高中物理之電磁感應解題技巧

◎ 張 哲

電磁感應最早是由法拉第發現的，它明確了電和磁兩者之間的關系，這為電磁感應在實際生活中的應用帶來了巨大的幫助。在高中物理教學過程中，教師可以引導、啟發學生將自己對電磁感應知識點的理解和生活中發現的相關現象融入教學，培養學生對物理的學習興趣，特別是提高學生通過觀察物理實驗進而對實驗過程中知識點的歸納能力以及學生通過觀察和學習實現自我分析、自我解答的能力。

一、能量轉化題目解題思路

動能定理和機械能守恒是在解決能量轉化題目時最常用的原理。要想解決能量轉化題目，就必須把握這兩個原理。動能定理是指合外力做的功等于物體動能的變化。利用動能定理解決能量轉化問題，首先要計算合外力做功的大小，然后計算物體運動過程中的動能變化即可。功的大小是由物體在力的方向上通過的距離和力的乘積。在高中物理學習階段，求解做功的情況大多為兩種：一是重力和彈力做功時，功的大小只受物體的初末位置影響；二是在有摩擦力的影響下，功的大小不只與位移有關，還與路徑有關。機械能是由動能和勢能構成的，勢能又可以分為彈性勢能和重力勢能。機械能守恒的前提是不受阻力、摩擦力等非保守力的影響，也就是說，物體只受重力和彈力，或是有其他力存在但并不做功的情況下才能使用機械守恒定理進行計算。機械能守恒是指在系統內部，初始狀態下的機械能總和與末狀態下的機械能總和相等，換句話說，就是在物體運動過程中，系統內減少的勢能大小與增加的動能相同。如果系統內有除了重力和彈力以外的力做功，這個力做的是正功，則系統中的機械能增加；反之，這個力做的是負功，則系統內的機械能減少。

二、能量轉化在題目中的應用

1.在傳送帶類題目中的應用

傳送帶類題目是能量轉化問題中常見的一種題型。一般來說，考查的內容包括兩個方面：一方面是考查傳送帶中的運動和力的問題，另一方面則是傳送帶中的能量和功的問題。能量和功的考查難度往往大于運動和力的考查難度。但無論是解決哪種類型的題目，都可以從上文所述的機械能守恒和動能定理入手，合理運用兩種原理就可以快速找到解題思路，從而解決問題。

2.在電磁感應題目中的應用

電磁感應也是能量轉化問題的重要考查點。一般來說，都是在安培力做功的絕對值與電路中產生的電能相等的前提下，對安培力做功轉化為其他形式的能量的分析。在解決這類問題時，首先要明確題目中給出的電磁感應系統里能量轉化的途徑，然后再結合機械能守恒定理和動能定理分析、解決問題。例如，AB和CD是兩根足夠長的金屬導體，AB和CD之間的距離是L，且與水平面之間的夾角為θ，存在于金屬導體垂直的勻強磁場，磁感應強度為B1，在導體上端放有一個電阻，其電阻值為R，垂直于導體的一個金屬棒ab從靜止開始，由導體頂端下滑，求金屬棒在下滑過程中的最大速度。拿到題目可以這樣分析：金屬棒ab受重力G、支持力F、摩擦力f、安培力F安的作用。由力學分析可以知道，金屬棒ab是先做加速運動，后做加速度減小的加速運動，當安培力F安和摩擦力f與重力向下的分力相等時，加速度為零，此時速度達到最大，此后金屬棒將做勻速直線運動。這是因為在下滑的過程中，金屬棒切割磁感線產生了動生電動勢，由電磁感應定律可知，E=BLv，隨著速度的增大，電動勢也會隨之增大，產生的安培力也會逐漸增大，最后達到與重力分力和摩擦力平衡的效果，此時加速度為零，使速度達到最大。通過受力平衡求出安培力，然后求出最大速度。具體計算過程不再贅述。做完題目可以總結解題技巧：對于電磁感應定理與力學結合的題目，首先要確定分析對象的受力情況，再做受力分析，根據各量之間的關系分析對象可能的運動情況，再做相應的計算。一般的物理過程為金屬棒切割磁感線產生電動勢，從而產生電流，使金屬棒受到安培力F安的作用，這個力為阻力，使加速度減小，直至加速度為零，狀態達到穩定，速度達到最大。所以，解題最重要的步驟就是要把握受力分析及金屬棒在運動過程中各個量的動態變化，直至狀態穩定為止。

電磁感應定律在電與磁之間起到了很好的轉化作用，解釋了電流周圍磁場的現象，同時也在電流產生磁場，磁場引起電流中起到了至關重要的作用，將物理電磁方面的發展推向了一個全新的高度。如今，物理屆對電磁電流方面的研究仍未結束，也不會結束，相信隨著社會和科技的不斷發展，在不久的將來，物理學將會迎來一個全新的局面。