探究高中物理電磁感應(yīng)解題技巧

高 超

(湖北省恩施州咸豐縣第一中學(xué) 445699)

電磁感應(yīng)是在1831年被一位名叫邁克爾.法拉第的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的.電磁感應(yīng)具體為磁與電的相互之間的關(guān)系，穿過閉合電路的磁通量如果發(fā)生變化的話，閉合電路中就會相應(yīng)的產(chǎn)生感應(yīng)電流.所以利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng).電磁感應(yīng)是高中物理非常基礎(chǔ)但是重要的知識點(diǎn)，它解釋了電與磁的關(guān)系，并且在之后的人類用電開辟了道路.高中所學(xué)的電磁感應(yīng)是一個非常困難的知識點(diǎn)，需要掌握基本的求解方法，豐富解題方法，從而提高求解電磁感應(yīng)相關(guān)題目的技巧.

1 電磁感應(yīng)在高中教學(xué)中的難點(diǎn)

電磁感應(yīng)是磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的發(fā)現(xiàn)之一.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件必須滿足兩點(diǎn)，缺一不可.第一是必須滿足閉合電路，第二是必須使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化.若想讓磁通量發(fā)生變化有兩種方法，第一種方法是讓閉合電路中的導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動.第二種方法是讓磁場在導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動.電磁感應(yīng)被發(fā)現(xiàn)之后，在生活中有了非常廣泛的應(yīng)用.

電磁感應(yīng)最主要的特點(diǎn)就是電與磁之間可以相互轉(zhuǎn)化.電與磁之間在閉合的線圈當(dāng)中，磁通量改變必然能夠產(chǎn)生電流.通電的線圈可以產(chǎn)生磁場.電磁之間也可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，這也是能量層面轉(zhuǎn)化中的一種方法.電與磁的相互轉(zhuǎn)化證明了磁能與電能相互轉(zhuǎn)化.所以說如果想要解析電磁感應(yīng)之間的相關(guān)問題，必須要先學(xué)習(xí)掌握電與磁之間的關(guān)系，因為電與磁之間的關(guān)系體現(xiàn)了電磁能夠產(chǎn)生能量并且能夠相互轉(zhuǎn)換.

電磁感應(yīng)中感應(yīng)電流的方向確定，將一個條形磁鐵放入一個閉合的圓形線圈內(nèi)，判斷線圈內(nèi)是否有電流產(chǎn)生，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向可以根據(jù)楞次定律判斷.

2 電磁感應(yīng)題型分析

在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的時候必須注重構(gòu)建知識框架，在高中的學(xué)習(xí)中概念學(xué)習(xí)法是非常重要的，不能忽視對于概念的學(xué)習(xí)和掌握.學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中必須先掌握電磁感應(yīng)相關(guān)物理量的表達(dá)方式，其次要學(xué)會如何分析受力和電磁之間的相關(guān)轉(zhuǎn)化，之后必須要學(xué)會快速分析電磁學(xué)中的知識要點(diǎn)，分析相關(guān)知識點(diǎn)之間的聯(lián)系.構(gòu)建一個相對完整的知識框架才能更好地了解電磁感應(yīng)的相關(guān)問題.

題型之一是圖像問題，圖像問題在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中出現(xiàn)率非常的高，解題關(guān)鍵是需要結(jié)合圖像問題掌握B-t、ф-t、E-t和I-t圖線.首先學(xué)生要了解如何分析電磁感應(yīng)定律，然后去觀察圖表中導(dǎo)體棒的運(yùn)動過程.再去觀察導(dǎo)體上的電流方向與大小.然后將圖像分為幾個部分，分批去觀察電流在其中的變化.最后通過電磁感應(yīng)變化的特性分析，得到電流大小的變化.之后根據(jù)題目中磁鐵進(jìn)入線圈的過程，用楞次定律得出電流的方向，最后進(jìn)行電流大小的認(rèn)定，得出正確答案.

題型之二是雙導(dǎo)桿問題，雙導(dǎo)桿問題是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中比較復(fù)雜的問題，它一般作為物理考試中最重要的壓軸題目出現(xiàn)，它包含三種情況，一是有恒定外力且導(dǎo)軌之間是等間距的雙導(dǎo)體桿問題；二是導(dǎo)軌之間是不等間距的雙導(dǎo)體桿問題；三是豎直方向且導(dǎo)軌之間是不等間距的雙導(dǎo)體桿問題.這類題型涉及復(fù)雜的物理過程，事物之間的狀態(tài)變化過程，而且包含比較多的變量，因此給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來很多困難，它對學(xué)生的動態(tài)分析問題能力提出了較高要求，在這類題目的解題過程中，需要學(xué)生綜合運(yùn)用電磁學(xué)中的相關(guān)規(guī)律，以及物理力學(xué)中的相關(guān)規(guī)律.

