理解电磁感应现象掌握电磁感应规律

2017-12-14山东省邹城市第一高级中学李广慧

中学生数理化(高中版.高考理化) 2017年3期

关键词：磁感线线框磁通量

■山东省邹城市第一高级中学李广慧

理解电磁感应现象掌握电磁感应规律

■山东省邹城市第一高级中学李广慧

一、电磁感应现象的理解

1.电磁感应现象：由于磁的某种变化而引起电的产生的现象。

图1

2.发生电磁感应现象的两种基本方式：(1)导体在磁场中做切割磁感线的相对运动,这种发生电磁感应现象的方式可以用运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用来解释。如图1所示,当导体棒a b在磁场B中做切割磁感线运动时,导体棒中的自由电荷将随导体棒一起在磁场中运动而受到洛伦兹力fB的作用,受到洛伦兹力fB作用的自由电荷将向导体棒一端迁移而使导体棒两端分别积累起正、负电荷,形成感应电动势。(2)磁场变化使穿过闭合回路的磁通量改变,这种发生电磁感应现象的方式可以用麦克斯韦的电磁场理论来解释。如图2所示,在滑动变阻器的滑片P向右滑动的过程中,用绝缘线悬挂着的线圈a中的自由电荷将沿特定方向移动,形成感应电流。

图2

3.发生电磁感应现象,产生感应电流条件的两种表述：(1)当穿过线圈的磁通量发生变化时,将发生电磁感应现象,线圈里将产生感应电动势。如果线圈闭合,那么线圈里就将产生感应电流。(2)当导体在磁场中做切割磁感线运动时,将发生电磁感应现象,导体里将产生感应电动势。如果做切割磁感线运动的导体是某闭合电路的一部分,那么电路里就将产生感应电流。

注意：闭合电路的一部分做切割磁感线运动时,穿过闭合电路的磁通量也将发生变化。因此上述两个条件从根本上还应归结于磁通量的变化。

二、应用电磁感应规律解题的方法

1.应用楞次定律判断感应电流的方向,需要明确楞次定律关系到两个磁场,即感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)。前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系,而是前者“阻碍”后者“变化”的关系。这里的“阻碍”体现为：当引起感应电流的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反,感应电流的磁通量阻碍了引起感应电流的磁通量的增加;当引起感应电流的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同,感应电流的磁通量阻碍了引起感应电流的磁通量的减少;当回路中的磁通量不变时,则没有“变化”需要阻碍,故此时没有感应电流产生。

图3

例1 如图3所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在线圈a的正上方固定一竖直螺线管b,二者的轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成闭合电路。若将滑片P向下滑动时,则下列表述正确的是( )。

A.线圈a中将产生顺时针方向(俯视)的感应电流

B.穿过线圈a的磁通量变小

C.线圈a有扩张的趋势

D.线圈a对水平桌面的压力将增大

图4

解析：通过螺线管b的电流如图4所示,根据右手螺旋定则判断出螺线管b产生的磁场方向竖直向下。当滑片P向下滑动时,滑动变阻器接入闭合电路的电阻减小,电流增大,所产生的磁场的磁感应强度增强,根据楞次定律可知,线圈a中产生的感应电流的磁场方向竖直向上,再由右手螺旋定则判断出线圈a中的电流方向沿逆时针(俯视),选项A错误。因为螺线管b中的电流增大,所产生的磁场的磁感应强度增强,所以线圈a中的磁通量应变大,选项B错误。根据楞次定律可知,线圈a将阻碍磁通量的增大,因此线圈a有缩小的趋势,且线圈a对桌面的压力将增大,选项C错误,D正确。答案为D。

图5

例2 如图5所示,一等边三角形金属线框在拉力F的作用下,以恒定速度通过匀强磁场区域,磁场的宽度大于线框的边长。在线框从开始进入磁场到完全进入磁场的过程中,线框平面始终垂直于磁感线,线框下边始终保持水平。在如图6所示的反映线框中的感应电流I、发热功率P、通过线框每条边横截面的电荷量q,以及外力F随时间t的变化关系图像中,正确的是( )。