产生感应电流与产生感应电动势的条件因果关系不明确

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一、产生感应电流与产生感应电动势的条件因果关系不明确

尽管学生初中对产生感应电流的条件——切割磁感线印象较深,但通过实验和练习对产生感应电流的条件——与产生感应电动势的条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化, 闭合导体回路中就有感应电流产生还是能接受。但是往往误认为回路没有感应电流就没有感应电动势。

我们知道闭合电路中产生了感应电流,那么就必定存在了对应的电动势,但电路中没有电源,电动势是哪来的呢?引导学生思考是线圈感应出来了电动势,线圈相当与电源,把感应出来的电动势称为感应电动势。断开电路时,电路中的电流消失,但路端电压(即感应电动势)仍然存在,所以感应电动势的有无,与电路的通断,电路的电阻无关,完全取决于电路的磁通量的变化情况。所以“感应电动势”比“感应电流”更能反映电磁感应的本质意义。

例、闭合铜环与闭合金属框相接触,放在水平匀强磁场中,如图所示,当铜环向右移动时(金属框不动),下列说法正确的是(C )

A .闭合铜环内没有感应电流,因为磁通量没有变化

B .金属框内没有感应电流,因为磁通量没有变化

C .金属框MN 边有感应电流,方向从M 流向N

D .ABCD 回路有感应电流,由楞次定律可判定电流方向为逆时针

解析:在铜环向右移动的过程中,虽然闭合回路ABCD 的磁通量没有变化,但AMNB 回路的磁通量在发生变化。因此,回路中有感应电流产生。电流方向可以根据楞次定律进行判断。回路AMNB 的磁通量在逐渐增加,将有逆时针方向的感应电流。

点评:闭合回路ABCD 的磁通量虽然没有变化,但AB 、CD 作为电源并联一起向外电路MRN 供电。

例、边长为L 正方形线框, 以速度v 在有界的匀强磁场B 中运动, 确定在 1 、2 、3 位置回路中感应电动势及a 、 b 两端的电压。

学生对二状态往往认为:回路都没有感应电流,a 、b 两端怎么会有电压呢?恰恰忽略了回路先有电源(对应感应电动势)才能产生感应电流,只是二状态对电路来讲感应电动势方向相反,顶起来了,所以ab 两端有电压,但回路的感应电动势为零,感应电流为零。

二、二次电磁感应问题

1 . 二次电磁感应问题综合程度高,学生做题无从下手。不明确研究那个回路? 找不出回路的磁通量变化的原因?

例、当金属棒 a 在处于磁场中的金属轨道上运动时,金属线圈 b 向右摆动,则金属棒 a ( BC )

A .向左匀速运动

B .向右减速运动

C .向左减速运动

D .向右加速运动

解析:根据楞次定律可知穿过线圈的磁通量在减少,可见金属棒a 向左减速运动或向右减速运动。

例、如图所示,在匀强磁场 B 中放一电阻不计的平行金属导轨,导轨跟大线圈M 相接,

导轨上放一根金属导体棒ab 并与导轨紧密接触,磁感线垂直于导轨所在平面。在导体棒向右做切割磁感线运动的过程中,则M 所包围的闭合线圈N 内产生的电磁感应现象是(D )

A .产生顺时针方向的感应电流

B .产生逆时针方向的感应电流

C .没有感应电流

D .以上三种情况都有可能

解析:在导体棒向右做切割磁感线运动过程中,根据右手定则得:M 中产生的感应电流方向是顺时针方向。由于不明确导体棒的运动性质,可能匀速,可能减速,可能加速。所以根据楞次定律,N 中的感应电流的有无和方向都有可能。答案D 正确。

2 . 不会具体应用左、右手定则

例、如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ 、MN ,当PQ 在外力作用下运动时,MN 在磁场力的作用下向右运动,则PQ 所做的运动可能是(BC )

