電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用

郭建

電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用問題涉及力學(xué)知識（如牛頓運(yùn)動定律、功、動能定理、能量守恒定律等）、電學(xué)知識（如電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路知識、磁場知識等）多個知識點(diǎn)，高考對本部分內(nèi)容的要求較高，在選擇題中考查楞次定律、電磁感應(yīng)中的圖象問題、能量轉(zhuǎn)化問題. 在計(jì)算題中，難度中等偏上，往往以導(dǎo)體棒或?qū)Ь€框?yàn)楸尘?，綜合應(yīng)用電路知識、法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓運(yùn)動定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒分析解決問題.

考點(diǎn)1 電磁感應(yīng)的電路問題

1. 問題概括

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果回路閉合，則有感應(yīng)電流；回路不閉合，則只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而不產(chǎn)生感應(yīng)電流. 這跟穩(wěn)恒直流電路類似，不論外電路是否閉合，電源電動勢總是存在的，但只有當(dāng)外電路閉合時，電路中才會有電流. 所以，可以把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的回路，等效為穩(wěn)恒直流電路中的電源.

2. 分析方法

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為電路的電源，那么，它的電阻就是電源的內(nèi)電阻；用右手定則或楞次定律確定的電流方向就是內(nèi)電路的電流方向，是從電勢低的負(fù)極流向電勢高的正極；它兩端的電壓就是電路的端電壓. 其余部分導(dǎo)體就是外電路，就是用電器. 這樣，就把電磁感應(yīng)電路等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，使問題得以轉(zhuǎn)化、簡化.

方法概述 解決電磁感應(yīng)中的電路問題三步曲：

1. 確定電源. 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源求感應(yīng)電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向.

3. 利用電路規(guī)律求解. 主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解.

2. 分析方法

兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L.M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻. 一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直. 整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下. 導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略. 讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦.

點(diǎn)評 此題為桿切割磁感線的動力學(xué)模型，首先在垂直于導(dǎo)體的平面內(nèi)對導(dǎo)體進(jìn)行受力分析，然后分析導(dǎo)體的運(yùn)動，由于安培力隨速度變化而變化，這個運(yùn)動開始通常是變加速運(yùn)動，然后做穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動，最后用牛頓運(yùn)動定律、能量關(guān)系解題.

方法概述 電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況，運(yùn)動情況的動態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)，抓住，速度[v]達(dá)最大值特點(diǎn).

1. 問題概括

（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程.

（2）電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功. 此過程中，其他形式的能轉(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轉(zhuǎn)化為電能.

（3）當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程. 安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.

2. 分析方法

點(diǎn)評 本題是一個動態(tài)變化的過程，涉及動力學(xué)、電磁感應(yīng)、閉合電路及功能關(guān)系等多方面內(nèi)容，考查學(xué)生對物理過程分析及知識的綜合運(yùn)用能力.

方法概述 分析電磁感應(yīng)中功能關(guān)系類問題時要牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律和線索，找出研究過程中有哪些力做功，就可以確定有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，如摩擦力對系統(tǒng)做負(fù)功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功時，一般會有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功時其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，做正功時電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能等.endprint

電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用問題涉及力學(xué)知識（如牛頓運(yùn)動定律、功、動能定理、能量守恒定律等）、電學(xué)知識（如電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路知識、磁場知識等）多個知識點(diǎn)，高考對本部分內(nèi)容的要求較高，在選擇題中考查楞次定律、電磁感應(yīng)中的圖象問題、能量轉(zhuǎn)化問題. 在計(jì)算題中，難度中等偏上，往往以導(dǎo)體棒或?qū)Ь€框?yàn)楸尘?，綜合應(yīng)用電路知識、法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓運(yùn)動定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒分析解決問題.

考點(diǎn)1 電磁感應(yīng)的電路問題

1. 問題概括

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果回路閉合，則有感應(yīng)電流；回路不閉合，則只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而不產(chǎn)生感應(yīng)電流. 這跟穩(wěn)恒直流電路類似，不論外電路是否閉合，電源電動勢總是存在的，但只有當(dāng)外電路閉合時，電路中才會有電流. 所以，可以把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的回路，等效為穩(wěn)恒直流電路中的電源.

2. 分析方法

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為電路的電源，那么，它的電阻就是電源的內(nèi)電阻；用右手定則或楞次定律確定的電流方向就是內(nèi)電路的電流方向，是從電勢低的負(fù)極流向電勢高的正極；它兩端的電壓就是電路的端電壓. 其余部分導(dǎo)體就是外電路，就是用電器. 這樣，就把電磁感應(yīng)電路等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，使問題得以轉(zhuǎn)化、簡化.

