电磁感应常见错误例析

来源 :中学生数理化·高考理化 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhf2003168
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  一、混淆φ、△φ
  例1 长为a,宽为b的矩形线圈,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的OO‘轴以恒定的角速度w旋转,设t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是()。
  A.
  B.
  C.
  D.
  错解:认为t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,则磁通量为零,对应的磁通量的变化率也为零,从而选A。
  正解:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时,产生的感应电动势是时刻变化的,当线圈平面和磁场方向平行时,磁通量为零,但因为线圈两边转动的速度方向和磁场方向垂直,所以线圈中产生的感应电动势最大,且最大值Emax=Babw,根据法拉第电磁感应定律E=可知,当感应电动势为最大值时,对应的磁通量的变化率也最大,即=Babw。
  答案:B
  例2 一个面积S=,匝数n=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面,磁感应强度B随时间t的变化规律为=2T/s,求穿过线圈的磁通量的变化率。
  错解:求出后乘上匝数n,从而得出穿过线圈的磁通量的变化率为8Wb/s。
  正解:根据磁通量变化率的定义得
  方法与总结
  磁通量φ表示穿过磁场中某个面的磁感线条数,磁通量变化量△φ表示某段时间穿过某个面的末、初磁通量的差值,磁通量变化率二表述磁场中穿过某个面的磁通量变化的快慢,n表示n匝线圈产生的感应电动势的大小。φ、△φ、第三者的大小无必然联系,任一个数值大,另外两个可能大,也可能小,这三者的大小也与线圈匝数无关,只有线圈产生的感应电动势与匝数有关。
  二、应用楞次定律时出现错误
  例3 如图1所示,一一个金属圆环A用细线吊着,套在一个通电螺线管上,并处于螺线管正中央位置,若螺线管中图示方向的电流突然变大,则()。
  A.圆环A会受到沿半径向外拉伸的力
  B.圆环A会受到沿半径向内压挤的力
  C.圆环A会受到向右的力
  D.圆环A会受到向左的力
  错解:认为螺线管中的电流突然变大使穿过A环平面的磁通量也随之增大,A环中产生的感应电流的磁场要阻碍原磁场的磁通量增大,则根据磁通量表达式φ=BS知只要减小圆环A的面积就能阻碍磁通量的增大,故圆环A所受到的力的效果必使A环面积减小,从而选B。
  正解:应用楞次定律时首先要判明原磁通量的变化,因此求解本题的关键是明确穿过A环平面的磁通量的变化与A环面积大小的关系。因为A环套在螺线管之外,而螺线管外部的磁感线与内部的磁感线是闭合的,且外部磁场弱于内部磁场,所以当A环面积减小时,穿过A环平面的总磁通量是增大的,当A环面积增大时,穿过A环平面的总磁通量是减小的。
  答案:A
  例4 如图2所示,在软铁棒F插入线圈L1的过程中,通过电阻R的电流方向是()。
  A.从A流向B
  B.从B流向A
  C.先从A流向B,再从B流向A
  D.没有电流
  错解:认为在软铁棒插入线圈L,的过程中,由于软铁棒被磁化,导致通过线圈L的磁通量增加,使线圈L,中产生感应电流。根据楞次定律可知,线圈L,中产生的感应电流方向与原来电流的方向相反,使得L,中电流减小,所以通过线圈L2的磁通量也随之减小。根据楞次定律和安培定则可知,通过电阻R的电流方向从B流向A,从而选B。
  正解:在软铁棒插入线圈L,的过程中,由于软铁棒被磁化而使线圈L,的磁通量增加,线圈L,中产生感应电流。根据楞次定律可知,线圈L1中的感应电流阻碍其磁通量增加,但“阻碍”不是“阻止”,更不是“逆转”,通过线圈L,的磁通量始终是增加的,因此线圈L附近的线圈L2的磁通量也是增加的。根据楞次定律可知,线圈L。中感应电流的磁场方向是从左向右。根据安培定则可知,电阻R上的电流方向从A流向B。
  答案:A
  方法与总结
  1.楞次定律的内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
  2.对“阻碍”二字的理解:“感应电流的磁场”阻碍的是“原磁通量的变化”,而不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁通量。所以楞次定律可理解为:当穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。另外,“阻碍”不能理解为“阻止”,这是因为原磁场是主动的,感应电流的磁场是被动的,原磁通量仍然要发生变化,是阻止不了的,感应电流磁场的存在只是减缓了穿过电路的总磁通量变化的速度。
  3.应用楞次定律判定感应电流方向的步骤:明确原磁场的方向及磁通量的变化情况(增加或减少)→确定感应电流的磁场方向(依据“增反減同”)→应用安培定则确定感应电流的方向。
  4.楞次定律的另一种表述:感应电流的效果,总是要反抗产生感应电流的原因。依这一表述,楞次定律可推广为阻碍原磁通量的变化,比如阻碍(导体的)相对运动(由导体相对磁场运动引起感应电流的情况),可以理解为“来者拒,去者留”;阻碍原电流的变化(自感现象)。
  三、混淆内、外电路
  例5 如图3所示,
  一电子以初速度V沿与金属板M、N平行的方向飞人极板间,突然发现电子向M板偏转,若不考虑磁场对电子运动方向的影响,则产生这一现象的原因可能是()。
  A.开关S闭合瞬间
  B.开关S由闭合到断开瞬间
  C开关S是闭合的,变阻器触头向左迅速滑动
  D开关S是闭合的,变阻器触头向右迅速滑动
  错解:认为当电子以初速度v沿与金属板M、N平行方向飞人极板间时,若突然发现电子向M板偏转,说明极板M带正电,极板N带负电,从而判定M、N极板分别是电源的正、负极,由此得出右侧线圈中感应电流的方向为由左边流人,从右边流出,感应电流的磁场方向为从左向右,与左侧线圈的磁场方向一致,故左侧线圈的磁通量变化必为减少。可能的情况为开关S由闭合到断开,或开关S闭合时,电路中的电阻变大,从而选B、D。   正解:求解本题的关键是确定谁是电源,以及电路的内外电路。因为是穿过右侧线圈的磁通量发生变化导致右侧线圈中产生感应电流,所以右侧线圈是电源;产生的感应电流给电容器充电,所以电容器是外电路。由电子的偏转判定出M极带正电,N极带负电,因此右侧线圈中感应电流的方向为由右边流人,从左边流出,感应电流的磁场方向为从右向左,与左侧线圈的磁场方向相反,故左侧线圈的磁通量变化必为增加。可能的情况应为开关S闭合瞬间,或开关S闭合时,电路中的电阻变小。
  答案:AC
  例6 如图4所示,水平导轨的电阻忽略不计,金属棒ab和cd的电阻分别为Rab和Ra,且Rab
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