電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用

王強

電磁感應(yīng)是電磁學(xué)中最為重要的內(nèi)容，也是高考命題頻率最高的內(nèi)容之一。題型多為選擇題、計算題。主要考查電磁感應(yīng)、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、自感等知識。本部分知識多結(jié)合電學(xué)、力學(xué)部分出壓軸題，其命題形式主要是電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與能量守恒的綜合應(yīng)用。復(fù)習(xí)中要熟練掌握感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、感應(yīng)電流方向的判斷、感應(yīng)電動勢的計算，還要掌握本部分內(nèi)容與力學(xué)、能量的綜合問題的分析求解方法。綜合試題還是涉及到力和運動、動量守恒、能量守恒、電路分析、安培力等力學(xué)和電學(xué)知識.主要的類型有滑軌類問題、線圈穿越有界磁場的問題、電磁感應(yīng)圖象的問題等.

一、法拉第電磁感應(yīng)定律

法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動勢的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比.在具體問題的分析中，針對不同形式的電磁感應(yīng)過程，法拉第電磁感應(yīng)定律也相應(yīng)有不同的表達(dá)式或計算式.

二、楞次定律與左手定則、右手定則

1.左手定則與右手定則的區(qū)別：判斷感應(yīng)電流用右手定則，判斷受力用左手定則.

2.應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是區(qū)分兩個磁場：引起感應(yīng)電流的磁場和感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化，“阻礙”的結(jié)果是延緩了磁通量的變化，同時伴隨著能量的轉(zhuǎn)化.

三、電磁感應(yīng)與電路的綜合

1.產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電路通常是一個閉合電路，產(chǎn)生電動勢的那一部分電路相當(dāng)于電源，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就是電源的電動勢，在“電源”內(nèi)部電流的流向是從“電源”的負(fù)極流向正極，該部分電路兩端的電壓即路端電壓，U=E.

2.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路產(chǎn)生的電功率等于內(nèi)外電路消耗的功率之和.若為純電阻電路，則產(chǎn)生的電能將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;若為非純電阻電路，則產(chǎn)生的電能除了一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分能量轉(zhuǎn)化為其他能，但整個過程能量守恒.能量轉(zhuǎn)化與守恒往往是電磁感應(yīng)與電路問題的命題主線，抓住這條主線也就是抓住了解題的關(guān)鍵.

考點一對電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的考查

例1、如圖1所示，間距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面夾角為30°，導(dǎo)軌的電阻不計，導(dǎo)軌的N、Q端連接一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌上有一根質(zhì)量一定、電阻為r的導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)體棒上方距離L以上的范圍存在著磁感應(yīng)強度大小為B、方向與導(dǎo)軌平面垂直向下的勻強磁場.現(xiàn)在施加一個平行斜面向上且與棒ab重力相等的恒力，使導(dǎo)體棒ab從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運動，當(dāng)ab進(jìn)入磁場后，發(fā)現(xiàn)ab開始勻速運動，求：

（1）導(dǎo)體棒的質(zhì)量;

（2）若進(jìn)入磁場瞬間，拉力減小為原來的一半，求導(dǎo)體棒能繼續(xù)向上運動的最大位移.

解析：（1）導(dǎo)體棒從靜止開始在磁場外勻加速運動，距離為L，其加速度為

變式探究：如圖2甲所示，MN、PQ是相距d=1.0m足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為θ，導(dǎo)軌電阻不計，整個導(dǎo)軌處在方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌MN、PQ放置，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，已知金屬棒ab的質(zhì)量m=0.1kg，其接入電路的電阻r=1Ω，小燈泡電阻RL=9Ω，重力加速度g取10m/s2.現(xiàn)斷開開關(guān)S，將棒ab由靜止釋放并開始計時，t=0.5s時刻閉合開關(guān)S，圖乙為ab的速度隨時間變化的圖像.求：

（1）金屬棒ab開始下滑時的加速度大小、斜面傾角的正弦值;

（2）磁感應(yīng)強度B的大小.

答案（1）6m/s2 （2）1T

方法技巧：在此類問題中力現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互制約，解決問題前首先要建立“動—電—動”的思維順序，可概括為：

（1）找準(zhǔn)主動運動者，用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解感應(yīng)電動勢的大小和方向.

（2）根據(jù)等效電路圖，求解回路中的感應(yīng)電流的大小及方向.

（3）分析安培力對導(dǎo)體棒運動速度、加速度的影響，從而推出對電路中的感應(yīng)電流有什么影響，最后定性分析導(dǎo)體棒的最終運動情況.

（4）列牛頓第二定律或平衡方程求解.

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