解析电磁感应中电势高低的判定方法

解析电磁感应中电势高低的判定方法

发表时间：2018-09-04T14:37:58.557Z 来源：《中小学教育》2018年第330期作者：冯一烜

[导读] 本文结合相关的例题探究电磁感应中电势高低的判断方法，有利于教学的开展，帮助学生学习。

广西来宾市金秀县民族高中545799

摘要：高中物理教学的过程中，电磁感应是重要的章节内容。电磁感应知识内容学习的过程中，电势高低的判断是学习的重点和难点，对于学生的课堂知识学习和考试解题有着直接的影响。因此，在高中物理教学的过程中，结合电磁感应现象，根据产生电势能的导体作为电源，对于电路中电势的高低进行判断，促使复杂的问题更加简单，提高电势高低判断的效率。本文结合相关的例题探究电磁感应中电势高低的判断方法，有利于教学的开展，帮助学生学习。

关键词：高中物理电磁感应电势高低判定方法

高中物理教学的过程中，电势是一个非常抽象的概念，在高中电学学习的过程中有着重要的作用。电磁感应中电势的高低问题具有较大的难度，学生在学习的过程中不易掌握，难以做出正确的高低判断，导致学生学习效率较低，解题中出现错误，解题效率较低。因此，为了提高课堂教学效率，提高学生解题能力，应当采取有效的课堂教学方式，传授学生电势高低的判断方式，提高课堂教学水平，培养学生解题能力和解题效率。

一、切割磁感线运动中，采取电源观点判定电势高低

例题：如图1所示，固定在水平面上的金属框cdef，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab放置在框架上，可进行无摩擦滑动。此时abed构成一个边长为L的正方形，棒的电阻为r，其余电阻忽略不计。开始时的磁感应强度是B。

1.若t=0时起，磁感应强度均匀增加，每秒增加的量是k，同时保持棒的静止，求解，棒中的感应电流I。

2.在上述的情况中，棒始终保持静止。t=t1时，需要加垂直于棒的水平外力F是多少？

3.若t=0时起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右匀速运动，可以使棒中不产生感应电流，那么磁感应强度怎样随着时间变化？

解析：1.根据法拉第电磁感应定律，回路中产生的感应电动势应当为E= =KL2，所以回路中的感应电流是I= = ，方向是逆时针方向。

2.当t=t1时，B=B0+kt1，金属棒受到的外力是F=BIL=（B+kt）·L，其方向是向右。

3.想要棒中不产生感应电流，则需要通过闭合回路的磁通量不变，故△φ=0，所以B0L2=BL（L+vt），经过相应的计算得出B＝。

总结：在解题的过程中，注意切割感应线的情况以及长度，根据相应的公式求解出的一般是△t时间内的平均感应电势，当△t=0时，求解瞬时感应电势。根据E=BLvsinθ的公式，使用平均量带入，可以求解平均感应电势，带入瞬时量，求解瞬时感应电势。如果B、L、v三个当中任意两种量平行，都不会出现切割感应线，感应电势为0。

二、借助磁通量的变化，求解闭合电力两点电压

例题：如图2所示，R1=R2=R3=R4=10Ω，E=12V，内阻忽略不仅。ab是一根裸导线，两端套在两根延伸在匀强磁场的裸导线上。磁场的感应强度B=0.5T，ab的长度L=0.5m，电阻不计，可以自由滑动。

1.当S断开的情况下，求解电流表和电压表的示数。

2.当S闭合的瞬间，ab被卡住不动，求解电流表和电压表的示数，以及ab所受到的磁场力。

3.当ab自由滑动之后，它的运动方式是怎样的？电流表和电压表的示数发生怎样的变化？做出定性说明。

4.当电压表示数逐渐接近12v时，电流表的示数将会怎样？ab的速度最后趋向多大？

5.限制ab的速度在16m/s，求解电压表和电流表的示数。

解析：当S断开时，电路为断路，S闭合时，将会有电流从ab流过，如果ab被卡住，则不会产生感应电动势；若ab自由运动，会产生相应的感应电动势，并且和原电路电源的电动势方向相反。由于ab的运动导致电路参数发生变化，反过来使得ab的运动受到影响，最终将会出现稳定的状态。

解答：1.电压表的示数是12v，电流表的示数为0。

2.电流表的示数是0.3A，电压表的示数是6v，受到的磁场力是0.075N。

3.ab受到享有的安培力作用，从静止开始加速运动，产生反电势能，逐渐地减小，电流减小，安培力减小，最后为0，ab将会匀速运动，电流表的示数减小，电压表的示数增加。

4.电压表的示数接近12v时，电流表的示数趋近于0，ab的感应电动势为12v，根据相应的公式计算得出ab的速度是48m/s。

5.ab以16m/s的速度匀速运动时，电压表的示数是12v，电流表的示数8v。

三、借助磁通量不变，求解闭合电路中两点电压

例题：如图3所示，一个宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一个边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v=20cm/s通过磁场区域。在运动的过程中，线框有一边始终和磁场区域的边界平行，取它刚进入磁场的时刻t=0，下面图线（图4）中，正确反映感应电流随着时间变化规律的是。

解析：在对线框中产生的感应电流随着时间的变化规律进行分析的过程中，应当对其整个过程按照题目中的意思分成几个不同的过程，之后对其进行逐个的分析和研究，分析其过程中的情况，导线在匀强磁场中垂直切割磁感线时产生的感应电势可以使用公式直接计算。

通过分析，线框由左向右进行磁场的过程中，切割磁感线的便和其他的边形成一个电路，根据公式计算线框进入到磁场的时间，计算相应的电流，其方向是规定中的方向；当全部进入到磁场时，进行运动时间的计算，电流为0，当线框开始走出磁场时，根据公式计算时间，并且计算电流，此时的方向则是反方向。根据计算的结果得出相应的图像，所以其正确的答案是C。

四、结束语

电磁感应作为高中物理教学中的重要内容，电势知识内容具有抽象性的特点，学生在学习和解题的过程中存在一定的困难，特别是电磁感应中电势高低的判断。因此，在实际教学的过程中，教师应当注重学生判断方式的培养，调动学生的积极性和主动性，培养学生的解题能力，掌握正确的判定方式。在实际判定的过程中，可以将产生电动势的导体作为电流，其余部分作为外电路，构成相应的等效电路，判断电势的高低。此种方式是一种有效的判定方式，应当确保学生能够掌握和灵活使用。参考文献

[1]张逸飞电磁感应中电势高低的判定方法[J].数理化解题研究，2016，（31），77。

[2]敖敦胡电磁感应中电势高低的判定方法[J].科技创新导报，2015，（18），250。