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电磁感应力电综合题跨度大,综合性强,高考频率高,学生感觉难.如何有效解决这类问题?个人体会是:先电后力,程序处理;源、路、力、能,四步分析.
一、四分析——“源、路、力、能”
1.“源”分析
首先,明确产生感应电动势和反电动势的导体,求出其参数.
因非静电力来源不同,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两类.动生电动势是由于导体作切割磁感线运动时,导体中自由电荷受到洛伦兹力,其沿导体的杆向分力驱动电荷定向移动作为非静电力,故电动势产生于切割磁感线的部分导体.
感生电动势是区域磁场随时间变化产生涡旋电场,其涡旋电场力驱动导体中自由电荷定向移动作为非静电力,故电动势分布于沿涡旋电场分量方向的导体上.
3.“力”分析
再次,从动力学角度,选取力学研究对象(常是金属杆、导体线圈等),以安培力为桥梁,进行“三分析”——分析受力,分析运动及其变化情况,分析特定的状态及其条件,列出动力学方程.
其中,通常涉及最终进入的一个稳定状态,称为收尾状态.这个稳定状态,有一定的特征,是隐含条件藏匿处.寻找方法是“三角度”——从电路角度看,回路电流或者恒定,或者为零;从运动学角度看,导体运动状态或是加速度为零(匀速或静止),或是加速度恒定(匀加速运动);从磁通角度看,穿过回路的磁通量变化率或者恒定
一定要具体问题具体分析,防止记题套题的定势思维.
4.“能”分析
最后,从能的角度看,电磁感应过程也是能的转化与流动的利用过程.“阻碍”“变化”反映了力学对象的机械能与电路中电能间转化的内在联系.寻求电磁感应过程的“转化与流动”的守恒关系,为解决其力电综合问题提供了又一条通道.
二、析典错——感悟要领
不仔细审题就贸然下笔,使得部分学生电路判错全盘皆失.主要问题有:没有弄清金属棒在进入磁场前后电路结构变化,认为金属棒始终是“电源”,认为电阻与灯泡一直并联,导致回路电阻计算及后续计算的错误;其次,还有部分学生不能根据题设“金属棒ab从初始位置运动到EF的过程中,小灯泡的亮度始终没有发生变化”挖掘隐含条件,不会结合图2乙准确获取相关信息,认为金属棒始终受到安培力作用,给(2)(3)两问的计算造成障碍.
这里,先应明确感生电源,求出其电动势.题设“金属棒ab从初始位置运动到EF的过程中,小灯泡的亮度始终没有发生变化”表明:灯泡电流大小不变.前4 s内, CDFE区域磁感强度随时间均匀变化,激发涡旋电场,回路中产生的感生电动势E1=ΔBΔt·S,S是回路内磁场区域面积,故E1恒定且分布在回路各部分.若金属棒进入到磁场区切割磁感线也会产生电动势,灯泡电流就会变化,这与题设不符,故题目隐含了金属棒没有进入磁场.4 s后,磁场不变,回路中感生电动势消失,只有金属棒进入到匀强磁场区且做速度为某值的匀速运动,产生恒定电动势E2=Bdv,才可能使灯泡获得恒定电流,故金属棒变为电源.
其次,弄清电路结构,画出等效电路.前4 s内,金属棒r与电阻R并联后再与灯泡RL串联组成回路,电动势分布在整个回路上,
[湖北省武汉市黄陂区第一中学 (430300)]
一、四分析——“源、路、力、能”
1.“源”分析
首先,明确产生感应电动势和反电动势的导体,求出其参数.
因非静电力来源不同,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两类.动生电动势是由于导体作切割磁感线运动时,导体中自由电荷受到洛伦兹力,其沿导体的杆向分力驱动电荷定向移动作为非静电力,故电动势产生于切割磁感线的部分导体.
感生电动势是区域磁场随时间变化产生涡旋电场,其涡旋电场力驱动导体中自由电荷定向移动作为非静电力,故电动势分布于沿涡旋电场分量方向的导体上.
3.“力”分析
再次,从动力学角度,选取力学研究对象(常是金属杆、导体线圈等),以安培力为桥梁,进行“三分析”——分析受力,分析运动及其变化情况,分析特定的状态及其条件,列出动力学方程.
其中,通常涉及最终进入的一个稳定状态,称为收尾状态.这个稳定状态,有一定的特征,是隐含条件藏匿处.寻找方法是“三角度”——从电路角度看,回路电流或者恒定,或者为零;从运动学角度看,导体运动状态或是加速度为零(匀速或静止),或是加速度恒定(匀加速运动);从磁通角度看,穿过回路的磁通量变化率或者恒定
一定要具体问题具体分析,防止记题套题的定势思维.
4.“能”分析
最后,从能的角度看,电磁感应过程也是能的转化与流动的利用过程.“阻碍”“变化”反映了力学对象的机械能与电路中电能间转化的内在联系.寻求电磁感应过程的“转化与流动”的守恒关系,为解决其力电综合问题提供了又一条通道.
二、析典错——感悟要领
不仔细审题就贸然下笔,使得部分学生电路判错全盘皆失.主要问题有:没有弄清金属棒在进入磁场前后电路结构变化,认为金属棒始终是“电源”,认为电阻与灯泡一直并联,导致回路电阻计算及后续计算的错误;其次,还有部分学生不能根据题设“金属棒ab从初始位置运动到EF的过程中,小灯泡的亮度始终没有发生变化”挖掘隐含条件,不会结合图2乙准确获取相关信息,认为金属棒始终受到安培力作用,给(2)(3)两问的计算造成障碍.
这里,先应明确感生电源,求出其电动势.题设“金属棒ab从初始位置运动到EF的过程中,小灯泡的亮度始终没有发生变化”表明:灯泡电流大小不变.前4 s内, CDFE区域磁感强度随时间均匀变化,激发涡旋电场,回路中产生的感生电动势E1=ΔBΔt·S,S是回路内磁场区域面积,故E1恒定且分布在回路各部分.若金属棒进入到磁场区切割磁感线也会产生电动势,灯泡电流就会变化,这与题设不符,故题目隐含了金属棒没有进入磁场.4 s后,磁场不变,回路中感生电动势消失,只有金属棒进入到匀强磁场区且做速度为某值的匀速运动,产生恒定电动势E2=Bdv,才可能使灯泡获得恒定电流,故金属棒变为电源.
其次,弄清电路结构,画出等效电路.前4 s内,金属棒r与电阻R并联后再与灯泡RL串联组成回路,电动势分布在整个回路上,
[湖北省武汉市黄陂区第一中学 (430300)]