¿Un artículo científico sobre la inducción electromagnética en el segundo grado de la escuela secundaria?
AAA Artículo 1
Ley Ampliada de la Inducción Electromagnética
Resumen: La inducción electromagnética es uno de los descubrimientos más importantes del electromagnetismo, que revela fenómenos eléctricos y magnéticos. interconexiones entre ellos. La importancia de la ley de inducción electromagnética de Faraday es que, por un lado, basándose en el principio de la inducción electromagnética, los humanos han creado generadores que permiten generar energía eléctrica a gran escala y, por otro lado, transmitirla a largas distancias; , la inducción electromagnética se utiliza ampliamente en tecnología eléctrica, tecnología electrónica y medición electromagnética en curso. Este artículo comprende y aplica varias ampliaciones.
Palabras clave: Comprensión ampliada y aplicación de la ley de la inducción electromagnética
Resumen: El fenómeno de la inducción electromagnética es uno de los descubrimientos más importantes del electromagnetismo. Revela la interacción entre la electricidad y la electricidad. magnetismo. La importancia de la ley de Faraday para la inducción electromagnética es que, por un lado, basándose en el principio de la inducción electromagnética, la gente ha creado generadores que permiten producir electricidad a gran escala y transmitir electricidad a largas distancias; El fenómeno de la inducción electromagnética se ha utilizado ampliamente en tecnología eléctrica y electrónica. Se utiliza ampliamente en tecnología y métodos de medición electromagnética. Este artículo ampliará la comprensión de varias aplicaciones.
Palabras clave: ampliar la comprensión de la aplicación de la ley de inducción electromagnética
Número de clasificación de la Biblioteca de China: O441.3 Código de identificación del documento: Número de artículo:
Faraday Electric Ley de inducción magnética: la magnitud de la fuerza electromotriz inducida en un circuito es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético que pasa a través del circuito. Para inducir una fuerza electromotriz en un circuito, el flujo magnético en el circuito debe cambiar. Los cambios en la intensidad de la inducción magnética del campo magnético original en el bucle, los cambios en el área del bucle y los cambios simultáneos en el campo y el área magnéticos originales provocarán cambios en el flujo magnético y producirán una fuerza electromotriz inducida. Aquí, a través de ejemplos específicos, hablaremos sobre la comprensión y aplicación de varias expansiones de la ley de inducción electromagnética de Faraday.
En primer lugar, el cambio en el flujo magnético se debe únicamente al cambio del campo magnético original con el tiempo, lo que da como resultado la fuerza electromotriz inducida.
Ejemplo 1. Como se muestra en la figura, una estructura cuadrada de alambre metálico con longitud lateral L, masa m y resistencia R está suspendida del borde de un campo magnético uniforme acotado con un alambre delgado. La mitad superior del marco metálico está dentro del campo magnético y la mitad inferior está fuera del campo magnético. La ley del cambio del campo magnético con el tiempo es B = kt. Se sabe que la fuerza de tracción máxima que puede soportar el alambre delgado es 2 mg, entonces, ¿cuánto tiempo se tarda en pasar de t = 0?
Respuesta: Fuerza electromotriz inducida
La corriente inducida en la estructura de alambre es:
Existe una solución cuando el alambre se rompe:
En segundo lugar, el cambio en el flujo magnético se debe únicamente al cambio del campo magnético original con la posición espacial, generando así una fuerza electromotriz inducida.
Ejemplo 2. Un anillo de metal con masa m, diámetro d y resistencia r cae verticalmente en un gran campo magnético. La distribución del campo magnético se muestra en la figura. Se sabe que la componente vertical de la intensidad de la inducción magnética By solo cambia con la altura, y su relación con la altura y es by = B0 * * * 1+KY * * * * *donde K es la constante de proporcionalidad, K. 0** *, donde a lo largo del círculo la dirección del campo magnético del eje del anillo siempre es vertical hacia arriba, y el plano donde se encuentra el anillo de metal siempre es horizontal durante el proceso de caída, y la velocidad continúa aumentando y finalmente se estabiliza en un cierto valor , que se llama velocidad de cierre. Requisitos
La dirección de la corriente inducida en el anillo;
* * * 2 * *La velocidad de cierre del anillo.
