楊洋

(浙江省湖州市南潯高級(jí)中學(xué))

電磁感應(yīng)是物理學(xué)科高考中的必考知識(shí)點(diǎn)之一.為提高學(xué)生解答相關(guān)習(xí)題的能力,教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況,做好相關(guān)習(xí)題類型的總結(jié)工作,開展專題訓(xùn)練,從而使學(xué)生順利突破解答電磁感應(yīng)難題的障礙,掌握相關(guān)解題技巧,逐步提升自身的解題自信.

1 電磁感應(yīng)定性判斷問(wèn)題

例1如圖1所示,在水平面上豎直放置一條形磁鐵,將一閉合圓形鋁環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止釋放,則其下落過(guò)程中().

圖1

A.鋁環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向不變

B.磁鐵對(duì)桌面的壓力始終大于其自身重力

C.鋁環(huán)受到先向上后向下的安培力

D.鋁環(huán)的加速度小于或等于g

分析解答本題需要對(duì)條形磁鐵磁場(chǎng)規(guī)律有個(gè)大致的了解.從整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)看,鋁環(huán)先靠近磁鐵后遠(yuǎn)離,由楞次定律不難判斷,從上向下觀察,鋁環(huán)靠近磁鐵產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?遠(yuǎn)離時(shí)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾娏?選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.當(dāng)鋁環(huán)下落至條形磁鐵中間位置時(shí),無(wú)感應(yīng)電流,此時(shí)磁鐵對(duì)桌面的壓力為其自身重力,選項(xiàng)B 錯(cuò)誤.由楞次定律可知,鋁環(huán)靠近、遠(yuǎn)離受到的安培力總是向上的,選項(xiàng)C 錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確.

技巧總結(jié)明確條形磁鐵磁感線方向,運(yùn)用楞次定律分析鋁環(huán)受力以及產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向是解答本題的關(guān)鍵.

2 電磁感應(yīng)圖像判斷問(wèn)題

例2如圖2所示,邊長(zhǎng)為a的正方形區(qū)域內(nèi)存在大小相等,方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng),分布位置以及方向在圖中已經(jīng)標(biāo)明.一邊長(zhǎng)為a的正方形線框在t＝0時(shí),沿x軸開始進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域.以線框中順時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎较?則以下表示線框位移和電流之間的關(guān)系正確的是().

圖2

分析本題看似較為復(fù)雜,但只要選擇特殊的位置進(jìn)行判斷即可以快速得到答案.當(dāng)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),由右手定則可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,排除A項(xiàng).線框離開時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向也為順時(shí)針,排除C項(xiàng).當(dāng)線框位移為時(shí),電流為0,此時(shí)繼續(xù)沿x軸向右運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?此時(shí)可排除D 項(xiàng),故選項(xiàng)B正確.

技巧總結(jié)解答該類習(xí)題注重選擇線框運(yùn)動(dòng)的特殊位置進(jìn)行分析,采用排除法可大大提高解題效率.

3 電磁感應(yīng)定量計(jì)算問(wèn)題

例3如圖3所示,將一寬度為L(zhǎng),上端連接一電阻R,足夠長(zhǎng)的導(dǎo)軌和水平面成θ角放置.一電阻為r,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab靜止在導(dǎo)軌上,其和導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝tanθ.正方形虛線內(nèi)存在一大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于導(dǎo)軌平面向上.當(dāng)磁場(chǎng)區(qū)域沿導(dǎo)軌平面向上運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒ab也會(huì)隨之運(yùn)動(dòng),并且最終以v0的速度勻速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體棒ab始終未離開磁場(chǎng)區(qū)域,導(dǎo)軌電阻忽略,則().

圖3

技巧總結(jié)解答此類習(xí)題應(yīng)注重掌握、熟練應(yīng)用電磁感應(yīng)公式,同時(shí)結(jié)合所學(xué)的電路知識(shí).

4 采用等效法突破電磁感應(yīng)難題

例4如圖4所示,足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ所在平面和水平面夾角θ＝30°,導(dǎo)軌之間的距離L＝1m,M、P兩端之間接有一個(gè)阻值R＝3Ω的電阻,金屬棒ab和導(dǎo)軌垂直且接觸良好,整個(gè)裝置位于方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)之中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T.現(xiàn)在導(dǎo)軌上某一位置由靜止釋放金屬棒,當(dāng)金屬棒沿著導(dǎo)軌下滑距離x＝50m 后開始勻速下滑.已知金屬棒的電阻r＝1Ω,質(zhì)量m＝2kg,下滑過(guò)程中金屬棒始終和導(dǎo)軌垂直,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),重力加速度g取10m·s－2,那么金屬棒從靜止釋放到開始勻速下滑的過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量是多少? 運(yùn)動(dòng)時(shí)間是多長(zhǎng)?

圖4

分析金屬棒受到豎直向下的重力以及磁場(chǎng)對(duì)它的安培力,結(jié)合題意可知金屬棒是先沿著導(dǎo)軌下滑,這時(shí)重力分力和安培力不平衡,當(dāng)兩者大小一樣時(shí),金屬棒開始做勻速運(yùn)動(dòng).要計(jì)算金屬棒產(chǎn)生的熱量,需先結(jié)合牛頓第二定律計(jì)算出金屬棒中的電流大小,再把金屬棒等效成電源,且同導(dǎo)軌構(gòu)成一個(gè)閉合回路,熱量主要由R和電源內(nèi)阻這兩個(gè)電阻所產(chǎn)生.計(jì)算總熱量時(shí)要用到能量守恒定律,金屬棒重力所做功的一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,另一部分產(chǎn)生熱量.計(jì)算出總體熱量以后,再結(jié)合這兩個(gè)電阻的大小比較計(jì)算出由金屬棒所貢獻(xiàn)的那部分熱量.計(jì)算金屬棒從下滑到勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,要結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律,先利用動(dòng)量定理求出電勢(shì)大小,再根據(jù)變化的磁通等于電動(dòng)勢(shì)計(jì)算出時(shí)間.

5 總結(jié)

總而言之,在高中物理解題學(xué)習(xí)過(guò)程中,面對(duì)難度較大的電磁感應(yīng)類試題,不僅要做好基礎(chǔ)知識(shí)和典型例題的理解,還要進(jìn)行專題訓(xùn)練活動(dòng),并在解題訓(xùn)練中不斷積累解題經(jīng)驗(yàn),慢慢掌握更多的解題技巧.

(完)