電磁感應現(xiàn)象中原因與結果相互影響過程分析

發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的條件是：磁通量發(fā)生變化（或者閉合導線切割磁力線）。

電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生的各類問題中，其本質的因果關系是：

磁通量發(fā)生變化（可能是閉合導線切割磁力線）△Φ，

（法拉第電磁感應定律，右手定則，）

→產(chǎn)生感應電動勢ε

（歐姆定律）

→導線閉合產(chǎn)生感應電流I，

（楞次定律）

→導線中有感應電流I，在磁場中受到磁場力的作用F，

（左手定則）

→出現(xiàn)的現(xiàn)象可能是：

①感應電流與原磁場發(fā)生相互作用；

②感應電流受到磁場力以后，會發(fā)生各種運動。

（牛頓運動定律）

→由①和②出現(xiàn)的現(xiàn)象，對產(chǎn)生電磁感現(xiàn)象的原因有反作用，影響初始原因。

由此可見，電磁感應現(xiàn)象應該是高中物理中最復雜的物理現(xiàn)象之一，涉及到電磁感應現(xiàn)象、電路的知識、運動學的規(guī)律、牛頓運動定律等等，要求較高判斷能力和分析綜合能力。

例：如圖所示，abcd是一邊長為L、質量M的剛性正方形導線框，位于水平面內，bc邊中串接有電阻R，導線的電阻不計，虛線表示一勻強磁場區(qū)域的邊界，它與線框的ab邊平行，磁場區(qū)域的寬度為2L，磁感應強度為B，方向豎直向下．線框在垂直于ab邊的水平恒定拉力F作用下，沿光滑水平面運動，直到通過磁場區(qū)域。已知ab邊剛進入磁場時,線框便做勻速運動,此時通過電阻R的電流大小為i。,

試在下圖的i-x坐標上定性畫出：從導線框剛進入磁場到完全離開磁場的過程中，流過電阻R的電流i 隨ab邊的位置坐標x變化的曲線（設電流逆時針方向為正方向）．

錯解1、

磁場寬度2L，正方形金屬框邊長L

金屬框以v勻速穿過磁場區(qū)

金屬框從ab邊進入磁場，直到cd邊出磁場的時間為

t=（L+2L）/v=3L/V

（1）位移X在0-L線圈進磁場,

ab 邊切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢，

線圈中有感應電流，方向adcba

i。=U/R=BLV/R

ab是電源，

a點的電勢高于b點的電勢

（2）位移X在L-2L 線圈完全進入磁場中，

ab和cd同時產(chǎn)生感應電動勢，方向相反，

線圈中感應電流為0，

ab和cd都是電源。

（3）位移X在2L-3L, 線圈出磁場，

cd產(chǎn)生感應電動勢,

線圈中有感應電流，方向cdabc

i=U/R=BLV/R

cd是電源，

d點的電勢高于c點的電勢

∴流過電阻R的電流i 隨ab邊的位置坐標x變化的曲線如下圖

錯解2、

磁場寬度2L，正方形金屬框連長L

金屬框以v勻速進入磁場區(qū)

金屬框從ab邊進入磁場，直到cd邊出磁場

（1）位移X在0-L線圈進磁場,

ab 邊切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢，

線圈中有感應電流，方向adcba

i。=U/R=BLV/R

ab是電源，

a點的電勢高于b點的電勢

ab受磁場力f=Bi。L

大小相等，方向與F相反

線框做以速度V勻速運動

（2）位移X在L-2L 線圈完全進入磁場中，

ab和cd同時產(chǎn)生感應電動勢，方向相反，

線圈中感應電流為0，

ab和cd都是電源，

線框不受磁場力作用

但仍然受到水平恒定拉力F作用

線框做勻加速運動，初速度為V，末速度為V?.

V?＞V

（3）位移X在2L-3L, 線圈出磁場，

cd產(chǎn)生感應電動勢,

線圈中有感應電流，方向cdabc

i=U/R=BLV?/R

i＞i。

cd是電源，

d點的電勢高于c點的電

cd受磁場力f=BiL＞F

方向與F相反，

線框在f和F的作用下做減速運動，

由V?開始逐漸減小到V?時

線框出磁場，

此時電流為i=U/R=BLV ?/R

∴流過電阻R的電流i 隨ab邊的位置坐標x變化的曲線如下圖

正解：

（1）進入磁場時，位移X在0-L

線圈中有感應電流，方向cdabc

作勻速運動，安培力f =F

i=i。

i。=U/R=BLV/R；

（2）全部進入時，位移X在L-2L

磁通量不變，無感應電流，

線框只受恒力F的作用，

線框作勻加速運動,

速度由V加速V ?

i=0；

（3）位移X在2L-3L,

ab邊剛出磁場時的速度V?大于進磁場時的速度V，

i=U/R=BLV?/R

i＞i。 方向cdabc；

∴拉力F＜f，

線框作減速運動（加速度越來越小減速運動）；

線框全部出磁場時，

位移x=3l，速度為V ?，

V ?≥V

∴ f≥F， i≥i。；

因此，位移x在2L-3 L中有以下三種可能：

①線框在cd未出磁場時,速度已經(jīng)減為V ?＝V

線框做速度為V的勻速運動出磁場

電流由i減為i。，然后保持i。不變；

②線框在cd邊剛出磁場時,速度減為V ?＝V

電流由i減為i。；

③線框在cd邊剛出磁場時速度仍然有V ?＞V

仍然電流i大于i。

∴通過R的電流i隨ab邊位置坐標x變化的曲線如圖所示

錯解1的問題在于，將正方形線框通過磁場的過程，認為一直是個勻速運動的過程，忽略了，“水平恒定拉力F作用下”的條件，實際線框在磁場中有的加速運動和減速運動。

錯解2問題在于，線框在磁場中減速運動的收尾速度，不是只有速度V一種情況。

正確的解法，要對整個過程全面分析，分析過程涉及到電磁感應現(xiàn)象、電流電路、運動學知識和牛頓運動定律，尤其是要對最后的減速運動做多種情況的考慮，才能得出正確的結論。