電磁感應經典問題解題技巧

【摘要】電磁感應相關知識是高考必考的內容，也是高中物理板塊中學生最難以掌握的內容之一.本文就高考電磁感應常見題型：電磁感應的電路問題、電磁感應的動力學問題以及電磁感應的能量問題三個方面進行解析，并就解題技巧進行探析，以幫助學生厘清電磁感應問題相關思路，達到更好的解題效果.

【關鍵詞】電磁感應；高中物理；解題策略

1 引言

歷年高考物理試卷都必有對電磁感應相關知識點的考查，無論是選擇題還是解答題都會涉及該類問題，且分值占比較高.電磁感應相關題型由于涵蓋內容較多，能夠綜合力學知識、運動學知識、電磁互感知識，屬于較難的綜合性考題，對學生的綜合能力要求較高.結合歷年高考情況，學生在這類問題上得分情況并不理想.因此，歸納高考電磁感應常見試題類型并對其解題策略進行探究，能夠幫助學生更好地掌握相關知識和解題思路.

2 電磁感應的電路問題

無論是動生電動勢還是感生電動勢，只要回路閉合，在閉合回路中都會產生感應電流.因此，需要先分析回路中的“電源”，然后分析“回路”的組成，再根據閉合電路歐姆定律求解電流，進而分析受力情況.

例1 如圖1是一個法拉第圓盤發電機，P、Q是電刷，分別和銅盤、豎直銅軸相互連接，圓盤處于豎直向上且磁感應強度為B的勻強磁場中.當銅盤旋轉時，關于通過電阻R的電流，下面說法正確的是（" ）

（A）銅盤轉速恒定，電流大小不變.

（B）自上向下看，銅盤順時針轉動，電流方向為a→b.

（C）不改變銅盤轉向，僅改變轉速，電流方向變化.

（D）轉速提升2倍，電阻熱功率也提升2倍.

3 電磁感應的動力學問題

導體棒在磁場中作切割磁感線運動時，部分導體相當于電源.當回路閉合，導體棒會受到安培力的作用，在這個力的作用下導體棒會產生相應的加速度.

例2 兩個相同絕緣光滑斜面相互拼接，其截面圖如圖2，傾角均為θ，有兩根金屬棒ab（僅標出a端），cd（僅標出c端），長度為均為l，質量分別為2m、m，用兩根不可伸長的柔性導線分別連接ac、bd使其形成閉合回路，兩側導線穿過斜面頂點固定的定滑輪使金屬棒分布在斜面兩側.右側斜面處在垂直于斜面向上的磁感應強度大小為B的勻強磁場中.已知回路電阻為R，兩金屬棒與斜面的動摩擦因數均為μ，重力加速度為g，金屬棒ab勻速下滑.求：

（1）金屬棒ab受到的安培力大小；

（2）金屬棒運動的速度大小.

解析 首先金屬棒ab處于勻速下滑狀態，其在運動方向上受力平衡，此時ab棒受到沿斜面向上的摩擦力F1=2μmgcosθ，繩沿斜面向上的拉力T，以及沿斜面向上的安培力F，和重力構成沿斜面平衡條件；對于cd來說，其受到沿斜面向下的摩擦力F2=μmgsinθ，繩沿斜面向上的拉力T以及重力構成沿斜面平衡條件.在第一問的基礎上獲取ab受到的安培力，就可以完成運動速度的求取.

（1）對金屬棒ab：T+F安+2μmgcosθ－2mgsinθ=0；

對金屬棒cd：T－μmgcosθ－mgsinθ=0；

聯立兩式得F安=mg（sinθ－3μcosθ）.

（2）根據安培定律，mg（sinθ－3μcosθ）=BIl；

聯立兩式可得金屬棒運動速度大小為：

4 電磁感應的能量問題

（1）金屬棒到達斜面底端的速度；

（2）導體恰好進入粗糙段時，通過電阻R的電量；

（3）電阻R產生的熱量.

解析 由于金屬棒在粗糙段作勻速直線運動，設其速度為v，此時其受到摩擦力、重力以及安培力，根據平衡條件即可求取運動速度；其次，進入粗糙段的速度已知，根據電磁感應定律、歐姆定律以及運動學理論可以求出電流和運動時間，即可獲得通過電阻的電荷量；已知電流和R的阻值、運動時間，可以解得電阻產生的熱量.

金屬棒受到沿斜面向上的摩擦力、安培力，以及向下的重力，根據受力平衡可知：

mgsinθ－μmgcosθ－BIl=0，求得I=0.5A；

根據歐姆定理：E=IR=0.5×（3+1）V=2V;

根據電磁感應定律：E=BLv，v=2m/s.

根據Q=It=0.125C.在整個過程中，

重力做功為W重=2mgsinθd=1J;

因為R產生的熱量占比為

5 結語

本文對電磁感應題型進行總結，從電路問題、動力學問題以及能量問題出發，探究每種題型的解題思路，以期給予學生解題參考，厘清分析思路和解題切入點，掌握相應題型的解題方法，讓學生更好地理解電磁學相關內容.

參考文獻：

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