Solución: *** * 1 * * * Según la ley de Lenz, el sentido de la corriente inducida es en el sentido de las agujas del reloj * * * Mirando hacia abajo, * * * * * 2 * * * El anillo cae en altura y El flujo magnético en ese momento es
Supongamos que la velocidad de cierre es vm, y el cambio del flujo magnético dentro del tiempo δt cuando se mueve a esta velocidad es
De acuerdo con la ley de Faraday inducción electromagnética, tenemos
La potencia eléctrica de la corriente inducida en el anillo es
Según la ley de conversión y conservación de energía, la potencia del trabajo realizado por la gravedad es la siguiente
Resuelto
En tercer lugar, el cambio en el flujo magnético viene dado simplemente por Causado por cambios en el área, se produce una fuerza electromotriz inducida
Ejemplo 3. Hay un campo magnético uniforme en un área circular con radio A. La intensidad de la inducción magnética es B = 0,2 T. La dirección del campo magnético es perpendicular a la superficie del papel. Se coloca un anillo de metal con radio B concéntricamente con el campo magnético. El campo magnético es perpendicular a la superficie circular, donde a = 0,4 m, b = 0,6 m, las lámparas L1 y L2 están conectadas a anillos metálicos respectivamente, la resistencia de las dos lámparas es r0 = 2ω, independientemente de la resistencia del cable.
Hoy, gira el semicírculo derecho OL2O ' hacia arriba 90° con MN como eje. Si la velocidad angular de giro es 0, encuentre la potencia promedio de L1.
Solución: ¿Pasar al 90? El tiempo que tarda el ángulo
La fuerza electromotriz inducida promedio producida por el bucle
La potencia promedio de L1
En cuarto lugar, el cambio en el flujo magnético es solo causado por el conductor que corta la línea de inducción magnética. Generar fuerza electromotriz inducida
Ejemplo 4. Dos rieles metálicos largos y paralelos con una distancia de d = 0,20 m están fijados en el mismo plano horizontal y se encuentran en un campo magnético uniforme en la dirección vertical. La intensidad de inducción magnética del campo magnético es B = 0,2 T. Se colocan horizontalmente dos varillas metálicas delgadas sobre los rieles para formar un bucle rectangular. Cada varilla metálica delgada tiene una resistencia de r = 0,25 Ω y el resto del bucle tiene una resistencia insignificante. Se sabe que dos varillas metálicas delgadas se trasladan en direcciones opuestas a lo largo de una vía con velocidad constante bajo una fuerza de tracción paralela a la vía.
Análisis: Cuando dos varillas metálicas se deslizan a una velocidad constante V, la fuerza electromotriz inducida generada en cada varilla metálica es la siguiente:
Según la ley de Ohm de un circuito cerrado, la La intensidad de corriente en el circuito es:
Debido al equilibrio entre la tensión y la fuerza en amperios, la tensión que actúa sobre cada varilla de metal es
Introduzca la fórmula anterior en los datos para obtener n
p>5. El campo y área magnéticos originales * * * causados por cambios en el flujo magnético, generando así fuerza electromotriz inducida.
Ejemplo 5. Como se muestra en la figura, dos rieles metálicos paralelos están fijados sobre una mesa horizontal. La resistencia de cada riel por metro es r0 = 0.10ω/m. Los puntos finales P y Q de los rieles están conectados con cables con resistencia insignificante. La distancia entre los rieles guía es l = 0,20 m. Hay un campo magnético uniforme que varía con el tiempo y es perpendicular a la mesa. Se sabe que la relación entre la intensidad de inducción magnética B y el tiempo t es B = kt, y el coeficiente proporcional k = 0,020 t/s. Una varilla de metal con resistencia insignificante puede deslizarse sobre el riel guía sin fricción y permanecer en contacto con el. carril guía durante el proceso de deslizamiento vertical. En el momento t=0, la varilla de metal está cerca de ambos extremos de P y Q. Bajo la acción de una fuerza externa, la varilla se desliza desde el reposo hasta el otro extremo del riel guía con aceleración constante. Calcule la fuerza en amperios sobre el. varilla de metal cuando t=6.0s.
Solución: A representa la aceleración de la varilla metálica. En el momento t, la distancia entre la varilla de metal y la posición inicial es. En este momento, la velocidad de la varilla es el área del bucle formada por la varilla y el riel guía. La fuerza electromotriz inducida en el bucle es. =, la resistencia total en el bucle es R = 2Lr0 y la corriente inducida en el bucle actúa sobre la fuerza del amperio. La solución es F= y los datos sustituidos son F = 1,44× 6544.
