备考指南

高三电磁感应怎么复习:从判断磁通量到分析制动

复习电磁感应,可以先判断穿过回路的磁通量怎样变化,再分别处理感应电动势的大小、电流的方向和装置的受力。用同一个线圈做连续变式,每次只改一项条件,最后用外力做功和能量去向检查推理。

最后更新:

复习电磁感应时,可以从一个会移动的矩形线圈开始。能指出磁场方向,不等于已经能确定电流方向;算出了电流,也还没有解释装置为什么会减速。把同一装置的运动拆成不同阶段,再逐步接上电路、受力和能量,哪里没想通就会显出来。

先给磁通量找一个具体的面

在纸上画出一片有清楚边界的匀强磁场,磁场垂直纸面向里。画一个闭合金属线圈,让它保持在纸面内,从左向右匀速进入磁场。先用阴影涂出线圈围成的面中真正处于磁场内的部分。线圈本身并没有变大,但阴影在变大,因此穿过回路、指向纸内的磁通量在增加。

再把线圈画到完全进入磁场的位置。这时线圈仍在运动,每一条边也仍在移动,可阴影面积已经保持不变。若磁场恒定、线圈的大小和姿态都不变,回路的磁通量就不再改变。只凭“有导线在切割磁感线”判断整个回路一直有电流,漏掉的正是这一段。阅读全国卷专家对物理基本规律的评析时,也可以用这种只改变位置的对照检查概念。

分别回答方向和大小

楞次定律中的“阻碍”针对原磁通量的变化。线圈刚进入时,向里的磁通量增加,感应电流产生的磁场应朝外,以阻碍这种增加。因此,从纸面正面看,电流沿逆时针方向。线圈开始离开时,向里的磁通量减少,感应磁场应朝里,以阻碍这种减少。此时运动方向没有变,电流却变成了顺时针。把同一个“向右”箭头分别画在这两幅图上,就知道为什么不能靠背左右来记答案。

大小另算。设线圈进入时,竖直边始终与边界平行。让它沿同一条路更快地进入,穿过同一区段时磁通量的变化量相同,所花的时间更短,感应电动势的平均值就更大。若画的是磁通量随时间变化的图,应比较线段的斜率,而不是哪一段画得更高。教育部物理教学装备配置标准也把判断感应电流方向与理解法拉第电磁感应定律分别列出,可以据此把这两类错误分开订正。

用受力和能量解释制动

把匀速拉动的线圈想成一辆小车上的金属框,忽略摩擦和自感。当车头刚进入磁场时,线框右边的竖直导线中电流向上。在向里的磁场中,这条导线受到向左的安培力;上下两边的力在竖直方向上互相抵消。要让车保持原来的速度,外力必须向右拉。外力做的功最终以线框电阻产生的热量体现出来。如果撤掉拉力,在仍有制动力的这段路上,车会减速。

检查这个解释时,不妨给线框剪一个缺口。现在回路断开,即使穿过线框所围区域的磁通量在变,也不能简单沿用闭合回路的电流和制动力。再把缺口接回去,让整个车进入均匀磁场,制动也不会因为“车还在磁场里”便始终持续。遇到实际装置题,先指出哪一段路径符合模型,再说明模型从哪里开始失效。中国教育考试网的命题分析强调从图文信息中提取解决问题的条件,装置图上的缺口和磁场边界正值得这样读。

示例计划

开始时先收起答案,画出线圈刚进入、完全进入和开始离开时的图,在图下分别写磁通量的变化。下一次练习给每幅图补上电流和受力方向,先用楞次定律判断,再用右手螺旋定则和左手定则检查。若受力图解释不了外力为什么需要做功,就回到画错的那条导线,不必把整章公式重抄一遍。

最后换一张没有现成箭头的装置图,只保留文字描述,自己找回路和边界。参考一周复习计划的安排方法,把这项练习写进自己的日程,再用模拟试卷复盘的方法重做自己卷上的一道错题。判断自己是否可以转向综合题时,看能否不依赖图上的原有标注,说清条件改变后最先改变的是哪个物理量。

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常见问题

总能用运动方向判断感应电流吗?

先看磁通量是否改变。整个线圈在均匀、恒定的磁场中平移,姿态和面积不变时,回路的总磁通量不变。

磁通量很大,感应电动势就很大吗?

判断大小要看磁通量改变得多快。在磁通量随时间变化的图上,应比较相应区段的斜率大小。

线圈有缺口,还能照闭合线圈判断制动力吗?

要重新检查电路。存在感应电动势与形成持续的回路电流是不同的条件,断开时不能照搬闭合线圈的受力结论。

参考资料

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