电磁感应相关问题解题技巧分析.pdf

电磁感应相关问题解题技巧分析张卫星(江苏省包场高级中学 2 2 6 1 5 1)【摘要】电磁感应综合问题涉及力学知识,例如牛顿运动定律、功、动能定理、动量和能量守恒定律等,以及电学知识,例如电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等,题目解答具有一定的难度.本文基于高中物理电磁感应相关知识内容,以具体的习题为例,讲解高中物理电磁感应相关问题解题技巧,以此促进题目顺利解答,提升解题效率.【关键词】高中物理;电磁感应;解题技巧高中物理课程知识体系较为繁杂,电磁感应相关问题属于重要的教学模块之一,在电磁感应相关问题解题过程中,要求精准把握高中物理电磁感应的基本定义与定理,梳理并分析电磁学综合问题,掌握一定的解题技巧,实现正确解题,更好地理解电磁感应现象.1 高中物理电磁感应相关问题解题技巧分析电磁感应中的力与运动进行融合是一种较为常见的题目类型之一,在具体问题的解决中,包含诸多知识,具有一定的解题难度.例1 磁场方向垂直于x O y平面向里,磁感强度沿x方向均匀增加,经过1 c m增加量是1.01 0-4T,表示为 Bx=1.0 1 0-4T/c m.现有长L=2 0 c m,宽h=1 0 c m不变形的矩形金属线圈,沿x方向运动,速度设置为v=2 0 c m/s,如图1所示.求:(1)计算图中线圈感应电动势E;(2)线圈电阻R=0.0 2 时,计算线圈消耗电功率;(3)给线圈施加一个多大的外力,能够使得线圈匀速运动?计算此时的机械功率.图1解 (1)分析不同运动的表现特征与规律,磁通量的变化量为:=h sBSL,时间为 t=sv,根据法拉第电磁感应定律E=t=h v LBx=4 1 0-5V.(2)结合欧姆定律,可得感应电流I=ER=2 1 0-3A,电功率P=I E=8 1 0-8W.(3)机械功率P机=P=8 1 0-8W.例2 如图2,现有一个矩形管道,内部成分为水银,管道的外部材料为绝缘板,前后两壁是导体板,通过导线c d相连接.管道的相关参数表示如下:高度表示为a,宽度表示为b,长度表示为L.压强差表示为P,粘滞阻力f与速度成正比,即:f=k v.图2(1)水银的稳定流速v1为多大?(2)将管道置于匀强磁场中,磁感应强度为B,方向向上,磁场与绝缘壁垂直,此时水银的稳定流速512 0 2 3年9月下解题方法 数理天地 高中版v2又是多大?解(1)Pa b=k v1,v1=Pa bk.(2)感应电动势E=B b v2,电阻R=ba L,由欧姆定律可得I=B a L v2.结合平衡条件:Pa b=B I b+K v2,因此v2=P a bk+B2a b L.本题考查电磁感应中的电路问题和图象问题,感应电流方向,为感应电流磁场阻碍产生的磁通量变动情况,将这一理念置于题目之中进行求解.例3 光滑水平面中有质量m=1 k g的V型金属导轨a b c d,间距L=1 m.一电阻值R=0.5 的细导体棒MN垂直于导轨放置,在V型金属导轨内存在大小为B的匀强磁场.以V型导轨b c边初始位置为原点O建立坐标x轴,导体棒MN与导轨间动摩擦因数=0.2.在V型导轨b c边右侧存在垂直向下、大小B=0.5 T的匀强磁场,t=0时,V型导轨b c边在F作用下开始运动,测经过时间t1=2 s,撤去外力F,直至V型导轨静止.已知2 s内外力F做功W=1 4.4 J.如图3所示.不计其他电阻,忽略导体棒MN的重力,导体棒MN与导轨垂直且始终接触良好.求解:(1)在以上运动中,2 s内外力F随时间t的变化规律如何表示?(2)在以上运动中,电路消耗的焦耳热Q如何表示?(3)在以上运动中,V型导轨b c边速度与位置坐标x的函数关系式如何表示?图3解析(1)结合法拉第电磁感应定律U=B L v=k t=t,得出v=UB L=2t,结合速度与时间关系a=2 m/s2,对U型金属导轨结合牛顿第二定律F-I B L-I B L=m a,得出F=2+1.2t.(2)结合功能关系,得出W=Q+Wf,摩擦力f=FA,得出Wf=WA=Q,进一步进行数值计算,得出W=Q+Wf=Q(1+),即Q=1 2 J.(3)设从开始运动到撤去外力F这段时间为t1=2 s,做匀加速运动;tt1时,结合位移与速度关系,得出可知v=2a x=2x,t=t1时结合匀变速运动规律,得出速度与位移:v1=4 m/s,x1=4 m,tt1时,物体做变速运动,结合动量定理得出:-(1+)B L q=m v-m v1,得到v=v1-(1+)B L qm=v1-(1+)B2L2(x-4)m R=6.4-0.6x,在x=3 23m时,v=0,因此b c边速度与位置坐标x函数关系如下:v=2x,v=6.4-0.6x4mx3 23m ,v=0 x3 23m .2 结语电磁感应现象是因磁通量变化而产生感应电动势的现象.电磁感应知识复杂,在高中物理中占有一定比重,相关题型较多,题目百变,为了顺利解题,要求能够掌握一些解题技巧,使得解题过程游刃有余,在精准把握电磁相关知识点的基础上,学会联合运用微元法、图象法等解题技巧,提升题目解题效率.61 数理天地 高中版解题方法2 0 2 3年9月下