图像类电磁感应问题求解策略探析

江苏省栟茶高级中学(226406)

朱海燕●

图像类电磁感应问题求解策略探析

江苏省栟茶高级中学(226406)

朱海燕●

电磁感应图像类考题一直是高考物理的热点，其知识面广、考点变化性强，是学生物理学习的难点.通过对图像类磁感问题的研究，可以帮助学生直观的理解磁感应强度、磁场力和感应电流随时间的变化规律，对提高学生解题能力有着显著的作用.

从引发磁通量的变化方式差异角度可将感应电动势图像这一类的测试题归为以下两类：感生电动势和动生电动势图像.在这两个方面类型的测试题中，得以对安培及左右手定则、楞次定律、电磁感应定律等学习内容进行考查.依据教学实际，笔者试图结合例题，对电磁感应图像类问题的求解策略加以探究.

一、感生电动势类图像问题

激发感生磁场的主要诱因是磁场的变化，自由电荷在导体内部也因此发生了移动从而产生了电动势，闭合回路也因此产生了一定的感应电流.由此可见，磁场变化是感应电动势、感应电流(大小、方向)规律性变化的主要原因.在感生电动势类图像问题中，根据磁场变化规律，可以分为以下两类问题.

1.由磁场变化规律分析i-t图像

将楞次定律及法拉第电磁感应定律应用于对线圈内的感应电流分析，我们可在较短的时间内顺利判断出i-t图像的走势.

例1 已知矩形导线框abcd固定在匀强磁场中如图1，同时，磁感线方向与导线框所在平面垂直，磁场正方向垂直纸面向内.磁感应强度B随时间变化的规律如图2所示，假定感应电流的正方向为顺时针方向，则你觉得下列图3中正确的是( ).

图1 图2

图3

在本题中，由场强变化规律可以推断出感应电流的变化规律，但究其本源依然是磁通量的变化引发磁场变化.因此，在遇到磁通量或是场强变化类的图像问题，其i-t图像变化规律都可以采用上述分析模式.

2.依据磁场变化规律分析感应动势

在对感生电动势内容的测试时，命题人往往会立足回路部分作电源处理，并综合电学方面相关知识来考查电动势.与动生电动势相比，感生电动势更抽象，回路的电动势、电流及电源部分也更不易理解，常导致学生出现漏解和错解.

图4

分析 该题往往是在感生电动势类题目中错误率较高的类型，通常需要学生对感生电场的理解比较到位、深刻.在感生电动势类题目中，该题为学生出现错误概率较高的，想得到正确答案需对感生电场知识更为深刻的理解.

正解 电动势因感生电场而产生，其同时出现在磁场内外部.那么，感应电动势在磁场内外的线圈中均存在.根据电动势的分布规律，则可以得到ef之间的电势差为0.1V.

二、动生电动势类图像问题

1.由导体运动规律分析i-t图像

图5

例3 如图5所示为匀强磁场的分布状况，磁场边线之间相互平行，相邻边线则彼此垂直.现有一边长为l的正方形，t=0时的位置如图5所示，现规定感应电流逆时针为正，则对应的i-t图像图6中可能是( ).

图6

解析 在解决电磁感应图像相关联的选择题时，排除法最常用且往往比较有效，依据选项设置可以看出该题主要考查的是随时间的变化状况(即闭合电路中部分导体在切割磁场时所引发的感应电流)若是采用阶段研究的方法，需要将运动过程分为6个阶段进行研究，耗时耗力.对此，我们可以结合i-t图像的物理意义，利用面积分析法，配合电流方向的判断，便可以迅速排出干扰选项，不难推断出B项为正确选项.

2.由导体运动规律分析E-t图像

遇到动生电动势中的导体切割磁感线类问题时，不仅仅需要关注感应电动势计算的问题，还应着重分析导体运动的规律，将导体的运动状态、感应电动势的产生两者有机结合起来.进而可对匀速、匀加速、圆周运动的物体在不同运动状态下的感应电势的分析及计算.

图7

例4 图7中，有垂直于纸面向内和向外的匀强磁场分布在y轴左右两侧，1/4圆的导体环Oab，O为圆心.从t=0时刻开始，其按角速度ω匀速转动，求感应电动势随时间的变化规律.

解析 结合学生所学知识，想得出感应电动势的变化规律需建立在对磁通量变化的研究基础之上.根据电磁感应定律很快就可以知道：在刚开始的1/4个周期内，Oa、Ob内的感应电动势方向一致，则大小应相加；依据同一原理，在下个周期内，因电动势未变化，则其所对应的感应电动势应为0.依次类推，即可得到对应的E-t图像.

值得注意的是，在解决感应电动势图像类问题中，务必关注以下几方面：首先，可以运用楞次定律判来判读出感应电动势方向及磁通量变化的均匀性；其次，在有条件的情况下，绘制出等效电路图来辅助求解，明确电动势变化规律；再次，在阅读图像过程中，务必将物理规律与图像规律相结合.

总之，图像类电磁感应问题的考察一直会是高考物理的重点，作为高中物理教师，我们必须对学生的读图能力、分析能力、应用能力展开训练，得以顺利帮助学生在解决电磁感应类问题方面有所突破.

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1008-0333(2017)01-0086-02