■江大鹢

历史长流中，科技的进步总是离不开理论知识的支撑，比如波意耳定律的提出支撑了蒸汽机的发明和改进，通过做功可以将内能转化成机械能的理论支撑了内燃机的发明和改进等。下面通过电磁感应现象的发现对现代科技进步的促进作用的探究，展现理论与实际相结合魅力，以期提高同学们对物理理论知识深入学习的兴趣。

一、电磁感应与现代科技的关联

在哲学家康德提出的“各种自然现象之间相互联系和相互转化”思想的启发下，奥斯特发现了电流的磁效应，随后法国物理学家安培、瑞士人科拉顿等都试图通过实验研究证明磁能生电，最终由法拉第在1831年8月29日通过实验发现了电磁感应现象，至此开始了基于电磁感应理论知识的现代化科技发展。目前，在生产、生活中出现的众多先进设备都离不开电磁感应的理论基础，比如各种发电装置、电磁驱动、电磁阻尼、传感器等。

二、一道典型例题的探究

例题上海世博会某国家馆内，有一“自发电”地板，利用游人走过时踩踏地板发电，其原因是地板下有一发电装置，如图1 甲所示，装置的主要结构是一个截面半径为r、匝数为n的线圈，无摩擦地套在磁场方向呈辐射状的永久磁铁槽中，磁场的磁感线沿半径方向均匀分布，图1 乙为横截面俯视图。轻质地板四角各连接有一个劲度系数为k的复位弹簧(图中只画出了其中的两个)，轻质硬杆P将地板与线圈连接，从而带动线圈上下往返运动(线圈不发生形变)，便能发电。若线圈所在位置磁感应强度大小为B，线圈的总电阻为R0，现用它向一个电阻为R的小灯泡供电。为便于研究，将某人走过时对地板的压力使线圈发生的位移x随时间t变化的规律简化为如图1 丙所示。(弹簧始终在弹性限度内，取线圈初始位置x=0，竖直向下为位移的正方向)

图1

(1)请在图1 丁所示坐标系中画出线圈中感应电流i随时间t变化的图像，取图乙中逆时针电流方向为正方向，要求写出相关的计算和判定的过程。

解析：(1)在0～t0内电流方向为正，在t0～2t0内电流方向为负，在0～t0、t0～2t0内线圈向下、向上运动的速率均为，产生的感应电动势大小均为E=nB·2πr·v，由欧姆定律得，解得。i-t图像如图2所示。

图2

(2)在0～t0内线圈所受安培力方向向上，且F安=nBI·2πr=时刻地板受到的压力，解得。

启发：同学们在求解涉及复杂物理情景的实际问题时，需要具有清晰的分析思路、强大的建模能力和推理判断能力等核心素养。另外，同学们不能只满足于对一道题目的求解，还应该反思如何做到发散思维，最终达到学以致用的目的。