電磁感應(yīng)在各地高考中主要以選擇題和計算題出現(xiàn),而又以選擇題的考查形式占多數(shù),選擇題主要從三個方面考查:電磁感應(yīng)的圖像問題、電磁感應(yīng)與電路知識的綜合問題、電磁感應(yīng)中的能量問題。下面,我將從這三個方面談一下需要注意的問題。
復(fù)習(xí)時我先幫助學(xué)生建立物理模型,如圖1所示,常見到的題型都會以圖中涉及到的物理情景出現(xiàn),矩形、三角形、圓形線框勻速穿過勻強(qiáng)磁場,導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上滑動,當(dāng)然導(dǎo)軌可以水平、傾斜、豎直放置,磁場一定會與導(dǎo)軌垂直,圖中最下面的矩形框代表,線框不動,磁場在均勻變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,這樣,學(xué)生心中先有了基本的物理情景,再總結(jié)題型及解題思路就不難了。
第一類問題:電磁感應(yīng)中的圖像問題
讓我們先看一個比較簡單的題目,例1:如圖2,閉合直角三角形線框以速度v勻速穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域。從BC邊進(jìn)入磁場區(qū)開始計時,到A點離開磁場區(qū)為止的過程中,線框內(nèi)感應(yīng)電流的情況(以逆時針方向為電流的正方向)是圖中的( )。
此題目的答案應(yīng)該選A,可以應(yīng)用右手定則或楞次定律判斷電流方向,運動法拉第電磁感應(yīng)定律分析框切割磁場的有效長度的變化,即可選出正確答案。
上面的題目是關(guān)于感應(yīng)電流的判斷,這也是最基本的判斷,實際考查中還會涉及其他的物理量,比如電壓、安培力、功率等,在此不一一贅述。我們要通過題目,引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解決圖像問題的思路和方法及注意問題。比如:①注意題目中正方向的設(shè)定,各物理量的方向是否發(fā)生變化;②基本物理量的選擇常采用“排除法”,特殊位置“對照法”;③特殊位置通常是物理量的大小或方向發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點。④涉及力時,要正確受力分析;⑤涉及電路問題,要畫出等效電路圖。
第二類問題:電磁感應(yīng)與電路知識的綜合
先看一個典型題目,例:半徑為a、右端開小口的導(dǎo)體圓環(huán)和長為2a的導(dǎo)體直桿單位長度電阻均為R0。圓環(huán)水平固定放置,整個內(nèi)部區(qū)域分布豎直向下的勻強(qiáng)磁著場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運動,桿始終有兩點與圓環(huán)良好接觸,從圓環(huán)中心O開始,桿的位置由θ確定,如圖3所示,則( )。
A.θ=0時,桿產(chǎn)生的電動勢為2Bav
B.θ=π/3時,桿產(chǎn)生的電動勢為Bav
C.θ=0時,桿受的安培力大小為(2B2av)/(π+2)R0
D.θ=π/3時,桿受的安培力大小為(3B2av)/(5π+3)R0
審清題意后,畫好等效電路圖,電阻的阻值是棒左側(cè)導(dǎo)體的電阻,題中說明圓環(huán)右端開口,所以,并不是個并聯(lián)結(jié)構(gòu),正確答案是A、D。
我們應(yīng)該讓學(xué)生總結(jié)規(guī)律,那么解決這類問題的思路就是:搞清等效電源→畫等效電路圖→應(yīng)用電路規(guī)律。
第三類問題:電磁感應(yīng)中的能量問題
這一類問題綜合性更強(qiáng),要求學(xué)生的基礎(chǔ)知識要扎實,我們先看一下2012年山東高考理綜卷的第20題,如圖4所示,相距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ,上端接有定值電阻R,勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放,當(dāng)速度達(dá)到v時開始勻速運動,此時對導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力,并保持拉力的功率恒為P,導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運動。導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻,重力加速度為g,下列選項正確的是( )。
A.P=2mgvsinθ
B.P=3mgvsinθ
C.當(dāng)導(dǎo)體棒速度達(dá)到V/2時加速度大小為(gsinθ)/2
D.在速度達(dá)到2v以后勻速運動的過程中, R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力所做的功
此題的正確答案為A、C。仔細(xì)審題,弄清楚電源、電路結(jié)構(gòu)后,就要對棒進(jìn)行受力分析,如圖5,畫出圖示,之后分析運動,即棒做加速度減小的的加速運動,最終勻速,列出平衡方程,mgsinθ=B2L2V/R,施加拉力后,最終勻速,有P/2V+mgsinθ=
B2L22V/R即A正確,對于C項列牛頓第二定律即可。對于D選項,我們要幫助學(xué)生分析棒下落過程中能量是如何變化的,即棒的重力對其做正功,重力勢能減小;合外力做正功,動能增加;外力對棒做正功,對應(yīng)外界能量減少;安培力做負(fù)功,回路中產(chǎn)生了焦耳熱,而在勻速運動之后,動能不變,但安培力做負(fù)功,回路中仍有焦耳熱產(chǎn)生,同時重力勢能減少了。
在電磁感應(yīng)中,教師要通過分析讓學(xué)生明白,其他形式的能是通過導(dǎo)體棒克服安培力做功轉(zhuǎn)化成電能的,進(jìn)而電流做功產(chǎn)生焦耳熱。當(dāng)然,學(xué)生也要對其他功能關(guān)系熟悉,并明白能量守恒的定律。
總之,在高三復(fù)習(xí)時,可以將電磁感應(yīng)的知識分為以上三類。在教學(xué)過程中,我們不能將這些思路方法灌輸給學(xué)生,而應(yīng)該讓學(xué)生通過各種題目,在我們的引導(dǎo)下自己總結(jié)出來,這樣,才能真正地理解物理知識,也就能把物理學(xué)的各類知識遷移應(yīng)用,體會到物理的邏輯魅力。
(山東省膠州市第二中學(xué))