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1、例说电磁学中三条规律的应用Vl01.2lNo.20822.200B.26.物理教学探讨Te 她第 2l 卷总第 208 期2O03 年第期例说电磁学中三条规律的应用安徽省利辛第一中学(236700)马宗彦高中物理教材的电磁学部分有三条相辅相成的并列式规律,即串反并同 ,增反减同,此消彼长. 它们对于电磁学问题的定性分析有很大的实用性,现通过举例说明其应用方法.1 闭合电路中的串反并同 规律(1)规律的理解:在闭合电路中当某一变阻器 R 发生变化时,与变阻器 R 构成串联回路的各电阻的电流,两端电压及消耗功率 P 的变化情况均与 R 的变化情况相反,而与变阻器 R构成并联方式的电阻的两端电压,电
2、流及功率的变化情况均与 R 变化情况相同.例如图 1 所示电路中.电源电动势和内阻一定,三只灯泡均正常发光,当滑片 P 向右滑动时,变阻器 R 的有图 1效阻值将增大,则与 R 构成串联回路的灯 L.,将变暗(此时 U,P,),即 串反.而与 R 组成并联方式的灯将变亮(此时十,十 P 十),.即 并同 .(2)正向的应用:即由电路中某电阻的变化和电路的组成方式来推断其他电阻的电压,电流,功率的变化情况.例如图 2 所示电路中 A,C,D 四只灯泡相同.当滑片向下滑动时,下列说法正确的是()A,A 灯变亮;B,灯变亮 ;C,c 灯变亮:D,D 灯变亮.图 2解析当 P 向下滑时 R,由串反知:
3、十 PD 十由并同知:,Pc,.故,D 项正确.例如图 3 所示电路中灯泡 A,原先都是正常发光的.现在突然灯 A 比原先暗些,灯比原先亮些,则电路中出现的故障可能是()A,R2 断路;B,R3 断路;C,RI 短路 ;D,RI,R2 同时短路.解析由题给条件知:,十.若 R短路即 R.,由串反可知应有十,十,因此排除 C 与 D.若出图 3现断路即 R 十,由串反并同 逆向思维知则断路电阻必与A 串, 与并.故选 A.2 电磁感应中的增反减同 规律(1)规律的理解:发生电磁感应现象时原磁通场与感应磁通场的变化关系是增反减同,即引起电磁感应的原磁通增加时.产生的感应磁通与其方向相反;原磁通减少
4、时,感应磁通与其方向相同.例如图 4 所示,口,b为两个同心圆形金属线圈,口中有逆时针方向的变化电流1.当 1 增大时.b 内的磁通增大,则 b 中产生的感应电流图 4的磁场将与原来 b 中的磁场反向即 b 中产生顺时针方向电流即增反; 当口中电流减小时,b内磁通减小,b 中产生的感应电流的磁场与原来b 中磁场同向即产生逆时针方向感应电流即减同.(2)正向的应用:即由原磁通的变化来推断感应电流的方向.例如图 5 所示,AOC 是光滑的直角金属导轨,AO 沿竖直方向,OC 沿水平方向.口 6 是一根金属直棒,如图立在导轨上,它从静止开始在第 2l 卷总第 208 期2003 年第期物理教学探讨
5、Vo1.21NO.208Journalal1h.曜 22.2003.27.重力作用下运动,运动过程中 b 端始终在 OC上,a 端始终在 AO 上,直到口 6 完全落到 OC 上,整个装置放在一匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,则口 6 棒在运动过程中()A,感应电流方向始终是 b 一口;B,感应电流方向先是 ba 后为 ab;C,所受磁场力方向如图中箭头所示;D,所受磁场力方向先是图中箭头所示方向,后变为反方向.解析直棒 a6 下落过程中棒与 AOC 组成的回路的面积 s 是先增大后减小,而磁场不变,因此回路中磁通是先增大后减小,由增反减同 知感应电流的磁场方向在回路中是先向外后向里即电流方
6、向是先 ba 后 ab,即对A 错.再由左手定则可知 c,D 均错,故选.(3)逆向的应用:即由感应电流或电动势的情况推断引起感应的磁场变化情况.例在一根软铁芯绕有如图 6 所示的线圈,其中 a,c 是线圈的两端,b 是该线圈的中心?臼XX 目 XBx.H.-bXXNXX抽头,将口,b 分别接在.图 6一对平行金属导轨上,在系统上横置一金属棒MN,导轨处在如图所示方向的匀强磁场中,当MN 棒沿平行导轨滑动时,a,b,c 之中任意两点间都有电势差出现,若要 a 点和 c 点电势都高于b 点电势,删杆的运动应是()A,向右加速运动;B,向右减速运动;C,向左加速运动;D,向左减速运动.解析由口点电
7、势高于 b 点电势及右手定则知 MN 在向右运动.b,c 间电势差是由于 MN的变速运动产生变化电流而引起,由 c 点电势高于 b 点电势可推知线圈 6c 部分的感应磁通与口 6 部分的原磁通同向,由减同 知 MN 产生的感应电流在减弱,即 MN 做减速运动,故选.3 正弦交流电中的此消彼长 规律(1)规律的理解:矩形线圈在匀强磁场内绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈内磁通量按正弦规律变化,同时产生正弦交变电流,其电动势 e(或电流,)与磁通量的变化关系是此消彼长, 且当一个最大时,另一个必为零.例如图 7 所示为一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的感应电动势 e 随时间变化的关系图象.在
8、 tl,3 时elI/I/刻 e 最大时,为零 ;而 2,t4 时刻 e 为零时,最大.在 to 一l,t2 一 t3 时间内 e 在增大而在减小;在 l 一 2,3 一 t4 时间内 e 在减小而在增大.即此消彼长 .(2)规律的应用例如图 8 所示两个相同的,共轴的,靠近的环形线圈 A 和,当 A 中通有图示的正弦交变电流时,下列说法正确的是()OOABI/1,I?I/A,在 tl 时刻两线圈间的作用力为零;B,在 2 时刻两线圈间吸引力最大;C,在 0l 到 l2 时间内两线圈相吸引;D,在 tl 到 2 时间内两线圈相排斥.解析此题为此消彼长 与 增反减同两规律的综合应用.tl 时 A 中电流最大即中最大此时口中感应电流为零故 A,间作用力为零.所以 A 正确.t2 时因线圈 A 中电流为零故AB 间无作用力即错误.tl 到 2 时间内 A 中电流减小,引起内磁通量减小,由此消彼长 知中产生逐渐增大的电流,由减同 知中电流与 A 中电流同向(因口,)故 AB 相吸,即 C正确.t2 到 3 时间内因 A 中电流增大,内磁通量增大,由增反 知中产生逐渐减小的电流且与 A 中电流反向,故船相排斥,即 D 正确,综上所述:A,C,D 正确.
