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高考物理中电磁感应的能量转换浅析
2014.03.19 14:33

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从能的转化与守恒定律可知,能量不会平白无故产生,也不会消失。物理学电磁感应的过程也伴随着能量的转化与转移。

电磁感应过程中产生感应电动势,由于回路闭合,必然产生感应电流。在磁场中,有电流的存在,切割杆件必定受到安培力的作用。根据楞次定律来分析,安培力必然是阻碍磁通量的变化,也就是阻碍运动趋势。因此,要维持感应电流的存在(也就是说维持感应电动势的存在),必须有“外力”来克服安培力做功。我们下面来分析能量的过程。

此过程中,由电动势产生电能,由于封闭回路内有电阻,电能随后转化为热能。要维持能量的转化,必然有其他形式的能量转化为电能。“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。前面的外力挂上了引号,因为还有可能是导体棒原有动能(惯性)向电能转化的过程。

从本质上来看,安培力做功的过程,其实就是电能转化为其它形式能的过程。也就是说,在某一段时间内由电磁感应下的安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能(一般来说是电热)。

从命题的角度来看,电磁感应问题往往跟力学问题交叉在一起。解决这类问题需要综合应用法拉第电磁感应定律楞次定律,及力学中的有关规律,具体而言,包括牛顿力学、动量守恒定律、动量定理、动能定理、能量守恒定律等等。另外,在做题的时候,大家还要注意图像的分析。因为十道电磁感应的题目有九道半都有图像。在分析电磁感应中的图象问题时,首先要看坐标轴表示什么物理量;看具体的图线,它反映了物理量的具体变化情况,要看图象在坐标轴上的斜率与截距,它反映的是一个物理量的变化情况以及坐标为零时另一物理量的意义。在分析这类问题时除了运用左、右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律外还要注意相关数学知识、几何知识的运用。

从解题套路角度来分析,一般的过程是这样的:用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向;画出等效电路,求出回路中电阻消耗电功率表达式;分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得到机械功率的改变所满足的方程。

本文作者:王尚。原创首发于2012年05月18日。


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