電磁感應(yīng)中的綜合問題

蔣明星

(甘肅省酒泉中學(xué) 735000)

電磁感應(yīng)現(xiàn)象在物理學(xué)中具有重要的地位.所涉及的核心內(nèi)容是楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，而對楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律的靈活應(yīng)用能很好地考查學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維的核心素養(yǎng)，自然而然受到高考命題者的青睞，是高考的高頻考點(diǎn).涉及電路問題、圖像問題、動力學(xué)問題及能量和動量問題.

一、近三年全國卷“電磁感應(yīng)中的綜合問題”專題的考情分析及命題特點(diǎn)

1.考情分析

近三年全國卷對“電磁感應(yīng)中的綜合問題”的考查情況如表1所示.

表1 近三年全國卷對“電磁感應(yīng)中的綜合問題”的考查統(tǒng)計(jì)

2.命題特點(diǎn)

從近三年的全國卷可以看出，電磁感應(yīng)中的綜合問題每年必考，屬于絕對的高頻考點(diǎn)；考查題型限于理科綜合的要求，以選擇題的形式出現(xiàn)；而且自2017年“動量”納入必考后，動量和能量的綜合在電磁感應(yīng)的考題中出現(xiàn)也有很大可能，能更全面的考查學(xué)生的分析綜合、處理問題的能力.

二、電磁感應(yīng)中的電路問題與圖像問題

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中常見的圖像有兩大類：第一類是隨時(shí)間t變化的圖像，如磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的B-t圖、磁通量隨時(shí)間變化的Ф-t圖、感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化的E-t圖、感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的i-t圖、安培力隨時(shí)間變化的F-t圖等；第二類是隨位移x變化的圖像，如感應(yīng)電動勢隨位移變化的E-x圖、感應(yīng)電流隨位移變化的i-x圖等.

解決圖像問題的要領(lǐng)可歸納為“六看”，即一看“軸”；二看“線”；三看“斜率”；四看“截距”；五看“面積”；六看“拐點(diǎn)”.

例1 (2019年全國卷Ⅰ)(多選)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場，其邊界如圖1(a)中虛線MN所示.一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S，將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心O在MN上.t=0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖1(a)所示；磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖1(b)所示，則在t=0到t=t1的時(shí)間間隔內(nèi)( ).

圖1

A．圓環(huán)所受安培力的方向始終不變

B．圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針方向

三、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題與能量和動量問題

電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的分析思路如圖2所示.

在電磁感應(yīng)的動力學(xué)問題與能量和動量問題中，要求我們做好“六個(gè)”環(huán)節(jié)的分析，才能全方位認(rèn)識這類問題的本質(zhì)，如圖3所示.

例2 (多選)如圖4所示，有電阻不計(jì)的兩條平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ，其間距l(xiāng)=0.5m，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，水平平直部分粗糙，兩者平滑連接，右端接一個(gè)阻值R=5Ω的定值電阻.導(dǎo)軌的平直部分左邊區(qū)域有寬度d=0.8m、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2T的勻強(qiáng)磁場.一長l=0.5m、質(zhì)量m=1kg、電阻R0=5Ω的金屬棒垂直導(dǎo)軌放置，從高h(yuǎn)=0.45m處靜止釋放，到達(dá)磁場右邊界處恰好停止運(yùn)動.已知金屬棒與平直導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5，金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣热?0m/s2.則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中( ).

A．金屬棒所受的最大安培力為0.3N

B．通過金屬棒的電荷量為0.04C

C．克服安培力所做的功4.5J

D．金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為0.25J