电磁感应是电磁学核心内容,也是高中物理综合性最强.doc

电磁感应是电磁学的核心内容，也是高中物理综合性最强的内容之一，与前面学习过的电学、力学知识联系密切 ( 电磁感应中的电路问题、电磁感应中的力与运动问题、电磁感应中的能量及动量问题）思维维度多，能力要求高，学生在学习的过程中会感觉很困难，而且思维误区也较多。现结合实际教学经验和同行相互学习和借鉴。 1.对于磁通量和磁通量变化率的认识误区 如图所示，矩形线圈abcd绕OO＇轴在匀强磁场中转动，当线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量及磁通量的变化率如何?当线圈平面与磁感线垂直时，情况又如何? ???? ?? 错解：当线圈平面与磁感线平行时，磁通量Φ = 0，穿过线圈的磁通量变化率△Φ/△t= 0 ；当线圈平面与磁感线垂直时，穿过线圈的磁通量Φ＝BS最大，△Φ/△t也最大。 ?? 错误分析：此题之所以会出现错误，原因是由于学生对于磁通量和磁通量变化率这两个概念认识还不够充分.磁通量Φ和磁通量变化率△Φ/△t是两个不同的概念，好多同学认为Φ大时，△Φ/△t也一定大；Φ小时，△Φ/△t也一定小，实际上，在很多情况下恰恰相反。 ?? 正解：当线圈平面与磁感线平行时，磁通量Φ= 0，而ab和cd边恰好垂直切割磁感线，此时线圈中的E最大，而 =△Φ/△t，所以磁通量的变化率△Φ/△t也最大；当线圈转过 时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量Φ＝BS最大，而ab和cd边的运动方向恰好与磁感线方向平行，不切割磁感线，所以E= 0，而E=△Φ/△t，所以线圈磁通量的变化率△Φ/△t = 0。 ???说明：磁通量大时,磁通量的变化率不一定大；磁通量小时，磁通量的变化率也不一定小。在理解物理概念时，一切都要从实际情况出发，决不能想当然。 2．电路分析 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电；将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流，因此，电磁感应问题又往往很电路问题联系在一起，解决这类电磁感应中的电路问题，不仅要应用电磁感应的有关规律，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等；还要应用电路中的有关规律，如欧姆定律，串并联电路的性质等，要将电磁感应、电路的知识，甚至和力学知识综合起来应用。 其主要步骤是： 1.确定电源．产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用楞次定律确定其正负极．需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流人电源．如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向． 2.分析电路结构，画出等效电路图．这一步的实施的本质是确定“分析”的到位与准确．承上启下，为下一步的处理做好准备． 3.利用电路规律求解．主要还是欧姆定律、串并联电路、电功、电热． 【例】如图所示，粗细均匀的金属环的电阻为R，可转动原金属杆OA的电阻为R/4，杆长为L，A端与环相接触，一定值电阻分别与杆的端点O及环边连接，杆OA在垂直于环面向里的、磁感应强度为 B的匀强磁场中，以角速度ω顺时针转动，又定值电阻为R/2，求电路中总电流的变化范围。 解析：设某一时刻金属杆转至图示位置，杆切割磁感线产生感应电动势相当于电源，金属杆上由A沿顺时针方向到D和沿逆时针方向到D的两部分电阻（分别设为Rx和Ry）并联，再与定值电阻R/2串联，组成外电路，等效电路如图所示。则电路中的总电流 I=ε/R总，而ε=LVB=?ωL2B R总=R/4十R并十R/2=3R/4＋R并，所以I=?ωL2B/（3R/4＋R并） 上式中R并=RxRy/（Rx＋Ry），由于Rx＋Ry=R为定值，当Rx=Ry时RxRy有最大值，即R并有最大值，此最大值为R/4，所以I的最小为ωL2B/2R。当Rx=0或Ry=0时，R并有最小值零，所以I的最大值为2ωL2B/3R。从而ωL2B/2R≤I≤2ωL2B/3R。 3.图象问题 电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势e和感应电流I随时间t变化的图线，即B—t图线、Φ一t图线、e一t图线和I一t图线。对于切割产生应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势ε和感应电流随位移X变化的图线，即e—X图线和—X图线。这些图象问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象，或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量，不管是何种类型，电磁感应中的图象常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小。 【例1】一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正。在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图所示。现令磁感应强度B随时间t变化，先按下图中的oa图线变化，后来又按bc和ad变化，令E1