高考“電磁感應(yīng)”的備考復(fù)習(xí)策略

摘 要：電磁感應(yīng)的問題主要集中于感應(yīng)電流的產(chǎn)生，感應(yīng)電動勢方向的判定，導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計(jì)算。它與磁場、直流電路、力和運(yùn)動、動量和能量等知識點(diǎn)相聯(lián)系，是物理學(xué)中綜合性較強(qiáng)的典型問題。引導(dǎo)學(xué)生掌握好對它的復(fù)習(xí)策略，對于提高學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力有著舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：高中物理；電磁感應(yīng)；復(fù)習(xí)策略

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-010X（2011）10-0052-05

電磁感應(yīng)涉及的知識面較廣，是歷年高考物理命題的熱點(diǎn)。高考試題中“電磁感應(yīng)”的問題，主要集中在感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件、感應(yīng)電動勢（電流）方向的判定和導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計(jì)算上。如滑軌類問題和矩形線圈穿越有界勻強(qiáng)磁場問題是電磁感應(yīng)中的典型綜合性問題，其綜合性強(qiáng)，能力要求高，是高考命題的熱點(diǎn)，在備考復(fù)習(xí)中要深入理解和熟練掌握。由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象與磁場、直流電路、力和運(yùn)動、動量和能量等知識點(diǎn)聯(lián)系密切，所以涉及這些知識的綜合性問題及感應(yīng)電流（或感應(yīng)電動勢）的圖像問題在近年高考中也時常出現(xiàn)，因而在復(fù)習(xí)中還要注意培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用這些知識分析解決實(shí)際問題的能力。現(xiàn)就“電磁感應(yīng)”重點(diǎn)知識的復(fù)習(xí)談些認(rèn)識。

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的圖像問題

物理規(guī)律、狀態(tài)和過程常可以用圖像來表示，這是一種重要的研究和處理物理問題的方法。在理解的基礎(chǔ)上要能夠運(yùn)用函數(shù)圖像進(jìn)行表達(dá)、分析，找出一些量與量之間的關(guān)系；并能夠根據(jù)對給出的圖像的理解，把它所表示的物理內(nèi)容用文字、語言表述出來。

例1．矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中，如圖1a所示，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間變化的規(guī)律如圖1b所示。若規(guī)定順時針方

向?yàn)楦袘?yīng)電流I的正方向，下列各圖中正確的是

說明：本題中，矩形線圈處在隨時間變化的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系是用題中圖1b的圖線來表示的。學(xué)生能從圖中認(rèn)識磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化情況，才有可能對線圈中的感應(yīng)電流作出判斷，并把感應(yīng)電流隨時間的變化關(guān)系圖線表示出來。

例3．如圖3所示，abcd為一邊長為l、具有質(zhì)量的剛性導(dǎo)線框，位于水平面內(nèi)，bc邊中串接有電阻R，導(dǎo)線的電阻不計(jì)。虛線表示一勻強(qiáng)磁場區(qū)域的邊界，它與線框的ab邊平行。磁場區(qū)域的寬度為2l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下。線框在一垂直于ab邊的水平恒定拉力F作用下，沿光滑水平面運(yùn)動，直到通過磁場區(qū)域。已知ab邊剛進(jìn)入磁場時，線框便變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動，此時通過電阻R的電流的大小為i0，試在圖4i～x坐標(biāo)上定性畫出從導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場到完全離開磁場的過程中，流過電阻R的電流i 隨ab邊的位置坐標(biāo)x變化的曲線。（規(guī)定電流逆時針方向?yàn)檎?/p>

說明：本題要求學(xué)生在對線框的運(yùn)動進(jìn)行定性與半定量分析的基礎(chǔ)上，判定感應(yīng)電流與線框位置的關(guān)系，并通過圖線表述出來。有的學(xué)生不會畫感應(yīng)電流隨時間變化的圖像，其主要原因是找不出電流發(fā)生變化的轉(zhuǎn)變時刻，沒有認(rèn)真地分析線框在各個不同時刻的位置特點(diǎn)：處在什么位置，線框運(yùn)動時，磁場對線框的磁通量是隨時間變化的，回路中有感應(yīng)電流；處在什么位置，線框運(yùn)動時磁通量是不隨時間變化的，回路中沒有感應(yīng)電流。找到這些位置，再根據(jù)線框的運(yùn)動，便可以找到線框到達(dá)這些位置的時刻，也就是感應(yīng)電流變化的轉(zhuǎn)變時刻，實(shí)際上完全是一個運(yùn)動學(xué)問題。

二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的滑軌類問題

滑軌類問題與直流電路、力和運(yùn)動、動量和能量等知識點(diǎn)相聯(lián)系，是電磁感應(yīng)中的典型綜合性問題。因綜合性強(qiáng)，能力要求高，是高考命題的熱點(diǎn)，所以復(fù)習(xí)時應(yīng)幫助學(xué)生建立起本單元知識與前面知識的聯(lián)系，逐步培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用這些知識分析解決問題的能力。

說明：本題最大的特點(diǎn)在于力、電、磁的綜合應(yīng)用，考查學(xué)生的綜合分析能力。學(xué)生要熟練掌握高中物理兩大基本觀點(diǎn)：力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)，這是解決問題的基本途徑。有的學(xué)生認(rèn)為此題計(jì)算復(fù)雜，其實(shí)不然，對于比較復(fù)雜的問題，首先要分析清楚與問題有關(guān)的各個方面，找出它們之間的聯(lián)系，將復(fù)雜問題分解成若干簡單問題，然后綜合應(yīng)用多方面的知識和可利用的方法解決遇到的問題。

