突破高考之電磁感應中的動力學及能量問題研究

凌維

【摘要】本文通過對電源及電動勢的分析，確定安培力的變化情況，安培力的變化情況又會影響導體棒的運動．同時，分析電磁感應中能量轉化的形式，以及能量守恒定律在電磁感應中的應用．通過對例題的研究，深入探討電磁感應中動力學和能量問題的本質，希望能為讀者提供有益的參考．

【關鍵詞】高中物理；電磁感應；力學問題

電磁感應問題是電磁學中非常重要的內容之一，它不僅與電路問題密切相關，還涉及到動力學問題和能量問題．磁通量發生變化的回路或切割磁感線的導體將產生感應電動勢，該回路或導體相當于電源，若與其他部分構成閉合回路，回路中會產生感應電流，從而產生熱量，導體棒就會受到安培力的作用.弄清電磁感應中的動力學問題和能量問題是突破高考電磁學內容難點的重要舉措．

1 ?突破電磁感應中的動力學問題

例1 如圖1所示，傾角為α=37°的光滑斜面固定在水平面上，斜面上靠近下端有一個平行邊界與斜面底邊平行的勻強磁場區域，磁感應強度大小B=1T．寬度d=0.5m的 “U”形金屬導軌MNPQ置于斜面上端，長度與導軌的寬度相同的金屬棒ab置于導軌上，兩者接觸良好且導軌PN部分、金屬棒ab都始終與磁場邊界平行．某時刻金屬導軌與金屬棒同時由靜止釋放，運動一段時間后金屬導軌PN部分剛進入磁場，導軌開始勻速運動．PN離開磁場瞬間金屬棒ab恰好進入磁場．已知金屬導軌質量M=0.1kg，電阻不計；金屬棒ab質量m=0.1kg，電阻R=0.75Ω，金屬棒與導軌間的動摩擦因數μ=0.5，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力；磁場寬度s=的4.5m，重力加速度 g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

（1）釋放時金屬導軌的底邊NP到磁場上邊界的距離；

（2）釋放時金屬導軌的底邊NP與金屬棒的距離；

（3）金屬棒ab進入磁場瞬間的加速度大小．

點評 解決電磁感應中的能量問題時，首先要弄清做功的力有哪些，這些力做功的過程中能量是如何相互轉化的，最后結合功能關系或能量守恒定律求解．

3 結語

通過對含安培力在內的力的做功分析和能量轉化的分析，探討電磁感應中的動力學和能量問題．可以看出，這類問題的分析離不開研究的對象——電路，因此，在研究電磁感應問題時，需要綜合考慮電路、力學和能量等多個方面的因素，才能順利解決這類綜合問題．

參考文獻：

［1］張磊.電磁感應中的電路、圖像和動力學問題［J］.高中數理化，2022（24）：32-33.

［2］婁國華.例析電磁感應中的能量問題［J］.廣西物理，2023，44（01）：208-210.

［3］余永軍.例談電磁感應中的能量問題［J］.中學物理教學參考，2016，45（04）：71-72.

［4］鄭俊杰.解析電磁感應規律綜合應用的四類問題［J］.中學物理，2016，34（11）：85-86.

［5］寧鵬程.力學規律在電磁感應中的應用［J］.中學生理科應試，2018（10）：28-31.