題型之三是單導(dǎo)桿問題，它包含兩種情況，一是包含電源的單導(dǎo)桿問題；二是包含電容器的單導(dǎo)桿問題.第一種情況包含電源的單導(dǎo)桿問題又根據(jù)包含電源形式的不同分為三種，分別是電動式電源單導(dǎo)桿問題、發(fā)電式電源單導(dǎo)桿問題、電動式和發(fā)電式兩種結(jié)合式的電源單導(dǎo)桿問題.第二種情況包含電容器的單導(dǎo)桿問題又根據(jù)包含電容器的形式不同分為兩種，分別是充電式電容器單導(dǎo)體桿問題、放電式電容器單導(dǎo)體桿問題.充電式電容器單導(dǎo)體桿問題根據(jù)動力不同分為無外力的充電式電容器單導(dǎo)體桿問題和有外力的充電式電容器單導(dǎo)體桿問題.在解決這類型題目的時候，和在解決雙導(dǎo)桿問題時一致，要綜合運(yùn)用電磁學(xué)和力學(xué)的相關(guān)規(guī)律，與雙導(dǎo)桿不同的是單導(dǎo)桿問題往往涉及到臨界值問題和極限值問題，因此在解答這類題目時，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用物理學(xué)知識解決問題的能力.

3 分析法解題技巧

整體分析法也是在遇到電磁感應(yīng)問題時常用的解決方法，它是部分分析法的升級版，適合做更加綜合的題目.部分分析法是需要解題者對題目進(jìn)行拆分，根據(jù)每部分所出現(xiàn)的問題和物理量進(jìn)行細(xì)分求證從而得出正確答案.而整體分析法需要解題者將整個題干讀通并且有具體認(rèn)知.考驗解題者對于題感的整體把握度.其中比較容易出錯的是滑桿切割磁場類的問題.求解這種題目有四種方法，第一是求滑桿最大速度，第二是求解電路中通過的電量，第三是求焦耳熱，第四是求電路中不產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況.有一些題目會綜合性的出來兩個甚至兩個以上的問題.在遇到這種題目時就需要細(xì)讀題目，通過題目給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析.最后所得數(shù)據(jù)之間相互聯(lián)立得出結(jié)果.

部分分析法是電磁學(xué)題目中經(jīng)常出現(xiàn)的試題，可以利用所出題目的部分內(nèi)容進(jìn)行解答.主要做法是要在試題中找出與問題最相關(guān)的部分知識點(diǎn)，然后對這些知識點(diǎn)進(jìn)行分析，在分析解答的過程中實現(xiàn)對試題問題的求證.

對稱分析法則是通過對稱原理解題，電磁學(xué)學(xué)習(xí)過程中會發(fā)現(xiàn)電場與磁場中，帶電體有非常強(qiáng)的對稱性，并且電磁學(xué)之中有兩個定律可以證明對稱性的存在.其一是安培環(huán)流定律，其二是高斯定理.這兩種定律的應(yīng)用有一個特定條件，是都需要選擇一個閉合的曲面，并且要假設(shè)上面各個電場強(qiáng)度或者磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都是要保持一致的，并且夾角也要一致.這樣就可以從公式中提出電場強(qiáng)度，從而解出正確答案.

我們可以用分析法嘗試著解這個題：

如圖1所示，空間等間距分布著水平方向的條形勻強(qiáng)磁場，豎直方向磁場區(qū)域足夠長，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T，每一條形磁場區(qū)域的寬度及相鄰條形磁場區(qū)域的間距均為d=0.5 m，現(xiàn)有一邊長l=0.2 m、質(zhì)量m=0.1 kg、電阻R=0.1 Ω的正方形線框MNOP以v0=7 m/s的初速從左側(cè)磁場邊緣水平進(jìn)入磁場，求：

圖1

【小題1】線框MN邊剛進(jìn)入磁場時受到安培力的大小F；

【小題2】線框從開始進(jìn)入磁場到豎直下落的過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q；

【小題3】線框能穿過的完整條形磁場區(qū)域的個數(shù)n.

分析這道題是圖像問題，首先要分析圖中的正方形線框受了哪些力，此題第一問就是綜合性的問題求電磁場與安培力，用整體法分析找出相應(yīng)物理量求出答案就可以了.第二問和第三問是綜合性較強(qiáng)的題目，要用整體分析法得到題中的物理量.之后再進(jìn)行分析用公式舉一反三的到最后答案.

總的來說，電磁學(xué)在高中物理中占據(jù)十分重要的位置，是高中物理的重點(diǎn)和難點(diǎn).在學(xué)習(xí)的過程中會遇到非常多的難題，在無法解決問題的時候首先要學(xué)會回歸書本基礎(chǔ)知識點(diǎn)，在捋清楚知識點(diǎn)之后多做練習(xí)，豐富自己的解題方法，提高解題效率和目的.之后在解答試題時主要也是考察對相關(guān)知識點(diǎn)熟練掌握，也要學(xué)會把知識點(diǎn)聯(lián)系起來，在讀試題時要學(xué)會分析和使用相應(yīng)的技巧.重點(diǎn)分析題中的轉(zhuǎn)化性和變化性，日常則要多加練習(xí)才能提高總體正確率和效率.