电磁感应能量转换中易错概念辨析，本文主要内容关键词为：电磁感应论文,能量论文,概念论文,中易错论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
法拉第电磁感应定律揭示了变化磁场产生感应电动势和感应电流的规律。然而在电磁感应现象中，能量转换关系同样是严格地遵循着自身的规律的。即需要搞清楚电磁感应产生的电能是由其他什么形式的能量转化而来的，这些电能又转化成了什么形式的能。但笔者在教学过程中发现，学生往往没有建立磁场能的概念，而且对外力克服安培力做功理解得不够透彻，从而造成题目的错解。以下通过几个具体例子来指出一些学生易错之处，以及如何有针对性地在教学上加以改进的措施。
例1 如图1所示，足够长的两光滑导轨水平放置，两条导轨相距为d，左端MN用阻值不计的导线相连，金属棒ab可在导轨上滑动，导轨单位长度的电阻为
，金属棒ab的电阻不计。整个装置处于竖直向下的均匀磁场中，磁感强度随时间均匀增大，B=kt，其中k为常数。金属棒ab在水平外力的作用下，以速度v沿导轨向右做匀速运动，t=0时，金属棒ab与MN相距非常近。
图1
错误分析：以上(1)的解答是正确的，根据法拉第电磁感应定律算出感应电流，再根据安培力公式算出水平外力F。但(2)的解答是错的。错误的原因是误认为闭合回路所消耗的能量全部来自于外力所做的功，而忽视了磁场能的存在。从功和能的观点看很容易认为，外力克服安培力做多少功，就有多少电能产生，而实际上磁场的变化也对闭合回路提供了能量。但学生没学过如何计算磁场变化提供的能量，因此正确解法是根据已经算出的电路总电流I，来计算闭合回路消耗的总功率。
正确解答：
可见外力做功的功率只占了回路消耗的功率的一半，另一半则是由磁场变化提供的。学生忽视了磁场变化对能量的影响，就会得到错误的结果。
例2 磁悬浮列车的原理如图2所示，在水平面上，两根平行直导轨间有竖直方向且等距离的匀强磁场
，导轨上有金属框abcd。当匀强磁场同时以速度v沿直导轨向右运动时，金属框也会沿直导轨运动。设直导轨间距为L=0.4m，
，磁场运动的速度为v=5m/s，金属框的电阻R=2Ω，试求：
(1)当金属框始终受到f=1N的阻力时，金属框最大速度是多少？
(2)当金属框始终受到f=1N的阻力时，要使金属框维持最大速度，每秒钟需要消耗多少能量？这些能量是什么提供的？
图2
错解：(1)当金属框始终受到1N阻力时，有
所以金属框的最大速度为
(2)消耗能量由两部分组成，一是转化为金属框abcd中的热能，二是克服阻力做功，所以消耗功率：
错误分析：第(1)问中感应电动势E=BLv′中速度不是对地速度，而是相对磁场的速度，即切割磁感应的速度，是相对速度。第(2)问中安培力每秒的功
对线框做的是正功，而外力克服安培力做多少功才能产生电能，所以必须找出安培力做多少负功，实际安培力对磁场做负功
而这道题中的能量恰是同学往往忽略的磁场能转化的，另外此处的求感应电动势公式中的速度一定是相对速度，这也是学生易错之处。
正确解答：
注意了以上两点再做例3也就没问题了。
例3 如图3所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感强度大小为B。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度
匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。求：导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大？
图3
可见单位时间内导体棒克服阻力做的功和电路中消耗的电功率两者是不相等的。
此题易错之处还是以上两点：①E=BLv中速度不是对地速度，而是相对磁场的速度；②电路中消耗的电功率应是克服安培力所做的负功。
可见在电磁感应的教学中，教师应该充分利用这些习题，挖掘和揭示错误本质，发挥习题功能，提高学生应变能力。其中对E=BLv公式中的速度理解一定要到位，不能乱套公式停留在公式表面。同时对克服安培力做功的理解要透彻，什么能转化为电能，要分析清楚，千万别忘了磁场能的存在，否则就会漏洞百出了。