A .向右加速运动

B .向左加速运动

C .向右减速运动

D .向左减速运动

解析:分析该类问题,首先要明确PQ 运动是引起MN 运动的原因,然后根据楞次定律和左手定则判断。由右手定则PQ 向右加速运动,穿过的磁通量向上且增加,由楞次定律和左手定则可判断MN 向左运动,故 A 错。若PQ 向左加速运动,情况正好和 A 相反,故B 对。若PQ 向右减速运动,由右手定则,穿过的磁通量向上且减小,由楞次定律和左手定则可判知MN 向右运动,故 C 对。若PQ 向左减速运动,情况恰好和 C 相反,故D 错。

点评:解决此类问题往往多次运用楞次定律,并注意要想在下一级中有感应电流,导体棒一定做变速运动,或穿过闭合回路的磁通量非均匀变化,这样才可以产生变化的感应电流,这一变化的感应电流产生的磁场是变化的,会在其他回路中再次产生感应电流,在分析过程中关键要确定因果关系。

三、有关安培力的几个错误

1 . 将安培力误写为BLv 。只需搞清BIL 和BLV 的含义,有电流才能受力

2 . 不知道用物体的受力求感应电流

例、如图所示,有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R ,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感强度为B ,一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下.经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm ,则(B 、 C )

A .如果

B 增大,vm 将变大

B .如果变大,vm 将变大

C .如果R 变大,vm 将变大

D .如果m 变小,vm 将变大

解析:金属杆下滑过程中受力情况如图所示,根据牛顿第二定律得:_ 所以金属杆由静止开始做加速度减小的加速运动,当_ 时,即_ ,此时I 最大则速度v m ,可得:故由此

式知选项B 、C 正确.

点评:求通过导体棒的电流可以由电路方法,也可以动力学方法(通过受力分析由运动状态列方程)

3. 忽略磁感应强度B 对安培力的影响

例、如图所示,竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T ,并且以_ = 0.1 T/s 在变化,水平轨道电阻不计,且不计摩擦阻力,宽0.5 m 的导轨上放一电阻R0=0.1 Ω的导体棒,并用水平线通过定滑轮吊着质量M= 0.2 kg 的重物,轨道左端连接的电阻R=0.4 Ω,图中的l= 0.8 m ,求至少经过多长时间才能吊起重物。

解析:由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势:

E= 由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流I=

由于安培力方向向左,应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向(由上往下看)。再根据楞次定律可知磁场增加,在t 时磁感应强度为:B 磁= (B +•t )此时安培力为:F 安=B 时Ilab ;由受力分析可知F 安=mg t=495 s

点评:影响安培力的大小因素有三个——:、I 、L 。实际运算过程忽视了 B 的变化,将B 代入 F 安=BIl ab ,导致错解。

第四部分、学生学习目标的检测

1 . 如图(a )所示,一个电阻值为R ,匝数为n 的圆形金属线圈与阻值为2R 的电阻R1 连接成闭合回路,线圈的半径为r1 ,在线圈中半径为r

2 的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B 随时间t 变化的关系图线如图( b )所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0 和B0 。导线的电阻不计,求0 至t1 时间内①通过电阻R1 上的电流大小和方向;②通过电阻R1 上的电量q 及电阻R1 上产生的热量。

解析:

①根据法拉第电磁感应定律,

通过电阻上的电流:

根据楞次定律,可判定流经电阻的电流方向从b 到a

②在0 至时间内通过电阻的电量

电阻R1 上产生的热量

点评:解题思路:由图像确定△B/ △t ——求出△Φ/t (代有效面积)——△E=n △Φ/ △t——等效电路图——感应电流——R1 上的电量q 及电阻R1 上产生的热量。

2 . 如图所示PQ 、MN 为足够长的两平行金属导轨, 它们之间连接一个阻值的电阻;导轨间距为, 电阻, 长约1m 的均匀金属杆水平放置在导轨上, 它与导轨的滑动摩擦因数, 导轨平面的倾角为在垂直导轨平面方向有匀强磁场, 磁感应强度为, 今让金属杆AB 由静止开始下滑从杆静止开始到杆AB 恰好匀速运动的过程中经过杆的电量,

求: ①当AB 下滑速度为时加速度的大小

②AB 下滑的最大速度

③从静止开始到AB 匀速运动过程R 上产生的热量

解析:取AB 杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系