高中物理:判斷磁通量變化的常見錯誤

2021-03-01 高中物理

判斷迴路中磁通量是否發生變化,是判斷是否產生感應電動勢或感應電流的關鍵。而判斷磁通量是否變化,容易出現以下問題。

1.忽視磁通量的正負

例1.如圖1,通有恆定電流的直導線MN與閉合金屬框共面,第一次將金屬框由位置I平移到位置II,第二次將金屬框由位置I翻轉到位置II,設兩次通過金屬框截面的電量分別為,則( )

A.

B.

C.

D.

圖1

分析:磁通量是標量,但也有正負之分。此題若只注意磁通量的量值,而忽視其正、負的變化,將錯選B。

如圖2,設線圈的面積為S,勻強磁場的磁感應強度為B,規定由上向下穿過線圈的磁通量為正,則甲、乙兩種情況下的磁通量分別為。兩者雖然數值相同,但意義不同。

圖2

例1中,設線圈在位置I時,通過線圈的磁通量為正,且數值為,在位置II時通過線圈的磁通量數值為,如圖3所示。

圖3

由法拉第電磁感應定律知

第一次將金屬框由位置I平移到位置II,磁通量的變化量為

第二次將金屬框由位置I翻轉到位置II,磁通量的變化量為

第二次磁通量變化大,通過的電量多。選A。

2.錯選迴路

例2.閉合銅環與閉合金屬框相接觸,在勻強磁場中如圖4所示,當銅環向右移動時(金屬框不動),下列說法正確的是( )

A.閉合銅環內沒有感應電流,因為磁通量沒有變化。

B.金屬框內沒有感應電流,因為磁通量沒有變化。

C.金屬框ad邊有感應電流,方向從a流向d。

D.ebcfh迴路有感應電流,由楞次定律可判定電流方向為逆時針。

圖4

分析:此題易誤選A。如果只注意到在閉合銅環運動的過程中,閉合迴路egfh的磁通量沒有發生變化,將認為沒有感應電流產生。這裡不應忽視其它迴路的磁通量變化。

在銅環向右移動的過程中,雖然閉合迴路egfh的磁通量沒有變化,但與之相聯繫的迴路eadfg和迴路ebcfh的磁通量卻同時發生變化。因此,迴路中有感應電流產生。電流方向可以根據楞次定律進行判斷(迴路eadfg的磁通量在逐漸增加,將有逆時針方向的感應電流;迴路ebcfh的磁通量在逐漸減小,將有順時針方向的感應電流)。

圖5

此題也可以用等效法分析。將做切割磁感線運動的線圈egfh等效成兩條直導棒,如圖5甲所示,整個迴路即可等效如圖乙所示的電路,電流情況一目了然。

3.觀察角度選取不當

研究磁場,選取的觀察角度不同,研究效果也有所差異。

例3.如圖6,在一通電直導線附近有一閉合線框abcd,線框與通電導線共面,現將閉合線框abcd垂直紙面向裡平移,試分析線框的感應電流情況。

圖6

分析:一般審完題,同學們會作出如圖7的示意圖。對於圖7,往往會使人誤認為線框中的磁通量沒有發生變化,從而得出線框中無感應電流的結論。

圖7

其實圖7並不能展現出通電直導線在垂直紙面向裡方向上的磁場的變化。

變換觀察角度,從上向下觀察,如圖8所示。很容易看出穿過線框的磁通量逐漸減少,由楞次定律不難判斷,線框中的感應電流沿順時針方向,即abcda。

圖8

綜上所述,要把握好迴路中是否有磁通量變化,應注意三點:

(1)準確地選取所要研究的迴路。

(2)恰當地選擇觀察角度,分析引起磁通量變化的因素的變化情況。

(3)準確地判斷出磁通量的變化情況,不僅要注意它的數值變化,還要注意其正負。

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