例談電磁感應實際問題的求解

電磁感應現象是眾多科學家經過長期的觀察和思考，通過實驗最終發現的物理現象。在現代科學技術中，利用電磁感應現象可以實現很多實際問題的求解。在高中物理學科的學習中，我們時常也會遇到一些與電磁感應現象相關的實際問題，如何求解此類問題呢？下面舉例分析。

一、利用感應電流的產生條件完成對月球磁場的探測

情景描述：探月工程是我國航天事業中的一項標志性工程，在月球探測第三期工程中，利用機器人攜帶的探測分析儀器可以探測月球上磁場、電場、放射性分布等物理信息。月球磁場的性質是月球內部構造研究的重要依據。利用磁力儀和電子反射譜儀，可以測量月球的磁場強度和分布，根據電子反射譜儀測定的區域（包括月球雨海和澄海地區）月殼磁場的分布情況，通過觀察反射系數，可以發現被觀察區的磁場的磁感應強度絕大多數在1×10^-9 T-5×10^-9 T范圍內。

例題：自2004年開始，中國正式開展月球探測工程。在近期開展的月球探測第三期工程中將對月球進行全面探測。若航天員登月后，想探測一下月球表面是否有磁場，他手邊有一只靈敏電流表和一個小線圈，請你幫他設計實驗方案，并簡述操作過程。

解析：要利用一只靈敏電流表和一個小線圈探測月球表面是否有磁場，則需運用的實驗原理是感應電流的產生條件，即當穿過閉合回路的磁通量發生改變時，回路中有感應電流產生。因此實驗步驟是將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈沿某一方向運動，若電流表有示數，則可判斷月球表面有磁場。

點評：本題聯系“月球磁場探測”命題，考查考生靈活運用學過的理論分析研究新情景問題的探究能力，求解的關鍵是熟練掌握閉合回路內磁通量發生變化是產生感應電流的條件。

二、利用渦流修復金屬制品裂紋、修補青銅器文物等

情景描述：電磁感應作用在金屬內部感生的電流猶如水中漩渦，因此被稱為渦流。利用渦流可修復金屬制品裂紋、修補青銅器文物等。鄭州金屬設備廠生產的“金屬工件修補機”通過對工件進行無熱堆焊，可保證工件的完好性。渦流使金屬裂紋處發熱，進行焊接，電流充分滲透到工件材料中，產生極強的結合力，修復精度高，工作過程中無任何污染。

例題：圖1所示是一塊透明的玉石，它的中央有一個金屬環，半徑為r，電阻為R，由于當初制作時的問題，金屬環表面有多處裂紋。現要在不破壞玉石的情況下，使金屬環處于熔融狀態，從而消去裂紋，且不影響觀賞效果，可采用電磁感應加熱的辦法，為了減少熱的傳遞對玉石造成的破壞，要求在△t時間內完成熔融。已知該金屬環達到熔點需要吸收的熱量為Q，不計熱損失，則所加磁場的磁感應強度的變化率應為多少？

點評：本題以利用渦流修復金屬制品裂紋為背景命題，對考生的建模能力提出了較高的要求。只要找到了磁感應強度與熱量的聯系式，就找到了求解本題的切人點。

總之，隨著高考改革的不斷推進，高中物理學科的命題多以生活生產中的實際問題為背景，這就要求同學們在平時的學習中要注意物理知識的綜合應用，全方位聯想，逐步培養自身的信息整合能力等綜合素養。

作者單位：山東省單縣第一中學