電磁感應能量問題求解的探討

(江蘇省泗洪中學，江蘇 泗洪 223900)

電磁感應能量問題求解是高考中比較有難度的綜合問題，它融合了動力學、電路、動能定理、能量守恒等知識，

1 電磁感應中電能求解的方法

電磁感應能量問題考查了學生縝密的過程分析能力，很多時候學生會被復雜多變的過程和多變的解題的方法所困惑，往往對電磁感應的能量綜合問題望而卻步.筆者在教學過程中做了認真探索.

電磁感應中電能的求解方法有三種，如圖1所示：

圖1

方法1：產生的電能哪來的？從能量守恒的角度，產生的電能一定是減少的其他形式的能轉化而來，這個方法適用于能充分掌控其他形式能的變化的這類題目.這一方法實用性高，對學生的綜合分析能力有一定的要求.

方法2：產生的電能是通過什么方式轉化的？從功能關系的角度看，產生電能的多少等于克服安培力所做的功，這個功能關系非常重要，但是運用這個方法必須要能求出安培力做功.若安培力是恒力或能夠轉化為恒力的變力，可直接求得克服安培力做功.絕大多數情況是通過動能定理間接的求出克服安培力做功.

方法3：產生的電能哪去了？從電路的能量轉化角度看，通過電流做功把電能轉化為其他形式的能.如果是內能，這個方法是有一定條件的：電路必須是純電阻電路，且產生的電流是恒定值或可求有效值的變化電流，如：均勻變化的電流，正弦式交流電等.再結合焦耳定律可以求解.

無論選擇哪種方法，都要根據解題的方便來選用，只有恰當之分，有時可能三種方法都是可行的.

2 做好題型分析，不下題海早登岸

2．1 兩種常見研究對象，導體棒和矩形線框產生的題型變化

從本質上來看，矩形線框實際上就是上下邊兩次切割磁感線，實際還是導體棒模型.但是導體棒和矩形線框處理實際問題還是略有不同，比如在下落高度和能量轉化的計算上，矩形線框要略顯復雜點，對學生的過程分析要求更高點.

2．2 三種常見的物理情境產生的題型變化

電磁感應的眾多題目中，研究的物理情境通常有三種：水平面的切割，豎直面的切割，斜面的切割.三種情形受力、運動、能量的轉化各不相同，但是研究的方法和思路卻是相通的，圖2就表示了導體棒運動的三種情形.

圖2

2．3 有無阻力和其他外力的題型變化

沒有阻力的問題相對來說比較簡單.有阻力的問題在受力分析和運動分析方面比較復雜，且能量轉化中增加了由阻力產生的系統內能.若有其他外力的存在，在受力分析和能量轉化方面應遵循實事求是的原則.

3 訓練縝密的思維，加強規范解答的要求

在求解的過程中，縝密的思維體現在學生對研究對象受力分析、研究過程的確定、運動狀態的確定中.

規范的解答體現在必要的文字說明，合理的解答順序和規范的方程書寫.很多同學在思維和知識體系上問題不是太大，但是在規范答題中存在很多的問題，比如沒有必要的文字說明，公式中少了一些物理量，或方程列得不倫不類，既不是能量守恒定律，又不是動能定理，這些都需要課堂評講習題時重點強調.

圖3

如圖3所示，在水平地面MN上方空間存在一垂直紙面向里、磁感應強度B=1.0T的有界勻強磁場區域，上邊界EF距離地面的高度H=0.7m.正方形金屬線框abcd的質量m=0.1kg、邊長L=0.1m，總電阻R=0.02Ω，開始時線框在磁場上方，ab邊距離EF高度h=0.2m，然后由靜止開始自由下落，abcd始終在豎直平面內且ab保持水平.求線框從開始運動到ab邊剛要落地的過程中線框中產生的電能E.(g取10m/s2)

圖4

解法一：如圖4所示，從能量守恒角度，可以從OC或AC過程入手研究.

AC:mgL=E

解法二：從動能定理和安培力做功角度解題：

AC:mgL-W克安=0，W克安=E.

解法三：單純從從安培力做功角度解題:E=F安L=BIL·L=mgL

解法四：從電路產生焦耳熱角度解題：E=Q=I2Rt，式中t=L/v，I=BLv/R，注意到BIL=mg，同樣可得到E=mgL.

在本題的解答過程中，OA、AC兩種不同的過程選擇對學生的思維訓練和視野的開拓都有一定的幫助.建議老師們在評講時能多用“一題多法，一法多角度”的解題策略，拓寬學生的視野，以滿足不同能力的學生的需求.