电磁感应中学习方法
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关于学习电磁感应一点体会
-----关于电磁感应一章学习方某某
韩某某 （**_*学 061025）
“电磁感应”是中学《物理》教材中的重要一章，这部分内容涉及的定则多，规律难，方法活，习题的综合性强等特点，诸多学生在学习这部知识时感觉到很大的难度，，下面笔者从相关的电磁感应现象的概念、规律、定则、方法等方面进行梳理，以达到澄清概念，区分定则，总结方法的目的．
一、一个概念
磁通量是电磁学中一个重要的概念，是学习电磁感应的前提与基础，按磁通量的定义，穿不过某一面积的磁通量大小与穿过该面积的磁感线的条数有关，计算公式是XXXXX=BS，该公式只适用于匀强磁场中，且面积S指完全处在垂直磁感应强度的磁场中的有效面积，磁通量是标量，但有正、负之分，例如在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一与磁场方向垂直的线圈，面积为S，当它翻转1800的过程中，磁通量的变化量△XXXXX=BS－（－BS）=2BS．若穿过某一面积磁感线同时有进有出，则穿过该面积的磁通量XXXXX=XXXXX进－XXXXX出，且穿过某一线圈的磁通量与线圈的匝数无关．
二、二个定律
1．法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律用于计算感应电动势的大小，公式E=n的研究对象是一个回路，求得的是△t时间内回路的平均电动势．对于导体切割磁感线产生的感应电动势可用法拉第电磁感应定律的特殊形式E=BLV计算，该公式的适用条件是匀强磁场，且B、L、V互相垂直，它的研究对象是在磁场中运动的一段导体，式中的V若以平均速度代入，则求得的是平均电动势，若以瞬时速度代入，则求得的是瞬时电动势，在具体计算中，可以利用公式E=n求得平均电动势，利用E=BLV求得瞬时电动势．
2．楞次定律
楞次定律是用来判断感应电流方向的定律，它的内容概括为“增反减同”，对由相对运动引起的感应电流还可以概括为“来拒去留”．例如，如图1所示，磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增大，感应电流的磁场与原磁场方向相反，即向上，用“来拒去留”可判断出当磁铁靠近线圈时，线圈中的感应电流产生的磁场对磁铁应该有斥力作用，故线圈中感应电流的磁场方向向上，从而可判断出感应电流的方向（从上往下看）为逆时针方向．
三、三个定则
1．安培定则
安培定则是用来判定电流和电流的磁场方向之间关系的定则，但值得注意的是对直线电流，右手伸直的大拇指指向电流的方向，弯曲四指所指的方向是电流周围的磁感线的环绕方向；对于环形电流，右手弯曲的四指指向电流方向，大拇指所指的的是环形电流中心轴线的磁场方向．安培定则用的是右手，但不叫右手定则．若已知电流方向和电流磁场方向中的一个，可以用安培定则确定另一个量的方向．
2．左手定则
左手定则的内容是：伸开左手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安某某的方向．由左手定则可知，安某某F的方向既垂直于某某B方向又垂直于某某I的方向，但B和I不一定垂直．在电流I、磁感应强度B、电流所受安某某F这三个量中，若已知其中两个量的方向，要判断另一个量的可能方向，必须用左手定则．
3．右手定则
右手定则的内容是：伸开右手，让大母指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中，磁感线垂直穿入手心，使大母指指向导体相对磁场运动的方向，方向其余四指所指的方向就是导体中感应电流的方向．右手定主要用来判断切割磁感线的那部分导体中感应电流方向，但也可以用来判断导体的运动方向和磁场的方向．在感应电流I、导体的运动速度V、磁感应强度B这三个物理量中，若已知其中两个物理量的方向，可用右手定则判断另一个物理量的方向，右手定则右看做是楞次定律的特殊情况，对于闭合电路的一部分导体切割磁感线而产生感应电流的情况，用右手定则判断感应电流的方向比用楞次定律简便．
总之，三个定则都可以判断电流方向和磁场方向，但使用的情况不同，安培定则适用于“因电生磁”的情况，左手定则适用于“因电生动”的情况，右手定则适用于“因动生电”的情况．
四、四种方法
电磁感应类的习题综合性强，涉及内容广，难度大，方法多，概括起来主要有以下四种方法．
1．牛顿运动定律结合运动学公式
例1 如图所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距L=0.2m，电阻R=1XXXXX，有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆与轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向下，现用一外力F沿轨道方向拉杆，使之从静止开始做匀加速运动，测得力F与时间t的关系如图所示，求杆的质量m和加速度a是多少？
