浅谈电磁感应的综合应用

1、    浅谈电磁感应的综合应用    符家好摘要：电磁感应中的动力学问题是每年高考的热点，考查方式既有选择题，又有计算题，笔者根据自身的教学实践，就导体的两种运动状态，电磁感应综合问题的两大研究对象及其关系，解答电磁感应中动力学问题的一般思路，解决电磁感应中力学问题的基本步骤，关于电磁感应中“收尾速度”及收尾情况的分析这五个方面做一简单探讨。关键词：电磁感应；综合应用；教师；学生：g633.7 ：a ：1992-7711（2017）06-0121知识点1 电磁感应中的动力学问题1. 安培力的大小安培力公式：fa=bii感应电动势：e=biv感应电流：i=

2、2. 安培力的方向（1）用左手定則判断：先用右手定则判断感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向。（2）用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向相反（选填“相同”或“相反”）。3. 安培力参与物体的运动：导体棒（或线框）在安培力和其他力的作用下，可以做加速运动、减速运动、匀速运动、静止或做其他类型的运动，可运用动能定理、牛顿运动定律等规律解题。知识点2 电磁感应中的能量问题1. 能量转化：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将机械能转化为电能，电流做功再将电能转化为其他形式的能。2. 转化实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能与电能之间的转化。3. 电

3、能的三种计算方法（1）利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。（2）利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能。（3）利用电路特征求解：通过电路中所产生的电热来计算。重难点一、电磁感应中的动力学问题1. 导体的两种运动状态（1）平衡状态：静止或匀速直线运动，f合=0。（2）非平衡状态：加速度不为零，f合=ma。2. 电磁感应综合问题的两大研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可视为电学对象（因为它相当于电源），又可视为力学对象（因为感应电流的存在而受到安培力），而感应电流i和导体棒的速度v则是联系这两大对象的纽带。3. 解答电磁感应中的动力学问题的一般思路（1）电路

4、分析：等效电路图（导体棒相当于电源）。电路方程：i=（2）受力分析：受力分析图（安培力大小、方向），动力学方程：f安=bil，f合=ma（牛顿第二定律）。其中i=，可得。注意这个公式是连接电学与力学问题的关键。（3）分析电磁感应中动力学问题的基本思路4. 解决电磁感应中力学问题的基本步骤（1）明确研究对象和物理过程，即研究哪段导体在哪一过程切割磁感线。（2）根据导体运动状态，运用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。（3）画出等效电路图，运用闭合电路欧姆定律求回路中的感应电流。（4）分析研究导体受力情况，要特别注意安培力方向的确定。（5）列出动力学方程或平衡方程求解。导体处于平

5、衡状态静止或匀速直线运动状态。处理方法：根据平衡条件合外力等于零，列式分析。导体处于非平衡状态加速度不为零。处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。5. 关于电磁感应中“收尾速度”及收尾情况的分析（1）收尾速度的表达式如图甲所示，导体棒ab在恒定外力f作用下，从静止开始沿光滑导轨做切割磁感线运动。已知磁感应强度为b，导体棒长度为l，电阻为r，定值电阻为r，其他电阻不计，则收尾速度vm=。若导体棒质量为m，与导轨间的动摩擦因数为，则同理有vm=。（2）两种典型的收尾情况以如图乙所示的情景为例，导轨的倾角为，则收尾速度vm=。若导体棒进入磁场时v>vm，则线框先减速再匀速；

6、若导体棒进入磁场时v< p>二、电磁感应中的能量转化问题1. 电磁感应中的能量转化闭合电路中产生感应电流的过程，是其他形式的能向电能转化的过程。电磁感应现象中能量问题的实质是电能的转化问题，桥梁是安培力。“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。同理，安培力做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能，因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化。2. 安培力做功及对应的能量转化关系（1）电动机模型：如图甲所示，回路通电后导体棒中存在电流，受到安培力的作用而向右运动。通过安培力做功，电能转化为导体棒的机械能。（2）发电机模型：如图乙

7、所示，导体棒因向右运动而产生感应电流，受到安培力的阻碍作用。通过克服安培力做功，机械能转化为回路的电能。综上所述，安培力做功是电能和其他形式的能之间相互转化的桥梁，如图所示：3. 求解电磁感应中的能量转化问题所选用解题规律（1）动能定理：合外力（包含安培力）所做的功等于导体棒动能的增量。（2）能量转化和守恒定律判断选定的系统在某一过程中能量是否守恒。分析该过程中能量形式，哪种能量增加，哪种能量减少。增加的能量等于减少的能量。（3）借助功能关系图分析电磁感应中的能量问题。理顺功能关系是分析电磁感应中能量转化问题的关键，下面以如图所示的情景为例说明。图中倾角为的导轨不光滑，外力f拉着导体棒向上加速垂直切割磁感线，导体棒质量为m，电阻为r。导体棒运动过程的功能关系如图所示。通过以上功能关系不难得到以下结论：wf+w安+wf=e机（功能原理）wf+wg+w安+wf=ek（动能定理）wf+wg+wf=ek+q（-w安=q）4. 求解电磁感应中电能的三种主要思路（1）利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。（2）利用能量守恒定律求解：机械能的减少量等于产生的电能。（3）利用电路特征求解：通过电路中产生的电热来计算。5. 分析电磁感应中能量问题的基本步骤（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应