例談以“電磁感應(yīng)”為核心的四種綜合應(yīng)用問題

以“電磁感應(yīng)”為核心的應(yīng)用，是物理高考的重點、難點和熱點問題。它經(jīng)常結(jié)合電路、力學(xué)、圖像問題及能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識，以綜合性的題目出現(xiàn)。為了突破重點和難點問題，筆者把以“電磁感應(yīng)”為核心的問題歸納為四類，分類進(jìn)行學(xué)習(xí)。

一、圖像問題

它是指由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出圖像，或由給定的圖像分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量。

例1.如圖1所示，空間存在兩個磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向相反，且垂直于紙面，MN、PQ為其邊界，O'為其對稱軸。一導(dǎo)線折成邊長為I的正方形閉合回路abcd，回路在紙面內(nèi)以恒定速度vo向右運動，當(dāng)運動到關(guān)于O'對稱的位置時（ ）

A．穿過回路的磁通量為零

B．回路中感應(yīng)電動勢大小為2BIv0

C．回路中感應(yīng)電流的方向為順時針方向

D．回路中ab邊與cd邊所受安培力方向相同

解析：本題考查了磁通量、法拉第電磁感應(yīng)定律，以及考生的分析能力。線框關(guān)于O'對稱時，左右兩側(cè)磁通量大小相等，磁場方向相反，合磁通量為0；根據(jù)右手定則知，回路中感應(yīng)電流方向為逆時針，兩電源串聯(lián)，且大小均為BIv0，所以閉合電路的總電動勢為2BIv0；根據(jù)左手定則，ab和cd邊所受安培力方向均向左，方向相同，故正確的選項為ABD。

二、動力問題

它是指力和運動的關(guān)系問題。

三、電路問題

它是指切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量的變化的回路相當(dāng)于電源——直流電路的分析與計算。

四、能量問題

它是指產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，即能量轉(zhuǎn)化的過程。

電磁感應(yīng)過程中有外力克服安培力做功，其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。感應(yīng)電流通過用電器，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能。

例2.如圖2所示，質(zhì)量m1=0.1kg，電阻R1=0.3Ω，長度l=0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬框架上。框架質(zhì)量m2=0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，相距0.4m的MM'、NN'相互平行，電阻不計且足夠長。電阻R2=0.1Ω的MN垂直于MM'。整個裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。垂直于ab施加F=2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM'、NN'保持良好接觸，當(dāng)ab運動到某處時，框架開始運動。設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s。

(1)求框架開始運動時，導(dǎo)體棒ab速度v的大??；

（2）從導(dǎo)體棒ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1J，求該過程中導(dǎo)體棒ab位移x的大小。

解析：（1）ab對框架的壓力F1=m1g，框架受水平面的支持力FN=m2g+F1。

依題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2=μFN。

ab中的感應(yīng)電動勢E=Blv

MN中電流I=■，

MN受到的安培力F安=IlB，

框架開始運動時F安=F2，

由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v=6m/s。

（2）閉合回路中產(chǎn)生的總熱量Q總=■Q，

由能量守恒定律，得Fx=■m1v2+Q總。

代入數(shù)據(jù)解得x=1.1m。

（作者單位：江西省贛州市贛縣中學(xué)）