电磁感应中含容电路的分析

电磁感应中含容电路的分析

李妍

湖南省邵阳市第四中学，湖南省邵阳市 422000

摘要：电磁感应高中物理教学中非常重要的一项内容，其涉及了多个难题，分析研究电磁感应中的具体问题，帮助学生理清知识点，并找出解决问题的具体思路以及相应技巧，这对于问题分析与判断的实际效率和质量提升意义显著。就现阶段的电磁感应教学分析来看，含容电路分析是一个难点，所以为了让学生掌握该知识点，需要对含容电路问题进行具体的分析与讨论。文章就电磁感应中的含容电路做具体分析，旨在为教学实践提供指导与帮助。

关键词：电磁感应；含容电路；措施

对目前的高中物理教学做分析可知电学是非常重要的一项内容，更是物理考核中的“常客”，因此在教学实践中，老师和学生对这部分内容均比较关注^[1]。在电学这一模块的具体学习中，电磁感应是重中之重，总结考核中遇到的相关题目会发现在电磁感应考察的时候往往会加入电容问题，这实现了电磁感应、电路规律以及电容的认知的综合，所以学生在问题理解的过程中会有明显的无措感。要解决这类题目，把握电容器本身的特点进行两端电压的寻找，这是问题解决的突破口。结合实践分析总结电磁感应中含容电路问题的具体解析，这能够为学生的学习提供帮助与指导。

1. 电磁感应中电容器的带电问题

对电磁感应中的含容电路问题进行总结会发现电容器带电问题在电磁感应类题目中非常的常见^[2]。对此类型的题目解决方法进行具体的分析，让学生明白题目解决的思路和技巧，这对于训练学生解题能力有显著价值。

例1：如图甲所示，呈现水平状态的平行金属导轨和一个平行板电容器C和电阻R成连接状态。导向MN在导轨上放置，且拥有比较好的接触状态。将整个装置在垂直于导轨平面的磁场中进行方式，磁感应B的变化强度如图乙所示。将MN把持静止状态，且忽略电容器C的充电时间，那么在O——t₂的时间内（ ）

1. 电容器C所携带的电荷量不发生变化

2. 电容器C的a板会呈现先带正电，后带负电的情况

3. MN所受的安培力大小不发生变化

4. MN所受到的安培力方向会呈现先向右后向左的情况

解析：磁感应强度在均匀变化的过程中会产生恒定电动势，所以电容器C所携带的电荷量大小不会发生变化，基于此，A选项是正确的。既然A正确，那么B自然是错误的。再者，在磁感应强度发生变化的情况下，MN所受到的安培力也是会明显变化的，因此C答案是不正确的。对MN所受的安培力进行分析，其方向先向右后向左，所以正确的答案是：A和D。

2. 电磁感应现象电容器的充放电问题

在电磁感应问题中，糅合电容器充放电内容的问题也是比较常见的，掌握此类问题的解题规律和方法，这对于学生来讲是非常重要的。以下是基于例题的问题解决方法详细分析^[3]。

例2：如下图所示，将长度为L的金属导线弯成一个圆环，并且将导线的两端和平行板电容器进行连接，电容器的电容为C。P和Q是电容器的两个极板，其磁场的方向和环面垂直且向里，磁感应强度以B=B0+K_t（K＞0）随时间变化。当t=0的时候，P和Q两板的电势相等，两板之间的距离远远的效用环的半径，经时间t电容器的P板（ ）。

A不带电 B所携带电荷量与t为正比关系

C带正电，电荷量是 D带负电，电荷量是

解析：题目中明确告知磁感应强度以B=B0+K_t（K＞0）随时间在进行变化，所以基于法拉第电磁感应定律^[4]能够得出E= =S =KS，而S= ，经时间t电容器P板所带的电荷量Q=EC= ，结合楞次定律可知电容器P板所带的是负电，所以四个答案中D选项是正确的。

3. 电磁感应中电容器的供电问题

在电磁感应含容问题中，电容器供电问题也比较的常见，以下是对此类问题的具体解题分析。

例3：如下图所示，在水平面内有一平行的金属导轨，导轨呈光滑状态，所以电阻忽略不计。匀强磁场和导轨的平面呈垂直状态。经阻值为R的导体棒垂直于导轨并做静止放置，且其与导轨接触良好，t=0的时候，将开关S由1的位置转变为2的位置，q、i、v和a分别表示的是电容器所带的电荷量。棒中的电流以及棒的速度和加速度，那么以下四个图像中哪个是正确的？

解析：当开关S由1的位置变到2的位置时，电容器开始进入放电状态，此时的电流最大，所以棒受到的安培力是最大的，所以其加速度也呈现最大状态。此后棒开始运动，并且产生了感应电动势。这个时候，棒相当于是电源，因此利用右手定则可以将棒的正负极进行判断，即上端为正极，下端是负极，其与电容器的极性是相同的^[5]。当棒运动一段时间后，电路当中的电路会逐渐的减小。当电容器的极板电压和棒两端的电动势呈现相等状态的时候，电容器便不会在放电，所以电路当中的电流会呈现0状态，此时的棒会做匀速运动，加速度也会减为0.基于具体的分析，C图像和B图像是明显错误的，D图像正确。又因为电容器两极板之间存在着电压，因此q=CU，即不为0，所以A图像也是错误的。

结束语：

综上所述，在电学这部分内容的具体学习中，电磁感应本来就是比较难学的内容，学生理解和掌握比较的困难。在加入电容问题之后，这部分的内容复杂性会显著升级，难度更是显著上升，所以很多学生在面对电磁感应含容电路问题的时候会感觉到无措。其实不管是什么类型的题目，其都有解题思路和技巧，掌握了思路和技巧，问题处理会更加简单。文章阐述了电磁感应中比较常见的三种含容电路问题，具体阐述了问题的思考方向等，这对于学生掌握相应内容有突出的现实意义。

参考文献：

1. 张进仁,李志军.用微元法解含金属杆的电磁感应电路问题[J].中学生数理化：学研版,2020,000(002):P.32-33.

2. 张红香.含容电磁感应问题典例剖析[J].中学生数理化:高考理化,2019(3):35-37.

3. 许文.电磁感应与力学综合问题的分析思路与求解策略[J].教学考试, 2019,000(004):P.21-25.

4. 电磁感应现象及其在生活中的应用[J].中国科技投资,2019, 000(002):298.

5. 陈贵金.初高中电磁感应问题的教学探讨[J].考试周刊,2020, 000(041):125-126.