解析：导体杆做匀加速直线运动，速度V不断增大，导体杆上的感应电动势和回路中的感应电流也不断增大，导体杆所受安某某F=BIL也不断增大，设导体杆经时间t速度为V，则
V=at， ①
根据牛顿第二定律，得
F－BIL=ma， ②
则①、②式可得
F=ma＋， ③
则由F－t图象可知
=0.1N/s， ④
又由③式可得
=， ⑤
由④、⑤两式得
a=10m/s
又由图象可知t=0时，F=1N，代入③式得
m=0.1kg
2．动量定理结合牛顿运动定律
例2 如图4所示，两根平行金属导轨固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.05T匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨电阻不计，轨道间的距离为L=0.20m，两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在足够长的金属导轨上无摩擦的滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻均为R=0.5XXXXX，在t=0时某某，两杆都处于静止状态，现有一与导轨平行，大小为0.02N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动，经t=5.0s，金属杆甲的加速度a1=1.37m/s2，则（ ）
此时金属杆乙的加速度为0.63m/s2，最后两者的加速度都为1m/s2
此时金属杆甲、乙的速度分别为V甲=8.15m/s，V乙=1.85m/s
最终两者一起做匀加速运动，且甲、乙的速度之差恒为10m/s
若金属杆与轨道有摩擦，则两杆最终做匀速运动
解析：两杆运动过程中，随着金属杆甲的速度增大，回路中产生的感应电流增大，金属杆甲所受力方向向左的安某某也随之增大，金属杆甲做加速度减小的加速运动；金属杆乙做加速度增大的加速运动，最后两者做加速度相同的匀加速运动，对两杆组成的系统，从t=0到t=5.0s的过程中，由动量定理得
Ft=mV甲＋mV乙， ①
在t=5.0s时分别以金属杆甲、乙为研究对象，由牛顿第二定律分别得
F－F安=ma甲 ②
F安=ma乙 ③
又 F安= ④
由①—④式可得V甲=8.15m/s
V乙=1.85m/s
A乙=0.63m/s2
当两杆的加速度相同时，整体用牛顿第二定律，得
F=2ma ⑤
由⑤式可得 a=1m/s2，
此时对金属杆乙有
⑥
由⑥式可得，
故选项ABC正确
当金属杆与轨道有摩擦时，两杆最终的运动情况要视系统的摩擦力大小与拉力F的大小关系而定，故选项D错误．
３．能量守恒定律结合动量守恒定律
例3 质量为m的金属棒a在离地高h处从静止开始沿弧形轨道下滑，导轨的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分轨道上原来放有金属棒b，如图5所示，已知ma：mb=3：4，导轨足够长，磁场的范围足够大，不计摩擦，求：
（1）金属棒a、b最终速度分别是多少？
（2）整个过程中回路产生的热量是多少？
解析：（1）金属棒a从高h处下滑到水平轨道的过程中，由机械能守恒定律可得
magh=maVa2 ①
金属棒a进入磁场后，回路中产生感应电流，金属棒a、b都受到安某某作用，金属棒a做减速运动，金属棒b做加速运动，最终金属棒a、b以相同的速度做匀速直线运动，设相同速度为V，由动量守恒定律可得
maVa = (ma+mb)V ②
又 ma：mb = 3：4， ③
由①—③可得
V=
（2）由能量守恒定律可得，回路中产生的热量为
Q=magh－=
4．法拉第电磁感应定律结合欧姆定律
例4 如图6所示，圆环a、b的半径之比为2：1，两个圆环都是用相同材料同样粗细的导线构成，连接两圆环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么将圆环a、b分别置于某某中时（圆环与磁场方向垂直）连接两圆环的导线上A、B两点的电势差之比Ua：Ub=？
解析：设磁场的变化率为k，两个圆环的面积分别为Sa、Sb，电阻分别为ra、rb，因为Sa=4Sb，ra=2rb，
当环a位于某某中时，圆环a产生的电动势为
Ea =kSa， Ia=， U1=Iarb=
当圆环b位于某某中时，圆环b内产生的电动势为
Ea=kSb， Ib=， U2=IbXXXXX2rb=
所以 U1：U2=2：1
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