Nota: consulte todas las fórmulas y gráficos del artículo en formato PDF.
Artículo 2 de la AAA
Cuestiones mecánicas en la inducción electromagnética
Resumen: El aprendizaje basado en la investigación en la era de la información cumple con los requisitos del nuevo plan de estudios y puede capacitar a los estudiantes Capacidad para resolver problemas. En la enseñanza de física en la escuela secundaria, la investigación independiente de los estudiantes es particularmente importante. Centrándose en las cuestiones mecánicas de la inducción electromagnética, el autor profundiza en la investigación y el aprendizaje independientes.
Palabras clave: exploración independiente y aprendizaje de problemas de mecánica de inducción electromagnética
El siglo XXI es una era de la información, una era de Internet y una era de continua innovación en el conocimiento. El significado y valor fundamental de la educación es cultivar el espíritu innovador, la capacidad de exploración y la capacidad de resolución de problemas de los estudiantes, moldeando así la personalidad positiva, saludable y progresista de los estudiantes. El aprendizaje basado en la investigación cumple exactamente con estos requisitos educativos. El aprendizaje independiente y la investigación cooperativa permiten a los estudiantes experimentar personalmente el proceso de resolución de problemas, lo que favorece la comprensión profunda del conocimiento y el desarrollo, extensión, cambio y dominio de los conceptos y leyes que han aprendido.
1. Realizar un aprendizaje por indagación independiente según las características de edad de los estudiantes de secundaria.
Los estudiantes de secundaria en su juventud ya no dependen de sus padres para todo. Han podido distinguir el bien del mal y su conciencia independiente ha comenzado a despertar. La expresión de las emociones se vuelve gradualmente independiente, el desarrollo de la capacidad cognitiva se acerca a la madurez, la capacidad del pensamiento lógico y abstracto aumenta y mejora continuamente, y el pensamiento lógico se puede utilizar de forma independiente al pensar y resolver problemas. Como resultado, su curiosidad, su sed de conocimiento y su sensación de éxito se fortalecen.
2. Realizar el aprendizaje por indagación en problemas concretos.
Los nuevos estándares curriculares requieren: Permitir que los estudiantes comprendan el pensamiento y los métodos de investigación de la física, cultiven hábitos de aprendizaje y habilidades de pensamiento independiente y presten atención a la enseñanza de conceptos y leyes. La capacidad de investigación científica independiente y la comprensión de la investigación científica se forman durante el proceso de aprendizaje mediante investigación de los estudiantes, lo que requiere organizarlos para llevar a cabo el aprendizaje mediante investigación.
Los profesores deben hacer el uso más eficaz del tiempo, crear situaciones en el aula, crear espacio y tiempo para que los estudiantes piensen y permitirles participar activamente en la investigación y el aprendizaje independientes.
El proceso de aprendizaje es la actividad propia del alumno. Sólo participando en el aprendizaje los conocimientos aprendidos pueden ser más sólidos. En la etapa de escuela secundaria, los estudiantes tienen una gran conciencia del aprendizaje autónomo y su capacidad de aprendizaje autónomo se ha desarrollado inicialmente, pero los profesores necesitan mejorarla aún más. El efecto del aprendizaje autónomo depende de la orientación de los profesores. Los profesores deben guiar a los estudiantes para que entren en contacto con nuevos conocimientos antes de aprender nuevos cursos y utilizar las reservas de conocimientos existentes para explorar, descubrir personalmente el misterio del conocimiento y ocupar la posición principal de aprendizaje de antemano. De esta manera, cuando profesores y estudiantes entren juntos en el proceso de aprendizaje, los estudiantes ya no se sentirán desconocidos, sino que serán más capaces de integrarse a la enseñanza en el aula, aceptar el conocimiento con mayor facilidad y felicidad y formar un maestro armonioso, igualitario y cooperativo. relación estudiantil.
A continuación, comenzaré con las preguntas del examen de ingreso a la universidad y seleccionaré preguntas de ejemplo específicas. A través del análisis y la exploración de las preguntas de ejemplo, permitiré que los estudiantes perciban la intención de las preguntas del examen de ingreso a la universidad y analicen a los estudiantes. 'pensar en el análisis de problemas y capacitar a los estudiantes para resolver problemas.
