛開始的1/4個(gè)周期內(nèi)，Oa、Ob內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢方向一致，則大小應(yīng)相加；依據(jù)同一原理，在下個(gè)周期內(nèi)，因電動(dòng)勢未變化，則其所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢應(yīng)為0.依次類推，即可得到對(duì)應(yīng)的E-t圖像.

值得注意的是，在解決感應(yīng)電動(dòng)勢圖像類問題中，務(wù)必關(guān)注以下幾方面：首先，可以運(yùn)用楞次定律判來判讀出感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)勢變化規(guī)律；再次，在閱讀圖像過程中，務(wù)必將物理規(guī)律與圖像規(guī)律相結(jié)合.

總之，圖像類電磁感應(yīng)問題的考察一直會(huì)是高考物理的重點(diǎn)，作為高中物理教師，我們必須對(duì)學(xué)生的讀圖能力、分析能力、應(yīng)用能力展開訓(xùn)練，得以順利幫助學(xué)生在解決電磁感應(yīng)類問題方面有所突破.

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1008-0333(2017)01-0086-02