電磁感應(yīng)能量問題求解的探討

(江蘇省泗洪中學(xué)，江蘇 泗洪 223900)

電磁感應(yīng)能量問題求解是高考中比較有難度的綜合問題，它融合了動(dòng)力學(xué)、電路、動(dòng)能定理、能量守恒等知識(shí)，

1 電磁感應(yīng)中電能求解的方法

電磁感應(yīng)能量問題考查了學(xué)生縝密的過程分析能力，很多時(shí)候?qū)W生會(huì)被復(fù)雜多變的過程和多變的解題的方法所困惑，往往對(duì)電磁感應(yīng)的能量綜合問題望而卻步.筆者在教學(xué)過程中做了認(rèn)真探索.

電磁感應(yīng)中電能的求解方法有三種，如圖1所示：

圖1

方法1：產(chǎn)生的電能哪來的？從能量守恒的角度，產(chǎn)生的電能一定是減少的其他形式的能轉(zhuǎn)化而來，這個(gè)方法適用于能充分掌控其他形式能的變化的這類題目.這一方法實(shí)用性高，對(duì)學(xué)生的綜合分析能力有一定的要求.

方法2：產(chǎn)生的電能是通過什么方式轉(zhuǎn)化的？從功能關(guān)系的角度看，產(chǎn)生電能的多少等于克服安培力所做的功，這個(gè)功能關(guān)系非常重要，但是運(yùn)用這個(gè)方法必須要能求出安培力做功.若安培力是恒力或能夠轉(zhuǎn)化為恒力的變力，可直接求得克服安培力做功.絕大多數(shù)情況是通過動(dòng)能定理間接的求出克服安培力做功.

方法3：產(chǎn)生的電能哪去了？從電路的能量轉(zhuǎn)化角度看，通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.如果是內(nèi)能，這個(gè)方法是有一定條件的：電路必須是純電阻電路，且產(chǎn)生的電流是恒定值或可求有效值的變化電流，如：均勻變化的電流，正弦式交流電等.再結(jié)合焦耳定律可以求解.

無(wú)論選擇哪種方法，都要根據(jù)解題的方便來選用，只有恰當(dāng)之分，有時(shí)可能三種方法都是可行的.

2 做好題型分析，不下題海早登岸

2．1 兩種常見研究對(duì)象，導(dǎo)體棒和矩形線框產(chǎn)生的題型變化

從本質(zhì)上來看，矩形線框?qū)嶋H上就是上下邊兩次切割磁感線，實(shí)際還是導(dǎo)體棒模型.但是導(dǎo)體棒和矩形線框處理實(shí)際問題還是略有不同，比如在下落高度和能量轉(zhuǎn)化的計(jì)算上，矩形線框要略顯復(fù)雜點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的過程分析要求更高點(diǎn).

2．2 三種常見的物理情境產(chǎn)生的題型變化

電磁感應(yīng)的眾多題目中，研究的物理情境通常有三種：水平面的切割，豎直面的切割，斜面的切割.三種情形受力、運(yùn)動(dòng)、能量的轉(zhuǎn)化各不相同，但是研究的方法和思路卻是相通的，圖2就表示了導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的三種情形.

圖2

2．3 有無(wú)阻力和其他外力的題型變化

沒有阻力的問題相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單.有阻力的問題在受力分析和運(yùn)動(dòng)分析方面比較復(fù)雜，且能量轉(zhuǎn)化中增加了由阻力產(chǎn)生的系統(tǒng)內(nèi)能.若有其他外力的存在，在受力分析和能量轉(zhuǎn)化方面應(yīng)遵循實(shí)事求是的原則.

3 訓(xùn)練縝密的思維，加強(qiáng)規(guī)范解答的要求

在求解的過程中，縝密的思維體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)研究對(duì)象受力分析、研究過程的確定、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定中.

規(guī)范的解答體現(xiàn)在必要的文字說明，合理的解答順序和規(guī)范的方程書寫.很多同學(xué)在思維和知識(shí)體系上問題不是太大，但是在規(guī)范答題中存在很多的問題，比如沒有必要的文字說明，公式中少了一些物理量，或方程列得不倫不類，既不是能量守恒定律，又不是動(dòng)能定理，這些都需要課堂評(píng)講習(xí)題時(shí)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào).

圖3

如圖3所示，在水平地面MN上方空間存在一垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，上邊界EF距離地面的高度H=0.7m.正方形金屬線框abcd的質(zhì)量m=0.1kg、邊長(zhǎng)L=0.1m，總電阻R=0.02Ω，開始時(shí)線框在磁場(chǎng)上方，ab邊距離EF高度h=0.2m，然后由靜止開始自由下落，abcd始終在豎直平面內(nèi)且ab保持水平.求線框從開始運(yùn)動(dòng)到ab邊剛要落地的過程中線框中產(chǎn)生的電能E.(g取10m/s2)

圖4

解法一：如圖4所示，從能量守恒角度，可以從OC或AC過程入手研究.

AC:mgL=E

解法二：從動(dòng)能定理和安培力做功角度解題：

AC:mgL-W克安=0，W克安=E.

解法三：?jiǎn)渭儚膹陌才嗔ψ龉嵌冉忸}:E=F安L=BIL·L=mgL

解法四：從電路產(chǎn)生焦耳熱角度解題：E=Q=I2Rt，式中t=L/v，I=BLv/R，注意到BIL=mg，同樣可得到E=mgL.

在本題的解答過程中，OA、AC兩種不同的過程選擇對(duì)學(xué)生的思維訓(xùn)練和視野的開拓都有一定的幫助.建議老師們?cè)谠u(píng)講時(shí)能多用“一題多法，一法多角度”的解題策略，拓寬學(xué)生的視野，以滿足不同能力的學(xué)生的需求.