高考中電磁感應(yīng)類題目解析

朱秀慧

摘要：“電磁感應(yīng)”不僅是電磁學(xué)的核心，也是每年高考的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。本文通過列舉2015年高考真題，解析基礎(chǔ)知識(shí)考查和能力考查，并歸類解題的思路和技巧，以期為復(fù)習(xí)備考帶來啟示。

關(guān)鍵詞：法拉第電磁感應(yīng)定律;楞次定律;動(dòng)力學(xué)問題;能量問題;恒定電流問題

中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1992-7711（2015）17-089-1

一、對(duì)基本概念、基本規(guī)律的理解的考查

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基本規(guī)律主要是法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。通過2015年高考試題，我們不難發(fā)現(xiàn)部分習(xí)題是對(duì)概念和規(guī)律的直接應(yīng)用，但要能真正解決問題，不是靠機(jī)械記憶，而是深刻理解概念的內(nèi)涵和外延，明了公式的含義，了解規(guī)律的適用范圍。比如匝數(shù)、有效長(zhǎng)度、變化率的理解，在理解掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，面對(duì)新的情境才不會(huì)生搬硬套和是是而非的做題。

例：（2015年課標(biāo)卷II第15題）如圖，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長(zhǎng)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(chǎn)生感應(yīng)電流的條件有兩個(gè)，電路閉合和磁通量發(fā)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(cuò)誤。由右手定則可知bc中的感應(yīng)電流由b指向c，ac中的感應(yīng)電流由a指向c，bc和ac相當(dāng)于電源，電源內(nèi)部電流由低電勢(shì)指向高電勢(shì)，所以Uc>Ua，Uc>Ub。轉(zhuǎn)動(dòng)切割，Ucb=Uca=12Bl2ω，所以選C。

點(diǎn)評(píng)：此題考查的是基礎(chǔ)規(guī)律，比較常規(guī)，但仍屬于透徹理解規(guī)律，題目難度極低;對(duì)規(guī)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(yīng)與其他章節(jié)知識(shí)的綜合

電磁感應(yīng)可以與力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、電學(xué)等多個(gè)章節(jié)的知識(shí)相關(guān)聯(lián)形成綜合應(yīng)用問題，此類題目綜合性強(qiáng)，知識(shí)能力要求高。需要學(xué)生多角度思考，通過邏輯推理及對(duì)物理過程和狀態(tài)的合理分析，找到切入點(diǎn)，綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)才能圓滿地解決相關(guān)問題。

例：（2015年上海卷第20題）如圖，光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，左端由導(dǎo)線相連，導(dǎo)體棒垂直靜置于導(dǎo)軌上構(gòu)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(yùn)動(dòng)。在勻速運(yùn)動(dòng)過程中外力F做功WF，磁場(chǎng)力對(duì)導(dǎo)體棒做功W1，磁鐵克服磁場(chǎng)力做功W2，重力對(duì)磁鐵做功WG，回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q，導(dǎo)體棒獲得的動(dòng)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(zhuǎn)化關(guān)系并由能量守恒定律可知，磁鐵克服磁場(chǎng)力做功W2等于回路的電能，電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的機(jī)械能，即W2-W1=Q，B正確A錯(cuò)誤;以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象，由動(dòng)能定理可知，磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒所做的功等于導(dǎo)體棒動(dòng)能的變化，即W1=Ek，C正確;外力對(duì)磁鐵做功與重力對(duì)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(dǎo)體棒的內(nèi)能，D正確。

點(diǎn)評(píng)：電磁感應(yīng)的過程總是伴隨能量的轉(zhuǎn)化，即通過安培力做功實(shí)現(xiàn)其他形式能與電能之間的轉(zhuǎn)化，外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。理清了能量的轉(zhuǎn)化之后在運(yùn)用動(dòng)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(xì)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(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。一接入電路電阻為R的導(dǎo)體棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v勻速滑動(dòng)，滑動(dòng)過程PQ始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計(jì)摩擦。在PQ從靠近ad處向bc滑動(dòng)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(dǎo)體棒等效為電源，導(dǎo)體棒部分就是內(nèi)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(shè)PQ左側(cè)電路的電阻為Rx，

右側(cè)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(cuò)誤。導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)，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(nèi)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(cuò)誤。此題為選擇題，若采用極限法或特殊值的方法，求解會(huì)更加簡(jiǎn)便。

點(diǎn)評(píng)：分析電磁感應(yīng)與恒定電流問題的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)換物理模型，把電磁感應(yīng)問題轉(zhuǎn)換為恒定的直流電路。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，其余部分則是外電路，畫出等效的電路圖。運(yùn)用閉合電路歐姆定律和串并聯(lián)電路的知識(shí)求解電流、電壓、電功、電熱及功率的分配與變化。

總結(jié)：綜上所述，高考對(duì)電磁感應(yīng)類問題，注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的考核，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用與遷移，突出對(duì)學(xué)生能力的全面考查，很多題目都體現(xiàn)了對(duì)理解能力、推理能力、分析綜合能力以及運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理物理問題的能力的考查。高考復(fù)習(xí)時(shí)只有踏踏實(shí)實(shí)掌握知識(shí)提高能力，方能決勝高考。