淺談電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用

1、    淺談電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用    符家好摘要：電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題是每年高考的熱點(diǎn)，考查方式既有選擇題，又有計算題，筆者根據(jù)自身的教學(xué)實(shí)踐，就導(dǎo)體的兩種運(yùn)動狀態(tài)，電磁感應(yīng)綜合問題的兩大研究對象及其關(guān)系，解答電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的一般思路，解決電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的基本步驟，關(guān)于電磁感應(yīng)中“收尾速度”及收尾情況的分析這五個方面做一簡單探討。關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；綜合應(yīng)用；教師；學(xué)生：g633.7 ：a ：1992-7711（2017）06-0121知識點(diǎn)1 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題1. 安培力的大小安培力公式：fa=bii感應(yīng)電動勢：e=biv感應(yīng)電流：i=

2、2. 安培力的方向（1）用左手定則判斷：先用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，再用左手定則判定安培力的方向。（2）用楞次定律判斷：安培力的方向一定與導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動方向相反（選填“相同”或“相反”）。3. 安培力參與物體的運(yùn)動：導(dǎo)體棒（或線框）在安培力和其他力的作用下，可以做加速運(yùn)動、減速運(yùn)動、勻速運(yùn)動、靜止或做其他類型的運(yùn)動，可運(yùn)用動能定理、牛頓運(yùn)動定律等規(guī)律解題。知識點(diǎn)2 電磁感應(yīng)中的能量問題1. 能量轉(zhuǎn)化：感應(yīng)電流在磁場中受安培力，外力克服安培力做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2. 轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化，實(shí)質(zhì)是其他形式的能與電能之間的轉(zhuǎn)化。3. 電

3、能的三種計算方法（1）利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。（2）利用能量守恒求解：機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能。（3）利用電路特征求解：通過電路中所產(chǎn)生的電熱來計算。重難點(diǎn)一、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題1. 導(dǎo)體的兩種運(yùn)動狀態(tài)（1）平衡狀態(tài)：靜止或勻速直線運(yùn)動，f合=0。（2）非平衡狀態(tài)：加速度不為零，f合=ma。2. 電磁感應(yīng)綜合問題的兩大研究對象及其關(guān)系電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒既可視為電學(xué)對象（因?yàn)樗喈?dāng)于電源），又可視為力學(xué)對象（因?yàn)楦袘?yīng)電流的存在而受到安培力），而感應(yīng)電流i和導(dǎo)體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對象的紐帶。3. 解答電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的一般思路（1）電路

4、分析：等效電路圖（導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源）。電路方程：i=（2）受力分析：受力分析圖（安培力大小、方向），動力學(xué)方程：f安=bil，f合=ma（牛頓第二定律）。其中i=，可得。注意這個公式是連接電學(xué)與力學(xué)問題的關(guān)鍵。（3）分析電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的基本思路4. 解決電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的基本步驟（1）明確研究對象和物理過程，即研究哪段導(dǎo)體在哪一過程切割磁感線。（2）根據(jù)導(dǎo)體運(yùn)動狀態(tài)，運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向。（3）畫出等效電路圖，運(yùn)用閉合電路歐姆定律求回路中的感應(yīng)電流。（4）分析研究導(dǎo)體受力情況，要特別注意安培力方向的確定。（5）列出動力學(xué)方程或平衡方程求解。導(dǎo)體處于平

5、衡狀態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。處理方法：根據(jù)平衡條件合外力等于零，列式分析。導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)加速度不為零。處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析。5. 關(guān)于電磁感應(yīng)中“收尾速度”及收尾情況的分析（1）收尾速度的表達(dá)式如圖甲所示，導(dǎo)體棒ab在恒定外力f作用下，從靜止開始沿光滑導(dǎo)軌做切割磁感線運(yùn)動。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，導(dǎo)體棒長度為l，電阻為r，定值電阻為r，其他電阻不計，則收尾速度vm=。若導(dǎo)體棒質(zhì)量為m，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，則同理有vm=。（2）兩種典型的收尾情況以如圖乙所示的情景為例，導(dǎo)軌的傾角為，則收尾速度vm=。若導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場時v>vm，則線框先減速再勻速；

6、若導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場時v< p>二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題1. 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，是其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化的過程。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問題的實(shí)質(zhì)是電能的轉(zhuǎn)化問題，橋梁是安培力。“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。同理，安培力做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，因此電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。2. 安培力做功及對應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系（1）電動機(jī)模型：如圖甲所示，回路通電后導(dǎo)體棒中存在電流，受到安培力的作用而向右運(yùn)動。通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的機(jī)械能。（2）發(fā)電機(jī)模型：如圖乙

7、所示，導(dǎo)體棒因向右運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力的阻礙作用。通過克服安培力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為回路的電能。綜上所述，安培力做功是電能和其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的橋梁，如圖所示：3. 求解電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題所選用解題規(guī)律（1）動能定理：合外力（包含安培力）所做的功等于導(dǎo)體棒動能的增量。（2）能量轉(zhuǎn)化和守恒定律判斷選定的系統(tǒng)在某一過程中能量是否守恒。分析該過程中能量形式，哪種能量增加，哪種能量減少。增加的能量等于減少的能量。（3）借助功能關(guān)系圖分析電磁感應(yīng)中的能量問題。理順功能關(guān)系是分析電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化問題的關(guān)鍵，下面以如圖所示的情景為例說明。圖中傾角為的導(dǎo)軌不光滑，外力f拉著導(dǎo)體棒向上加速垂直切割磁感線，導(dǎo)體棒質(zhì)量為m，電阻為r。導(dǎo)體棒運(yùn)動過程的功能關(guān)系如圖所示。通過以上功能關(guān)系不難得到以下結(jié)論：wf+w安+wf=e機(jī)（功能原理）wf+wg+w安+wf=ek（動能定理）wf+wg+wf=ek+q（-w安=q）4. 求解電磁感應(yīng)中電能的三種主要思路（1）利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。（2）利用能量守恒定律求解：機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能。（3）利用電路特征求解：通過電路中產(chǎn)生的電熱來計算。5. 分析電磁感應(yīng)中能量問題的基本步驟（1）用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)