高考中電磁感應類題目解析

朱秀慧

摘要：“電磁感應”不僅是電磁學的核心，也是每年高考的熱點和重點。本文通過列舉2015年高考真題，解析基礎知識考查和能力考查，并歸類解題的思路和技巧，以期為復習備考帶來啟示。

關鍵詞：法拉第電磁感應定律;楞次定律;動力學問題;能量問題;恒定電流問題

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1992-7711（2015）17-089-1

一、對基本概念、基本規律的理解的考查

電磁感應現象的基本規律主要是法拉第電磁感應定律和楞次定律。通過2015年高考試題，我們不難發現部分習題是對概念和規律的直接應用，但要能真正解決問題，不是靠機械記憶，而是深刻理解概念的內涵和外延，明了公式的含義，了解規律的適用范圍。比如匝數、有效長度、變化率的理解，在理解掌握基本知識的基礎上，面對新的情境才不會生搬硬套和是是而非的做題。

例：（2015年課標卷II第15題）如圖，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上。當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是

A. Ua>Uc，金屬框中無電流

B. Ub>Uc，金屬框中電流方向沿abca

C. Ubc=-12Bl2ω，金屬框中無電流

D. Uac=12Bl2ω，金屬框中電流方向沿acba

解析：產生感應電流的條件有兩個，電路閉合和磁通量發生變化，兩者缺一不可。金屬框和磁感線平行，磁通量始終為0，金屬框中無電流，B與D均錯誤。由右手定則可知bc中的感應電流由b指向c，ac中的感應電流由a指向c，bc和ac相當于電源，電源內部電流由低電勢指向高電勢，所以Uc>Ua，Uc>Ub。轉動切割，Ucb=Uca=12Bl2ω，所以選C。

點評：此題考查的是基礎規律，比較常規，但仍屬于透徹理解規律，題目難度極低;對規律理解不十分透徹，解決起來則是非常有難度的題。

二、電磁感應與其他章節知識的綜合

電磁感應可以與力學、運動學、電學等多個章節的知識相關聯形成綜合應用問題，此類題目綜合性強，知識能力要求高。需要學生多角度思考，通過邏輯推理及對物理過程和狀態的合理分析，找到切入點，綜合運用相關知識才能圓滿地解決相關問題。

例：（2015年上海卷第20題）如圖，光滑平行金屬導軌固定在水平面上，左端由導線相連，導體棒垂直靜置于導軌上構成回路。在外力F作用下，回路上方的條形磁鐵豎直向上做勻速運動。在勻速運動過程中外力F做功WF，磁場力對導體棒做功W1，磁鐵克服磁場力做功W2，重力對磁鐵做功WG，回路中產生的焦耳熱為Q，導體棒獲得的動能為Ek.則

A. W1=0B. W2-W1=Q

C. W1=EkD. WF+WG=Q+Ek

解析：理清能量的轉化關系并由能量守恒定律可知，磁鐵克服磁場力做功W2等于回路的電能，電能一部分轉化為內能，另一部分轉化為導體棒的機械能，即W2-W1=Q，B正確A錯誤;以導體棒為研究對象，由動能定理可知，磁場對導體棒所做的功等于導體棒動能的變化，即W1=Ek，C正確;外力對磁鐵做功與重力對磁鐵做功之和為回路中的電能，也等于回路中的焦耳熱和導體棒的內能，D正確。

點評：電磁感應的過程總是伴隨能量的轉化，即通過安培力做功實現其他形式能與電能之間的轉化，外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能。理清了能量的轉化之后在運用動能定理或者能量守恒來具體求解。

例：（2015年福建卷第18題）如圖，由某種粗細均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abcd，固定在水平面內且處于方向豎直向下的勻強磁場B中。一接入電路電阻為R的導體棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動，滑動過程PQ始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動的過程中

A. PQ中電流先增大后減小

B. PQ兩端電壓先減小后增大

C. PQ上拉力的功率先減小后增大

D. 線框消耗的電功率先減小后增大

解析：將導體棒等效為電源，導體棒部分就是內電路，其余部分是外電路。畫出等效的電路圖，線框的總電阻為3R，設PQ左側電路的電阻為Rx，

右側的電阻則為3R-Rx，電路的外電阻R外=Rx（3R-Rx）3R，外電阻先增大后減小，總電阻先增大后減小，總電流I=ER外+R先減小后增大，路端電壓即外電壓先增大后減小，A與B均錯誤。導體棒勻速運動，拉力等于安培力，安培力隨電流先減小后增大，拉力的功率P=FV=BILV，也先減小后增大，C正確。

外電阻R外=Rx（3R-Rx）3R的先增大后減小，且最大值為34R，均小于電源內阻R，由電源的輸出功率隨外電阻變化的圖像可知外電路消耗的功率先增大后減小，D錯誤。此題為選擇題，若采用極限法或特殊值的方法，求解會更加簡便。

點評：分析電磁感應與恒定電流問題的關鍵在于轉換物理模型，把電磁感應問題轉換為恒定的直流電路。產生感應電動勢的那部分導體相當于電源，其余部分則是外電路，畫出等效的電路圖。運用閉合電路歐姆定律和串并聯電路的知識求解電流、電壓、電功、電熱及功率的分配與變化。

總結：綜上所述，高考對電磁感應類問題，注重對基礎知識的考核，強調基礎知識的靈活運用與遷移，突出對學生能力的全面考查，很多題目都體現了對理解能力、推理能力、分析綜合能力以及運用數學方法處理物理問題的能力的考查。高考復習時只有踏踏實實掌握知識提高能力，方能決勝高考。