方法概述 解決電磁感應(yīng)中的電路問題三步曲：

1. 確定電源. 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源求感應(yīng)電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向.

3. 利用電路規(guī)律求解. 主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解.

2. 分析方法

兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L.M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻. 一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直. 整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下. 導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略. 讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦.

點(diǎn)評 此題為桿切割磁感線的動力學(xué)模型，首先在垂直于導(dǎo)體的平面內(nèi)對導(dǎo)體進(jìn)行受力分析，然后分析導(dǎo)體的運(yùn)動，由于安培力隨速度變化而變化，這個運(yùn)動開始通常是變加速運(yùn)動，然后做穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動，最后用牛頓運(yùn)動定律、能量關(guān)系解題.

方法概述 電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況，運(yùn)動情況的動態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)，抓住，速度[v]達(dá)最大值特點(diǎn).

1. 問題概括

（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程.

（2）電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功. 此過程中，其他形式的能轉(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轉(zhuǎn)化為電能.

（3）當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程. 安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.

2. 分析方法

點(diǎn)評 本題是一個動態(tài)變化的過程，涉及動力學(xué)、電磁感應(yīng)、閉合電路及功能關(guān)系等多方面內(nèi)容，考查學(xué)生對物理過程分析及知識的綜合運(yùn)用能力.

方法概述 分析電磁感應(yīng)中功能關(guān)系類問題時要牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律和線索，找出研究過程中有哪些力做功，就可以確定有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，如摩擦力對系統(tǒng)做負(fù)功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功時，一般會有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功時其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，做正功時電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能等.endprint

電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用問題涉及力學(xué)知識（如牛頓運(yùn)動定律、功、動能定理、能量守恒定律等）、電學(xué)知識（如電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路知識、磁場知識等）多個知識點(diǎn)，高考對本部分內(nèi)容的要求較高，在選擇題中考查楞次定律、電磁感應(yīng)中的圖象問題、能量轉(zhuǎn)化問題. 在計(jì)算題中，難度中等偏上，往往以導(dǎo)體棒或?qū)Ь€框?yàn)楸尘?，綜合應(yīng)用電路知識、法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓運(yùn)動定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒分析解決問題.

考點(diǎn)1 電磁感應(yīng)的電路問題

1. 問題概括

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果回路閉合，則有感應(yīng)電流；回路不閉合，則只產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而不產(chǎn)生感應(yīng)電流. 這跟穩(wěn)恒直流電路類似，不論外電路是否閉合，電源電動勢總是存在的，但只有當(dāng)外電路閉合時，電路中才會有電流. 所以，可以把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的回路，等效為穩(wěn)恒直流電路中的電源.

2. 分析方法

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為電路的電源，那么，它的電阻就是電源的內(nèi)電阻；用右手定則或楞次定律確定的電流方向就是內(nèi)電路的電流方向，是從電勢低的負(fù)極流向電勢高的正極；它兩端的電壓就是電路的端電壓. 其余部分導(dǎo)體就是外電路，就是用電器. 這樣，就把電磁感應(yīng)電路等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，使問題得以轉(zhuǎn)化、簡化.

方法概述 解決電磁感應(yīng)中的電路問題三步曲：

1. 確定電源. 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源求感應(yīng)電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向.

3. 利用電路規(guī)律求解. 主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解.

2. 分析方法

兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L.M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻. 一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直. 整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下. 導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略. 讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦.

點(diǎn)評 此題為桿切割磁感線的動力學(xué)模型，首先在垂直于導(dǎo)體的平面內(nèi)對導(dǎo)體進(jìn)行受力分析，然后分析導(dǎo)體的運(yùn)動，由于安培力隨速度變化而變化，這個運(yùn)動開始通常是變加速運(yùn)動，然后做穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動，最后用牛頓運(yùn)動定律、能量關(guān)系解題.

方法概述 電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況，運(yùn)動情況的動態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)，抓住，速度[v]達(dá)最大值特點(diǎn).

1. 問題概括

（1）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過程.

（2）電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應(yīng)電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功. 此過程中，其他形式的能轉(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轉(zhuǎn)化為電能.

（3）當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程. 安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.

2. 分析方法

點(diǎn)評 本題是一個動態(tài)變化的過程，涉及動力學(xué)、電磁感應(yīng)、閉合電路及功能關(guān)系等多方面內(nèi)容，考查學(xué)生對物理過程分析及知識的綜合運(yùn)用能力.

方法概述 分析電磁感應(yīng)中功能關(guān)系類問題時要牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律和線索，找出研究過程中有哪些力做功，就可以確定有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，如摩擦力對系統(tǒng)做負(fù)功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功時，一般會有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功時其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，做正功時電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能等.endprint