關于電磁感應現象的應用探討

祝建軍

摘 要：物理圖像能很好地考查考生的推理能力、分析問題的能力以及解決問題的能力，而電磁感應現象中圖像的問題是全國高考也是浙江省高考中考查學生的熱點知識。

關鍵詞：電磁感應；圖像；感應電流

電磁感應現象是高中物理電學中相當重要的內容，也是每年高考必考的內容之一，翻閱浙江省近5年的高考卷，每年至少都有一個關于電磁感應現象的題目，而在電磁感應現象的題目中考得最頻繁的也就是關于圖像問題了，電磁感應現象的圖像包涵磁感應強度B、磁通量Φ、感應電動勢E和感應電流I隨時間t變化的圖像，即B-t圖像、Φ-t圖像、E-t圖像和I-t圖像，對于切割磁感線產生感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖像，即E-x圖像和I-x圖像，林林總總的圖像我們該如何去分析、去解決呢？

對于電磁感應現象中的圖像問題我們可以歸納為兩種問題類型：

1.由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖像；

2.由給定的有關圖像分析電磁感應過程，求解相應的物理量。

一、電磁感應現象中感應電流或感應電動勢隨時間的變化規律

例1.（2013年高考浙江省理綜卷第15題）磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區，刷卡器中有檢測線圈。當以速度v0刷卡時，在線圈中產生感應電動勢，其E-t關系如下圖所示，如果將刷卡速度改為■，線圈中的E-t關系圖可能是（ ）

■

分析與解：本題的解決并不需要學生知道刷卡的原理本身是怎么樣的，只需要學生能從題目中看到原始E-t圖像，并知道刷卡速度與感應電動勢之間的關系以及刷卡速度對于周期變化的影響。

磁卡磁條的磁化區通過檢測線圈時，檢測線圈中產生動生電動勢，當刷卡速度由v0變成■時，感應電動勢的大小由E=Blv0變為E′=■；刷卡器的長度一定，當刷卡速度由v0變成■時，刷卡時間由t0變為2t0，故D選項正確。

評注：本題打破了過去那種建立在理想化模型基礎上的命題思想，用現代生活中廣泛運用的事物考查學生的理解能力、推理能力、應用能力和探究能力。

二、判斷電磁感應現象中感應電流的方向

例2.（2009高考卷浙江省理綜卷第17題）如下圖所示，在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動。金屬線框從右側某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應電流的方向是（ ）

■

A.a→b→c→d→a

B.d→c→b→a→d

C.先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a

D.先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d

答案B。

分析與解：本題要求討論金屬線框在勻強磁場中運動使磁通量變化而引起的電磁感應現象問題。

由楞次定律，一開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反”“減同”可知電流方向是d→c→b→a→d。

評注：對電磁感應物理過程的分析是研究和求解電磁感應問題的關鍵。

三、判斷其他物理量的大小和方向

例3.（2013年山東卷）將一段導線繞成如圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面（紙面）內。回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場Ⅰ中。回路的圓環區域內有垂直紙面的磁場Ⅱ，以向里為磁場Ⅱ的正方向，其磁感應強度B隨時間t變化的圖像如圖乙所示。用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時間t變化的圖像是（ ）

分析與解：楞次定律可知電流方向是由b到a，由法拉第電磁感應定律得電流大小恒定，由左手定則可知ab邊受到的安培力方向水平向左，為負值，安培力大小F安=BIL恒定，所以選項B正確。

對于電磁感應現象中關于圖像的問題的解決，牽涉左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律、相關數學知識等知識的應用，也就對學生的物理綜合水平提出了更高的要求，也就要求教師在平時教學過程中不斷地去關注學生的基礎扎實了沒有，有無存在知識的盲點。

（作者單位 浙江省麗水市松陽縣第二中學）