例析“三種觀點”在處理電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合題中的效用

田冬冬

【摘要】電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合試題一直是困擾學(xué)生的難題之一，在考查中多數(shù)以綜合計算題的形式出現(xiàn)，筆者在本文中采取理論與案例相結(jié)合的方式，重點從三個方面進(jìn)行剖析解決電磁學(xué)綜合試題的方法和措施，以饗讀者。

【關(guān)鍵詞】電磁感應(yīng) 綜合問題 觀點 效用

電磁學(xué)是高中物理課程教學(xué)中的重點和難點，電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合題是每年高考必考試題之一，這類試題多數(shù)以壓軸題的形式出現(xiàn)，對學(xué)生的邏輯思維能力要求較高，給不少學(xué)生帶來了麻煩；筆者從自身的教學(xué)實踐出發(fā)，借助于幾道典型的案例分析，從三個角度重點闡述處理這類問題的具體方式與手段，希望能給讀者帶來一定的幫助。

一、根據(jù)“力學(xué)的觀點”處理電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合試題

只要涉及到速度、加速度、運動狀態(tài)的判斷等情況，應(yīng)當(dāng)牢牢樹立“瞬時”的意識，分析清楚受力情況，進(jìn)行清晰的受力分析，并通過牛頓第二定律和運動學(xué)公式列出方程求解。并且在這個過程中要特別注意無具體數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的多解情況。

例1：如圖1所示，導(dǎo)體棒 可在豎直平面內(nèi)足夠長的金屬導(dǎo)軌上無摩擦的滑動，導(dǎo)軌間距 ，導(dǎo)體棒 的電阻為 ，質(zhì)量 ，勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向內(nèi)且 ，當(dāng)導(dǎo)體棒自由下落 時，立即接通電鍵 ，試求：（1）分析電鍵接通后 棒運動情況；（2）最終 棒勻速下落的速度為多少？

解析：（1）電鍵 閉合的瞬間 速度 則 大于重力 則 即 向下做加速度不斷減小的加速運動，直至安培力等于重力時變成勻速直線運動。（2）勻速運動時： 即

點評：本題主要考查力與運動相關(guān)知識和規(guī)律，解題的關(guān)鍵在于利用牛頓第二定律分析導(dǎo)體棒 運動特點，抓住瞬時速度和加速度發(fā)分析，值得注意的是導(dǎo)體棒切割磁感線構(gòu)成回路時棒存在一定的初速度，必須要先判斷安培力與重力的關(guān)系，才能確定運動的特征。

二、根據(jù)“能量的觀點”處理電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合試題

能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律之一，在電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合試題中應(yīng)該充分認(rèn)識到：“摩擦力做功，有內(nèi)能升高；重力做功，可能有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做功就實現(xiàn)電能與它形式的能轉(zhuǎn)化”，利用能量守恒定律進(jìn)行處理綜合試題是可取的辦法之一。

例2：如圖2-甲所示，放置在光滑絕緣水平面上的正方形金屬線框邊長 ，質(zhì)量 ，整個裝置放在方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的勻強(qiáng)磁場中，線框的一邊與磁場邊界 重合，線框在水平力作用下由靜止開始向左運動，經(jīng)過 線框被拉出磁場，線框中電流與時間的變化圖像如圖2-乙所示，在此過程中：（1）通過線框?qū)Ь€截面的電量和線框的電阻；（2）水平力 隨時間變化的表達(dá)式；（3）若在線框被拉出的 過程中水平力 做功為 ，則在此過程中線框產(chǎn)生的焦耳熱為多少？

解析：（1）由 圖像可得在 內(nèi)通過線框?qū)Ь€截面的電量為圖線與 軸圍成的面積， ；由于 則 ；（2）感應(yīng)電流 即 ，由 圖像可知 則 ，根據(jù)牛頓第二定律得到： 即 （ ）；（3）線框從磁場中拉出的瞬時速度 ；根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，線框中產(chǎn)生的焦耳熱

點評：本題涉及牛頓運動定律、電磁感應(yīng)、運動學(xué)規(guī)律、能量守恒、圖像知識等方面的考查，綜合性比較高，題目中加速度恒定是本題的明顯特征之一，對學(xué)生利用所學(xué)知識處理實際問題的能力要求較高，提醒一線教師在平時的教學(xué)中應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

三、根據(jù)“動量的觀點” 處理電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合試題

例3：如圖3所示，質(zhì)量為 的金屬桿放置于導(dǎo)軌間距為 的光滑的平行導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌左端連接的電阻阻值為 ，其他電阻不計，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面，現(xiàn)給金屬桿一個水平向右的初速度 ，然后任其運動，導(dǎo)軌足夠長，試求：（1）電阻 上產(chǎn)生的最大熱量；（2）金屬桿在導(dǎo)軌上向右移動的最大距離是多少？

解析：（1）金屬桿在安培力的作用下，最后處于靜止?fàn)顟B(tài)。由能量守恒得電阻 上產(chǎn)生的最大熱量為： ；（2）金屬桿運動至最大距離的過程中通過導(dǎo)體棒截面的電量 ，對棒運用動量定理可得： 即 則

點評：本題主要考查能量守恒、動量定理等知識和規(guī)律，解題關(guān)鍵之處是確定通過金屬棒的電量，從兩個方面求出電量，建立等量關(guān)系進(jìn)行求解，要求學(xué)生平時注重物理規(guī)律的理解和應(yīng)用。

總而言之，高中物理電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題是高中物理的難點，對于物理問題的處理，以上三種觀點的處理方式并不是孤立的，在處理實際問題的時候，常常會綜合、靈活的運用它們，從而獲取最佳的解題方案，作為一線的高中物理教師在平時的教學(xué)中，應(yīng)該多角度引導(dǎo)學(xué)生理解處理問題的有效方法與規(guī)律，進(jìn)而促進(jìn)課堂教學(xué)效率的提升。

【參考文獻(xiàn)】

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