控制變量法研究“電磁感應”現象:
通電導體在磁場中受力的方向、感應電流的產生及方向都不只與一個因素有關,在研究通電導體在磁場中受力的方向、產生感應電流的條件及感應電流的方向與哪些因素有關時,我們都用到了控制變量思想。
例如圖是探究“怎樣產生感應電流”的實驗裝置。ab是一根導體,通過導線、開關連接在靈敏電流計的兩接線柱上。
(1)本實驗中,如果____,我們就認為有感應電流產生。
(2)閉合開關后,若導體不動,磁鐵左右水平運動,電路____感應電流(選填“有”或“無”)。
(3)小李所在實驗小組想進一步探究“感應電流的大小跟哪些因素有關?”,小李猜想:“可能跟導體切割磁感線運動的快慢有關! 請你根據圖示的實驗裝置,幫助小李設計實驗來驗證她的猜想,你設計的實驗做法是:__________
解析:(1)有微弱的電流通過靈敏電流計,其指針就會擺動。
(2)由圖知,導體不動,磁鐵左右水平運動。此時也相當于導體做切割磁感線運動,會產生感應電流。
(3)本實驗設計要應用控制變量法。在其他條件不變的情況下,只改變導體切割磁感線運動的速度,然后觀察電流計指針的偏轉程度。
答案:(1)靈敏電流計的指針偏轉 (2)有 (3)閉合開關,保持其他條件不變,只改變導體切割磁感線運動的速度,觀察靈敏電流計的指針偏轉程度
電磁感應部分涉及三個方面的知識:
一是電磁感應現象的規(guī)律。電磁感應研究的是其他形式能轉化為電能的特點和規(guī)律,其核心是法拉第電磁感應定律和楞次定律。
楞次定律表述為:感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。即要想獲得感應電流(電能)必須克服感應電流產生的安培力做功,需外界做功,將其他形式的能轉化為電能。法拉第電磁感應定律是反映外界做功能力的,磁通量的變化率越大,感應電動勢越大,外界做功的能力也越大。
二是電路及力學知識。
主要討論電能在電路中傳輸、分配,并通過用電器轉化成其他形式能的特點規(guī)律。在實際應用中常常用到電路的三個規(guī)律(歐姆定律、電阻定律和焦耳定律)和力學中的牛頓定律、動量定理、動量守恒定律、動能定理和能量守恒定律等概念。
三是右手定則。
右手平展,使大拇指與其余四指垂直,并且都跟手掌在一個平面內。把右手放入磁場中,若磁力線垂直進入手心(當磁感線為直線時,相當于手心面向N極),大拇指指向導線運動方向,則四指所指方向為導線中感應電流的方向。電磁學中,右手定則判斷的主要是與力無關的方向。為了方便記憶,并與左手定則區(qū)分,可以記憶成:左力右電(即左手定則判斷力的方向,右手定則判斷電流的方向)。或者左力右感、左生力右通電。