2.1 Cuestiones mecánicas en la inducción electromagnética
Intención de la proposición: Probar la capacidad de comprensión, razonamiento y análisis integral.
Ejemplo 1. Como se muestra en la Figura 1, dos alambres metálicos paralelos P y Q están conectados con un alambre con resistencia insignificante. La distancia entre los dos rieles es l = 0,20 m. Hay un campo magnético uniforme que cambia con el tiempo perpendicular a la mesa. Se sabe que la relación entre la intensidad de inducción magnética B y el tiempo t es B = kt, y el coeficiente proporcional k = 0,020 t/s. Se puede colocar una varilla de metal con una resistencia insignificante sobre el riel guía y mantenerla perpendicular al riel guía. corredizo. Cuando t = 0, el riel guía se fija en el banco de trabajo horizontal. La resistencia de cada riel guía por m es r = 0.10ω/m. La varilla metálica del riel guía está cerca de ambos extremos de P y Q. Bajo la acción de una fuerza externa, la aceleración constante de la varilla comienza a deslizarse hacia el otro extremo del riel guía. Calcule la fuerza en amperios sobre la varilla de metal en t = 6,0 s.
Investigación independiente:
La idea para resolver el problema es utilizar a para representar la aceleración del movimiento de la varilla de metal en el tiempo t, la distancia desde la varilla de metal a. la posición inicial es L=at.
En este momento, la velocidad de la varilla es v=at,
El área del bucle formado por la varilla y el carril guía es S = Ll,
La fuerza electromotriz inducida en el bucle E=S+Blv.
B=kt.
==k
La resistencia total del bucle R=2Lr,
La corriente inducida en el bucle I=,
actúa sobre la varilla La fuerza en amperios F=BlI,
la solución es F=t,
sustituyendo los datos, F=1.44×10N.
Resumen de las reglas:
***1*** Método: Partiendo de la relación entre movimiento y fuerza, utilice la segunda ley de Newton y la ley de inducción electromagnética para resolver la problema.
* * * 2 * *Idea básica: análisis de fuerza → análisis de movimiento → cambio de tendencia → determinar el proceso de movimiento y el estado estable final → resolver con las ecuaciones de la segunda ley de Newton.
***3*** Preste atención a las características de Ampere:
De hecho, los problemas mecánicos puros solo tienen gravedad, elasticidad, fricción e inducción electromagnética tienen fuerza Ampere. Cuando la fuerza de Ampere cambia con la velocidad, algo de elasticidad y las correspondientes fuerzas de fricción también cambian, lo que resulta en cambios en el estado de movimiento del objeto. Al analizar los problemas, preste atención a las conexiones anteriores.
2.2 Problemas con las varillas conductoras que cortan líneas de inducción magnética
El movimiento de las varillas conductoras que cortan líneas de inducción magnética generalmente tiene las siguientes situaciones: movimiento uniforme, movimiento bajo fuerza constante, movimiento de potencia constante, etc. . Ahora tomemos como ejemplo el movimiento bajo fuerza constante.
Ejemplo 2. Como se muestra en la Figura 2, se colocan un par de rieles R lisos paralelos en el suelo horizontal. La distancia entre los dos rieles es L = 0,20 m y la resistencia R = 1,0ω. perpendicular a los dos rieles, se puede ignorar la resistencia entre la varilla y la vía. Todo el dispositivo está en un campo magnético uniforme con una intensidad de inducción magnética B = 0,50 T, y la dirección del campo magnético es perpendicular a la pista y mira hacia abajo. Ahora use una fuerza externa F para tirar de la varilla a lo largo de la pista y hacer que se mueva con una aceleración uniforme. La relación entre la fuerza medida F y el tiempo t se muestra en la Figura 3. Encuentre la masa m y la aceleración a de la varilla.
Investigación independiente:
Análisis: La varilla conductora se mueve en línea recta a una velocidad uniforme sobre la vía. V representa su velocidad, T representa el tiempo, luego V = at.
Cuando la varilla corta la línea de inducción magnética, se generará una fuerza electromotriz inducida E=BLv ②.
Se genera una corriente I=E/R③ en el circuito cerrado de la varilla, la pista y la resistencia.
La fuerza en amperios sobre la varilla es F=IBL ④.
Según la segunda ley de Newton, F-F=ma⑤.
Sintetizando los tipos anteriores, obtenemos F=maat ⑥.
