关于电磁感应现象的应用探讨

祝建军

摘 要：物理图像能很好地考查考生的推理能力、分析问题的能力以及解决问题的能力，而电磁感应现象中图像的问题是全国高考也是浙江省高考中考查学生的热点知识。

关键词：电磁感应；图像；感应电流

电磁感应现象是高中物理电学中相当重要的内容，也是每年高考必考的内容之一，翻阅浙江省近5年的高考卷，每年至少都有一个关于电磁感应现象的题目，而在电磁感应现象的题目中考得最频繁的也就是关于图像问题了，电磁感应现象的图像包涵磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像，即B-t图像、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像，对于切割磁感线产生感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像，即E-x图像和I-x图像，林林总总的图像我们该如何去分析、去解决呢？

对于电磁感应现象中的图像问题我们可以归纳为两种问题类型：

1.由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像；

2.由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量。

一、电磁感应现象中感应电流或感应电动势随时间的变化规律

例1.（2013年高考浙江省理综卷第15题）磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区，刷卡器中有检测线圈。当以速度v0刷卡时，在线圈中产生感应电动势，其E-t关系如下图所示，如果将刷卡速度改为■，线圈中的E-t关系图可能是（ ）

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分析与解：本题的解决并不需要学生知道刷卡的原理本身是怎么样的，只需要学生能从题目中看到原始E-t图像，并知道刷卡速度与感应电动势之间的关系以及刷卡速度对于周期变化的影响。

磁卡磁条的磁化区通过检测线圈时，检测线圈中产生动生电动势，当刷卡速度由v0变成■时，感应电动势的大小由E=Blv0变为E′=■；刷卡器的长度一定，当刷卡速度由v0变成■时，刷卡时间由t0变为2t0，故D选项正确。

评注：本题打破了过去那种建立在理想化模型基础上的命题思想，用现代生活中广泛运用的事物考查学生的理解能力、推理能力、应用能力和探究能力。

二、判断电磁感应现象中感应电流的方向

例2.（2009高考卷浙江省理综卷第17题）如下图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是（ ）

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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。

分析与解：本题要求讨论金属线框在匀强磁场中运动使磁通量变化而引起的电磁感应现象问题。

由楞次定律，一开始磁通量减小，后来磁通量增大，由“增反”“减同”可知电流方向是d→c→b→a→d。

评注：对电磁感应物理过程的分析是研究和求解电磁感应问题的关键。

三、判断其他物理量的大小和方向

例3.（2013年山东卷）将一段导线绕成如图甲所示的闭合回路，并固定在水平面（纸面）内。回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中。回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图像是（ ）

分析与解：楞次定律可知电流方向是由b到a，由法拉第电磁感应定律得电流大小恒定，由左手定则可知ab边受到的安培力方向水平向左，为负值，安培力大小F安=BIL恒定，所以选项B正确。

对于电磁感应现象中关于图像的问题的解决，牵涉左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、相关数学知识等知识的应用，也就对学生的物理综合水平提出了更高的要求，也就要求教师在平时教学过程中不断地去关注学生的基础扎实了没有，有无存在知识的盲点。

（作者单位 浙江省丽水市松阳县第二中学）