高中物理电磁感应知识的应用解析

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  摘 要:电磁感应是高中物理的重点知识。为提高学生应用电磁感应知识解答物理习题的灵活性,促进其物理解题能力的提升,应注重结合具体问题为学生讲解电磁感应的具体应用,深化其对电磁感应知识理解的同时,使其掌握与积累相关的应用经验与技巧。
  关键词:高中物理;电磁感应;应用;解析
  高中物理电磁感应部分涉及的知识点较多,不仅要求学生准确的记忆,更要能够具体问题具体分析,实现灵活的迁移与应用。教学中应注重为学生创设相关的问题情境,剖析相关的应用思路与过程,给学生带来良好的应用示范,锻炼其思维的灵活性,使其在以后的应用中少走弯路。
  一、在基础情境中的应用
  例1,在等边三角形的三个顶点a、b、c各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图1所示,过c点的导线所受安培力的方向为( )
  A.与ab边平行,竖直向上
  B.与ab边平行,竖直向下
  C.与ab边垂直,指向左边
  D.与ab边垂直,指向右边
  该问题较为常规,主要考查左手螺旋定则、左手定则、磁场叠加知识。通过讲解该题目培养学生应用电磁感应知识解题的自信。运用左手螺旋定则判断出通电导线在c处的分磁场方向,由磁场的叠加原理,判断出a、b在c处的总磁场方向。然后运用左手定则判断出c中通电电流在a、b合磁场中的安培力。由几何知识可知分磁场在c处的磁场方向夹角为60°且大小相等,因此,合磁场方向平行于ab向下,由左手定则可知安培力的方向垂直ab方向指向左邊,选C。
  应用评价:根据电流方向判断磁场方向、根据磁场判断安培力的方向等是电磁感应知识最为基础的应用。应用时需熟练应用左手螺旋定则、左手定则,并根据几何知识、磁场叠加原理等做出正确的判断。因磁场为矢量,因此叠加时遵循平行四边形法则。
  二、在电路情境中的应用
  例2,如图2所示,导体杆op在作用于op中点且垂直于op的力作用下,绕o轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动,磁场的磁感应强度为B,ao间接有电阻R,杆和框架电阻不计,回路中的总电功率为P,则( )
  A.外力的大小为2Br
  B.外力的大小为Br
  C.导体杆旋转的角速度为
  D.导体杆旋转的角速度为
  设导体杆转动的角速度为w,则导体杆转动切割磁感线产生的磁感应电动势E=Br2w,I=E/R,则P=EI。设维持导体杆匀速转动的外力为F,则P=,v=rw,联立得到F=Br,w=,综上可知正确选项为C。
  应用评价:旋转导体围绕某一点做切割磁感线运动时,可用中点的线速度代替其切割速度,则其产生的感应电动势E=BL=Br2w。同时,应根据所求问题,积极联系相关知识,巧妙的设出相关参数,建立相关的参数方程进行求解。
  三、在新颖情境中的应用
  例3,用一段横截面半径为r,电阻率为ρ,密度为d的均匀导体材料做成一个半径为R(r<  A.此时在整个圆环中产生了(俯视)顺时针的感应电流
  B.圆环因受到了向下的安培力而加速下落
  C.此时圆环的加速度a=
  D.如果径向磁场足够长,则圆环的最大速度vm=
  圆环向下切割磁杆线运动,由右手定则可知,圆环中感应电流的方向为顺时针方向(俯视),A正确。再由左手定则可知圆环受到安培力方向向上,B项错误。圆环中感应电动势为E=B·2πR·v,感应电流I=E/R',电阻R'==,得到I=,圆环受到的安培力为F=BI·2πR=圆环的加速度a==g-。圆环的质量m=d·2πR·πr2,解得a=g-,C项错。当mg=F时加速度a=0,速度最大vm=,D项正确。
  应用评价:应用电磁感应知识分析新颖问题需沉着冷静,注重运用右手定则、左手定则正确判断感应电流、安培力方向。同时,分析圆环的加速度、最大速度应进行受力分析,准确把握圆环的受力情况,运用运动知识解答。圆环下落做加速度减小的加速运动,直到重力与安培力平衡,加速度为零速度达到最大。
  结束语
  高中物理教材中的电磁感应知识并不难掌握,但要想灵活应用,正确解答相关问题并非易事,需要学生深入理解,把握电磁感应本质,才能以不变应万变。教学中为帮助学生树立应用自信,提高应用的灵活性,应做好相关问题情境的设计,通过应用讲解与评价,使其更好的掌握不同问题情境的解题思路以及解题注意事项。
  参考文献
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