理解電磁感應現象 掌握電磁感應規律

■山東省鄒城市第一高級中學 李廣慧

理解電磁感應現象 掌握電磁感應規律

■山東省鄒城市第一高級中學 李廣慧

一、電磁感應現象的理解

1.電磁感應現象：由于磁的某種變化而引起電的產生的現象。

圖1

2.發生電磁感應現象的兩種基本方式：(1)導體在磁場中做切割磁感線的相對運動,這種發生電磁感應現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,當導體棒a b在磁場B中做切割磁感線運動時,導體棒中的自由電荷將隨導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導體棒一端遷移而使導體棒兩端分別積累起正、負電荷,形成感應電動勢。(2)磁場變化使穿過閉合回路的磁通量改變,這種發生電磁感應現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,形成感應電流。

圖2

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

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生變化。因此上述兩個條件從根本上還應歸結于磁通量的變化。

二、應用電磁感應規律解題的方法

1.應用楞次定律判斷感應電流的方向,需要明確楞次定律關系到兩個磁場,即感應電流的磁場(新產生的磁場)和引起感應電流的磁場(原來就有的磁場)。前者和后者的關系不是“同向”或“反向”的簡單關系,而是前者“阻礙”后者“變化”的關系。這里的“阻礙”體現為：當引起感應電流的磁通量增加時,感應電流的磁場方向與引起感應電流的磁場方向相反,感應電流的磁通量阻礙了引起感應電流的磁通量的增加;當引起感應電流的磁通量減少時,感應電流的磁場方向與引起感應電流的磁場方向相同,感應電流的磁通量阻礙了引起感應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,故此時沒有感應電流產生。

圖3

例1 如圖3所示,圓環形導體線圈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中將產生順時針方向(俯視)的感應電流

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,根據右手螺旋定則判斷出螺線管b產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,所產生的磁場的磁感應強度增強,根據楞次定律可知,線圈a中產生的感應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,所產生的磁場的磁感應強度增強,所以線圈a中的磁通量應變大,選項B錯誤。根據楞次定律可知,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電流I、發熱功率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的變化關系圖像中,正確的是( )。

圖6

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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。若要在線圈中產生abcd a方向的感應電流,可行的做法是( )。

A.導線A B中電流I逐漸增大

B.導線A B中電流I先增大后減小

C.導線A B正對O O',逐漸靠近線圈

D.線圈繞O O'軸逆時針轉動90°(俯視)

2.如圖8甲所示,一個圓形線圈的匝數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,磁感應強度B隨時間t的變化規律如圖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內通過電阻R的電荷量為4×10-4C

參考答案：1.D 2.C

(責任編輯 張巧)