Sustituyendo los puntos de la gráfica en la ecuación 6, podemos obtener a=10m/s, m=0,1kg.
Reglas resumidas:
Bajo la acción de una fuerza externa constante, la varilla conductora comienza a moverse desde el reposo, la velocidad aumenta y la fuerza electromotriz inducida continúa aumentando. La fuerza en amperios y la aceleración están relacionadas con la velocidad. Cuando la fuerza de Ampere es igual a la fuerza constante, la aceleración es igual a cero y la varilla conductora finalmente se mueve a una velocidad constante. La aceleración de todo el proceso es variable, por lo que no se puede aplicar la fórmula cinemática.
2.3 Aplicación integral de la inducción electromagnética y las leyes de los circuitos
Ejemplo 3. La intensidad de inducción magnética del campo magnético uniforme es B=0,2T, el ancho del campo magnético es L=3rn, la longitud lateral del marco metálico cuadrado es ab=1m y la resistencia en cada lado es r = 0,2Ω . La estructura metálica pasa a través del campo magnético a una velocidad constante de v = 10 m/s y su plano es siempre perpendicular a la dirección de la línea de inducción magnética. Como se muestra en la Figura 4, encuentre:
***1*** Dibuje el diagrama I-t cuando la corriente inducida en la estructura metálica pasa a través de la región del campo magnético;
* * * 2 * * Dibuje el diagrama U-t del voltaje en ab.
Investigación independiente:
Análisis: E=BLv=2V, I==2.5A Cuando la estructura de alambre ingresa al campo magnético, la dirección es en sentido antihorario, como se muestra en la Línea continua abcd en la figura, la duración de la corriente inducida es t = 0,1 s.
Cuando la estructura de alambre se mueve en el campo magnético: E=0, I=0,
Sin duración de corriente: t==0,2 s,
Cuando el cable Cuando el marco pasa a través del campo magnético, E=BLv=2V, I = I==2.5A.
La dirección de esta corriente es en el sentido de las agujas del reloj, como lo muestra la línea de puntos abcd en la Figura 4. La corriente en el sentido contrario a las agujas del reloj es positiva y el diagrama I-t se muestra en la Figura 5.
* * * 2 * *Voltaje ab a través del marco de alambre que ingresa al área del campo magnético: U = IR = 2.5× 0.2 = 0.5V.
Cuando el marco de alambre se mueve en el campo magnético, el voltaje a través de B es igual a la fuerza electromotriz inducida:
U=BLv=2V.
Cuando el campo magnético se genera a partir de la estructura de alambre, el voltaje en ab es U = E-IR = 1,5 V.
El diagrama U-t resultante se muestra en la Figura 6.
***1***Problema del circuito
① Determinación de la fuente de alimentación: Primero determine la parte del conductor que causa la inducción electromagnética* * *Fuente de alimentación* * *, y luego use E=n o E=BLvsinθ encuentre la magnitud de la fuerza electromotriz inducida y use la regla de la mano derecha o la ley de Lenz para determinar la dirección de la corriente.
② Analice la estructura del circuito y dibuje el diagrama del circuito equivalente.
(3) Utilice leyes de circuitos para resolver el problema, principalmente la ley de Ohm, leyes de series y paralelos, etc.
* * * 2 * *Problema de imagen
① Expresión cualitativa o cuantitativa de la relación funcional del problema en estudio.
②Las direcciones de cantidades físicas como E, I y B en la imagen se reflejan en valores positivos y negativos.
③Al dibujar imágenes, preste atención a la definición o expresión de la unidad de longitud de la abscisa y la ordenada.
El proceso de movimiento del wireframe se divide en tres etapas. La primera etapa ab es el circuito externo, la segunda etapa ab es equivalente a la fuente de alimentación cuando el circuito está abierto y la tercera etapa ab es la fuente de alimentación conectada al circuito externo.
En resumen, en la enseñanza de física en la escuela secundaria, los maestros deben guiar a los estudiantes para que realicen un aprendizaje de investigación independiente, comenzando con las preguntas del examen de ingreso a la universidad, permitiéndoles analizar de forma independiente ejemplos de investigación, guiándolos para resumir las reglas y permitiéndoles percibir la intención de las preguntas del examen de ingreso a la universidad, analizar su pensamiento al analizar problemas y luego desarrollar sus habilidades.