■山東省鄒城市第一高級(jí)中學(xué) 李廣慧
理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象 掌握電磁感應(yīng)規(guī)律
■山東省鄒城市第一高級(jí)中學(xué) 李廣慧
1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象:由于磁的某種變化而引起電的產(chǎn)生的現(xiàn)象。
圖1
2.發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩種基本方式:(1)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的相對(duì)運(yùn)動(dòng),這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用來(lái)解釋。如圖1所示,當(dāng)導(dǎo)體棒a b在磁場(chǎng)B中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒中的自由電荷將隨導(dǎo)體棒一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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?qū)w棒一端遷移而使導(dǎo)體棒兩端分別積累起正、負(fù)電荷,形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)磁場(chǎng)變化使穿過(guò)閉合回路的磁通量改變,這種發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方式可以用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論來(lái)解釋。如圖2所示,在滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)的過(guò)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(dòng),形成感應(yīng)電流。
圖2
3.發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生感應(yīng)電流條件的兩種表述:(1)當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí),將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,線圈里將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果線圈閉合,那么線圈里就將產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,導(dǎo)體里將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體是某閉合電路的一部分,那么電路里就將產(chǎn)生感應(yīng)電流。
注意:閉合電路的一部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)閉合電路的磁通量也將發(fā)生變化。因此上述兩個(gè)條件從根本上還應(yīng)歸結(jié)于磁通量的變化。
1.應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向,需要明確楞次定律關(guān)系到兩個(gè)磁場(chǎng),即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)(新產(chǎn)生的磁場(chǎng))和引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)(原來(lái)就有的磁場(chǎng))。前者和后者的關(guān)系不是“同向”或“反向”的簡(jiǎn)單關(guān)系,而是前者“阻礙”后者“變化”的關(guān)系。這里的“阻礙”體現(xiàn)為:當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反,感應(yīng)電流的磁通量阻礙了引起感應(yīng)電流的磁通量的增加;當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量減少時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同,感應(yīng)電流的磁通量阻礙了引起感應(yīng)電流的磁通量的減少;當(dāng)回路中的磁通量不變時(shí),則沒(méi)有“變化”需要阻礙,故此時(shí)沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。
圖3
例1 如圖3所示,圓環(huán)形導(dǎo)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(dòng)變阻器連接成閉合電路。若將滑片P向下滑動(dòng)時(shí),則下列表述正確的是( )。
A.線圈a中將產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较?俯視)的感應(yīng)電流
B.穿過(guò)線圈a的磁通量變小
C.線圈a有擴(kuò)張的趨勢(shì)
D.線圈a對(duì)水平桌面的壓力將增大
圖4
解析:通過(guò)螺線管b的電流如圖4所示,根據(jù)右手螺旋定則判斷出螺線管b產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向下。當(dāng)滑片P向下滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器接入閉合電路的電阻減小,電流增大,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng),根據(jù)楞次定律可知,線圈a中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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(shí)針(俯視),選項(xiàng)A錯(cuò)誤。因?yàn)槁菥€管b中的電流增大,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng),所以線圈a中的磁通量應(yīng)變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。根據(jù)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(shì),且線圈a對(duì)桌面的壓力將增大,選項(xiàng)C錯(cuò)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(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的寬度大于線框的邊長(zhǎng)。在線框從開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)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(yīng)電流I、發(fā)熱功率P、通過(guò)線框每條邊橫截面的電荷量q,以及外力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖像中,正確的是( )。
圖6
跟蹤訓(xùn)練
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(duì)稱軸,通電直導(dǎo)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(chǎn)生abcd a方向的感應(yīng)電流,可行的做法是( )。
A.導(dǎo)線A B中電流I逐漸增大
B.導(dǎo)線A B中電流I先增大后減小
C.導(dǎo)線A B正對(duì)O O',逐漸靠近線圈
D.線圈繞O O'軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°(俯視)
2.如圖8甲所示,一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)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(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖8乙所示。下列說(shuō)法中正確的是( )。
圖8
A.線圈中的感應(yīng)電流方向沿順時(shí)針
B.電阻R兩端的電壓隨時(shí)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(nèi)通過(guò)電阻R的電荷量為4×10-4C
參考答案:1.D 2.C
(責(zé)任編輯 張巧)