淺議2017年高考新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷一道選擇題的解析

李池 俞建操

摘 ? 要：文章對(duì)2017年高考理綜新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷第18題的參考解析提出了質(zhì)疑，對(duì)中學(xué)物理教學(xué)中常被師生忽略的動(dòng)生電磁感應(yīng)的一種特殊情形提出建議。

關(guān)鍵詞：高考題解析;電磁感應(yīng);楞次定律

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2019）11-0043-2

2017年高考理綜新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷第18題是一道有關(guān)電磁感應(yīng)的試題。該題以物理知識(shí)在現(xiàn)代高科技中的應(yīng)用為載體，主要考查學(xué)生對(duì)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件以及楞次定律的理解。

題目如下：

掃描隧道顯微鏡（STM）可用來(lái)探測(cè)樣品表面原子尺寸上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場(chǎng)來(lái)快速衰減其微小振動(dòng)，如圖1所示。無(wú)擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒定磁場(chǎng);出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是（ ? ?）

該題的答案為A選項(xiàng)，參考解析如下：

由于所加磁場(chǎng)屬于恒定磁場(chǎng)，當(dāng)紫銅薄板上下及左右振動(dòng)時(shí)，穿過板的磁通量可能發(fā)生變化，所以板內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。再由楞次定律[1]可得，感應(yīng)電流會(huì)受到原磁場(chǎng)的安培力作用而阻礙板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而衰減紫銅薄板的振動(dòng)。

B和D選項(xiàng)所示的情境中，紫銅薄板上下微小振動(dòng)時(shí)，磁通量不變而不產(chǎn)生感應(yīng)電流;C選項(xiàng)所示的情境中，紫銅薄板上下和左右微小振動(dòng)時(shí)，磁通量都不變，都不產(chǎn)生感應(yīng)電流;只有A選項(xiàng)所描述的情境，在紫銅薄板上下及左右微小振動(dòng)時(shí)，穿過板的磁通量都會(huì)發(fā)生變化。所以，相比之下A選項(xiàng)的方案最有效。

當(dāng)筆者將該題作為例題按上述思路給學(xué)生分析時(shí)，班上幾個(gè)優(yōu)生對(duì)此提出了不同的看法。為了說(shuō)明學(xué)生的觀點(diǎn)，先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的模型。

如圖2所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做垂直切割磁感線的運(yùn)動(dòng)。棒的速度為v。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體棒內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E， 且

從公式可以看出，若棒的速度增大，電動(dòng)勢(shì)也將增大，這就要求導(dǎo)體棒內(nèi)的自由電荷必須繼續(xù)定向移動(dòng)，這樣就有電流產(chǎn)生;同理，當(dāng)速度反向時(shí)，導(dǎo)體棒內(nèi)將產(chǎn)生相反方向的感應(yīng)電流。而不管是哪個(gè)方向的電流，都會(huì)受到安培力的作用而阻礙棒的運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在來(lái)看原題目，以C選項(xiàng)為例進(jìn)行分析。

當(dāng)紫銅薄板上下振動(dòng)時(shí)，可以將紫銅薄板看成上述導(dǎo)體棒切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，會(huì)受到原磁場(chǎng)的安培力而阻礙板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

同理，當(dāng)紫銅薄板左右振動(dòng)時(shí)，又可以把板在磁場(chǎng)中的部分看成豎直導(dǎo)體棒垂直切割磁感線。板中會(huì)產(chǎn)生豎直方向的大小、方向隨時(shí)改變的感應(yīng)電流，這種電流所受到的安培力也會(huì)阻礙板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

照此，B和D兩個(gè)選項(xiàng)也會(huì)有同樣的情況發(fā)生。

筆者以為，學(xué)生所述觀點(diǎn)不無(wú)道理，這涉及到動(dòng)生電磁感應(yīng)的另一種方式，這種方式不需要電流回路，卻同樣可以使電荷定向移動(dòng)。雖然實(shí)際的掃描隧道顯微鏡可能就是采用了A選項(xiàng)所描述的方案，那是因?yàn)閷W(xué)生所述的這種“特殊”方式在此處產(chǎn)生的感應(yīng)電流相對(duì)較弱（當(dāng)然，要對(duì)比兩種電流的強(qiáng)弱，需進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)運(yùn)算）。

在平時(shí)的教學(xué)中，我們很少關(guān)注這種方式所產(chǎn)生的感應(yīng)電流。但在實(shí)際的應(yīng)用中，這種電流常常存在，而且有些時(shí)候，這種因素所產(chǎn)生的影響不能輕易忽略，這需要引起廣大同仁的普遍重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2017.

（欄目編輯 ? ?陳 ?潔）