例5．如圖7所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，導(dǎo)軌每米的電阻為r0＝0.10Ω，導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l＝0.20m。有隨時間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知磁感強(qiáng)度B與時間t的關(guān)系為B＝kt，比例系數(shù)k＝0.020T/s。一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直，在t＝0時刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒樱笤趖＝6.0s時金屬桿所受的安培力。

說明：此題涉及到兩個感應(yīng)電動勢，一是由于金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的電動勢，一是由于磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)而產(chǎn)生的電動勢。由于兩個電動勢都是因?yàn)榛芈分械拇磐吭黾佣a(chǎn)生的，所以它們在回路中的方向是相同的，也可以假設(shè)磁場方向用楞次定律結(jié)合右手定則來判斷。求解本題時，往往只考慮金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的電動勢（動生電動勢），而漏掉了由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化產(chǎn)生的電動勢（感生電動勢），像這種回路中既有動生電動勢又有感生電動勢的題目，是歷年高考都未曾涉及的，這就明確地給了我們一個信號：這樣的題目并不超綱，至少算個“不拘泥于大綱”。

例6．磁流體發(fā)電是一種新型發(fā)電方式，圖8和圖9是其工作原理示意圖。圖8中的長方體是發(fā)電導(dǎo)管，其中空部分的長、高、寬分別為l、a、b，前后兩個側(cè)面是絕緣體，上下兩個側(cè)面是電阻可略的導(dǎo)體電極，這兩個電極與負(fù)載電阻RL相連。整個發(fā)電導(dǎo)管處于圖9中磁場線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖所示。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)有電阻率為ρ的高溫、高速電離氣體沿導(dǎo)管向右流動，并通過專用管道導(dǎo)出。由于運(yùn)動的電離氣體受到磁場作用，產(chǎn)生了電動勢。發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)電離氣體流速隨磁場有無而不同。設(shè)發(fā)電導(dǎo)管內(nèi)電離氣體流速處處相同，且不存在磁場時電離氣體流速為v0，電離氣體所受摩擦阻力與流速成正比，發(fā)電導(dǎo)管兩端的電離氣體壓強(qiáng)差△p維持恒定，求：

（1）不存在磁場時電離氣體所受的摩擦阻力F多大；

（2）磁流體發(fā)電機(jī)的電動勢E的大小；

（3）磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)電導(dǎo)管的輸入功率P。

解析：（1）不存在磁場時，由力的平衡得F=ab△p

說明：本題屬于磁流體發(fā)電機(jī)的物理情境，重點(diǎn)考查學(xué)生應(yīng)用基本物理知識處理實(shí)際問題的能力，體現(xiàn)了高中階段處理問題的基本觀點(diǎn)：力的觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)，考查將實(shí)際復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為常規(guī)物理模型的能力。

三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的矩形線圈穿越有界勻強(qiáng)磁場問題

矩形線圈穿越有界勻強(qiáng)磁場問題與直流電路、力和運(yùn)動、動量和能量等知識點(diǎn)相聯(lián)系，同樣是電磁感應(yīng)中的典型綜合性問題。要求學(xué)生能夠熟練地對所遇到的問題進(jìn)行具體分析，弄清其中的物理狀態(tài)、物理過程和物理情境，找出其中起重要作用的因素及有關(guān)條件；能夠把一個復(fù)雜問題分解為若干較簡單問題，找出它們之間的聯(lián)系；能夠理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用物理知識綜合解決所遇到的問題。

例7．如圖10所示，將邊長為 a、質(zhì)量為m、電阻為 R 的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出，穿過寬度為 b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場，磁場的方向垂直紙面向里，線框向上離開磁場時的速度剛好是進(jìn)入磁場時速度的一半，線框離開磁場后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場。整個運(yùn)動過程中始終存在著大小恒定的空氣阻力 f 且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動。求：

（1）線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場時的速度v2；

（2）線框在上升階段剛離開磁場時的速度 v1；

（3）線框在上升階段通過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。

說明：本題為典型的舊題翻新類型，解答中務(wù)必抓準(zhǔn)各個物理過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，特別是每個力做功代表著什么樣的能量轉(zhuǎn)化，其中重力做功是線框動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化；空氣阻力做功是將機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化；克服安培力做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為線框的焦耳熱。

例8．均勻?qū)Ь€制成的單匝正方形閉合線框abcd，邊長為L，總電阻為R，總質(zhì)量為m。將其置于磁感強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場上方h處，如圖11所示，線框由靜止自由下落，線框平面保持在豎直平面內(nèi)，且cd邊始終與水平的磁場邊界平行。當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場時，

（1）求線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小；

（2）求cd兩點(diǎn)間的電勢差大小；

（3）若此時線框加速度恰好為零，求線框下落的高度h所應(yīng)滿足的條件。

說明：本題同課本中章節(jié)練習(xí)的習(xí)題相對應(yīng)，因而在復(fù)習(xí)物理知識的過程中還要重視課本中典型習(xí)題的復(fù)習(xí)。物理考什么，究竟怎樣復(fù)習(xí)效果好，主要還是基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí)。要合理的安排每一個章節(jié)的復(fù)習(xí)，特別是物理建模方面的復(fù)習(xí)，需要老師引導(dǎo)學(xué)生抓住課本，用學(xué)過的物理知識去研究、解釋發(fā)生在自己身邊的合適現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的能力。