高中物理之電磁感應(yīng)解題技巧

◎ 張 哲

電磁感應(yīng)最早是由法拉第發(fā)現(xiàn)的，它明確了電和磁兩者之間的關(guān)系，這為電磁感應(yīng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的幫助。在高中物理教學(xué)過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生將自己對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解和生活中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)現(xiàn)象融入教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，特別是提高學(xué)生通過(guò)觀察物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中知識(shí)點(diǎn)的歸納能力以及學(xué)生通過(guò)觀察和學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)自我分析、自我解答的能力。

一、能量轉(zhuǎn)化題目解題思路

動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒是在解決能量轉(zhuǎn)化題目時(shí)最常用的原理。要想解決能量轉(zhuǎn)化題目，就必須把握這兩個(gè)原理。動(dòng)能定理是指合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化。利用動(dòng)能定理解決能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，首先要計(jì)算合外力做功的大小，然后計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)能變化即可。功的大小是由物體在力的方向上通過(guò)的距離和力的乘積。在高中物理學(xué)習(xí)階段，求解做功的情況大多為兩種：一是重力和彈力做功時(shí)，功的大小只受物體的初末位置影響；二是在有摩擦力的影響下，功的大小不只與位移有關(guān)，還與路徑有關(guān)。機(jī)械能是由動(dòng)能和勢(shì)能構(gòu)成的，勢(shì)能又可以分為彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能。機(jī)械能守恒的前提是不受阻力、摩擦力等非保守力的影響，也就是說(shuō)，物體只受重力和彈力，或是有其他力存在但并不做功的情況下才能使用機(jī)械守恒定理進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械能守恒是指在系統(tǒng)內(nèi)部，初始狀態(tài)下的機(jī)械能總和與末狀態(tài)下的機(jī)械能總和相等，換句話說(shuō)，就是在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)減少的勢(shì)能大小與增加的動(dòng)能相同。如果系統(tǒng)內(nèi)有除了重力和彈力以外的力做功，這個(gè)力做的是正功，則系統(tǒng)中的機(jī)械能增加；反之，這個(gè)力做的是負(fù)功，則系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械能減少。

二、能量轉(zhuǎn)化在題目中的應(yīng)用

1.在傳送帶類題目中的應(yīng)用

傳送帶類題目是能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題中常見(jiàn)的一種題型。一般來(lái)說(shuō)，考查的內(nèi)容包括兩個(gè)方面：一方面是考查傳送帶中的運(yùn)動(dòng)和力的問(wèn)題，另一方面則是傳送帶中的能量和功的問(wèn)題。能量和功的考查難度往往大于運(yùn)動(dòng)和力的考查難度。但無(wú)論是解決哪種類型的題目，都可以從上文所述的機(jī)械能守恒和動(dòng)能定理入手，合理運(yùn)用兩種原理就可以快速找到解題思路，從而解決問(wèn)題。

2.在電磁感應(yīng)題目中的應(yīng)用

電磁感應(yīng)也是能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題的重要考查點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，都是在安培力做功的絕對(duì)值與電路中產(chǎn)生的電能相等的前提下，對(duì)安培力做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能量的分析。在解決這類問(wèn)題時(shí)，首先要明確題目中給出的電磁感應(yīng)系統(tǒng)里能量轉(zhuǎn)化的途徑，然后再結(jié)合機(jī)械能守恒定理和動(dòng)能定理分析、解決問(wèn)題。例如，AB和CD是兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)體，AB和CD之間的距離是L，且與水平面之間的夾角為θ，存在于金屬導(dǎo)體垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，在導(dǎo)體上端放有一個(gè)電阻，其電阻值為R，垂直于導(dǎo)體的一個(gè)金屬棒ab從靜止開(kāi)始，由導(dǎo)體頂端下滑，求金屬棒在下滑過(guò)程中的最大速度。拿到題目可以這樣分析：金屬棒ab受重力G、支持力F、摩擦力f、安培力F安的作用。由力學(xué)分析可以知道，金屬棒ab是先做加速運(yùn)動(dòng)，后做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)安培力F安和摩擦力f與重力向下的分力相等時(shí)，加速度為零，此時(shí)速度達(dá)到最大，此后金屬棒將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)樵谙禄倪^(guò)程中，金屬棒切割磁感線產(chǎn)生了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，由電磁感應(yīng)定律可知，E=BLv，隨著速度的增大，電動(dòng)勢(shì)也會(huì)隨之增大，產(chǎn)生的安培力也會(huì)逐漸增大，最后達(dá)到與重力分力和摩擦力平衡的效果，此時(shí)加速度為零，使速度達(dá)到最大。通過(guò)受力平衡求出安培力，然后求出最大速度。具體計(jì)算過(guò)程不再贅述。做完題目可以總結(jié)解題技巧：對(duì)于電磁感應(yīng)定理與力學(xué)結(jié)合的題目，首先要確定分析對(duì)象的受力情況，再做受力分析，根據(jù)各量之間的關(guān)系分析對(duì)象可能的運(yùn)動(dòng)情況，再做相應(yīng)的計(jì)算。一般的物理過(guò)程為金屬棒切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生電流，使金屬棒受到安培力F安的作用，這個(gè)力為阻力，使加速度減小，直至加速度為零，狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定，速度達(dá)到最大。所以，解題最重要的步驟就是要把握受力分析及金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)量的動(dòng)態(tài)變化，直至狀態(tài)穩(wěn)定為止。

電磁感應(yīng)定律在電與磁之間起到了很好的轉(zhuǎn)化作用，解釋了電流周圍磁場(chǎng)的現(xiàn)象，同時(shí)也在電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)引起電流中起到了至關(guān)重要的作用，將物理電磁方面的發(fā)展推向了一個(gè)全新的高度。如今，物理屆對(duì)電磁電流方面的研究仍未結(jié)束，也不會(huì)結(jié)束，相信隨著社會(huì)和科技的不斷發(fā)展，在不久的將來(lái)，物理學(xué)將會(huì)迎來(lái)一個(gè)全新的局面。