高中物理之电磁感应解题技巧

◎ 张 哲

电磁感应最早是由法拉第发现的，它明确了电和磁两者之间的关系，这为电磁感应在实际生活中的应用带来了巨大的帮助。在高中物理教学过程中，教师可以引导、启发学生将自己对电磁感应知识点的理解和生活中发现的相关现象融入教学，培养学生对物理的学习兴趣，特别是提高学生通过观察物理实验进而对实验过程中知识点的归纳能力以及学生通过观察和学习实现自我分析、自我解答的能力。

一、能量转化题目解题思路

动能定理和机械能守恒是在解决能量转化题目时最常用的原理。要想解决能量转化题目，就必须把握这两个原理。动能定理是指合外力做的功等于物体动能的变化。利用动能定理解决能量转化问题，首先要计算合外力做功的大小，然后计算物体运动过程中的动能变化即可。功的大小是由物体在力的方向上通过的距离和力的乘积。在高中物理学习阶段，求解做功的情况大多为两种：一是重力和弹力做功时，功的大小只受物体的初末位置影响；二是在有摩擦力的影响下，功的大小不只与位移有关，还与路径有关。机械能是由动能和势能构成的，势能又可以分为弹性势能和重力势能。机械能守恒的前提是不受阻力、摩擦力等非保守力的影响，也就是说，物体只受重力和弹力，或是有其他力存在但并不做功的情况下才能使用机械守恒定理进行计算。机械能守恒是指在系统内部，初始状态下的机械能总和与末状态下的机械能总和相等，换句话说，就是在物体运动过程中，系统内减少的势能大小与增加的动能相同。如果系统内有除了重力和弹力以外的力做功，这个力做的是正功，则系统中的机械能增加；反之，这个力做的是负功，则系统内的机械能减少。

二、能量转化在题目中的应用

1.在传送带类题目中的应用

传送带类题目是能量转化问题中常见的一种题型。一般来说，考查的内容包括两个方面：一方面是考查传送带中的运动和力的问题，另一方面则是传送带中的能量和功的问题。能量和功的考查难度往往大于运动和力的考查难度。但无论是解决哪种类型的题目，都可以从上文所述的机械能守恒和动能定理入手，合理运用两种原理就可以快速找到解题思路，从而解决问题。

2.在电磁感应题目中的应用

电磁感应也是能量转化问题的重要考查点。一般来说，都是在安培力做功的绝对值与电路中产生的电能相等的前提下，对安培力做功转化为其他形式的能量的分析。在解决这类问题时，首先要明确题目中给出的电磁感应系统里能量转化的途径，然后再结合机械能守恒定理和动能定理分析、解决问题。例如，AB和CD是两根足够长的金属导体，AB和CD之间的距离是L，且与水平面之间的夹角为θ，存在于金属导体垂直的匀强磁场，磁感应强度为B1，在导体上端放有一个电阻，其电阻值为R，垂直于导体的一个金属棒ab从静止开始，由导体顶端下滑，求金属棒在下滑过程中的最大速度。拿到题目可以这样分析：金属棒ab受重力G、支持力F、摩擦力f、安培力F安的作用。由力学分析可以知道，金属棒ab是先做加速运动，后做加速度减小的加速运动，当安培力F安和摩擦力f与重力向下的分力相等时，加速度为零，此时速度达到最大，此后金属棒将做匀速直线运动。这是因为在下滑的过程中，金属棒切割磁感线产生了动生电动势，由电磁感应定律可知，E=BLv，随着速度的增大，电动势也会随之增大，产生的安培力也会逐渐增大，最后达到与重力分力和摩擦力平衡的效果，此时加速度为零，使速度达到最大。通过受力平衡求出安培力，然后求出最大速度。具体计算过程不再赘述。做完题目可以总结解题技巧：对于电磁感应定理与力学结合的题目，首先要确定分析对象的受力情况，再做受力分析，根据各量之间的关系分析对象可能的运动情况，再做相应的计算。一般的物理过程为金属棒切割磁感线产生电动势，从而产生电流，使金属棒受到安培力F安的作用，这个力为阻力，使加速度减小，直至加速度为零，状态达到稳定，速度达到最大。所以，解题最重要的步骤就是要把握受力分析及金属棒在运动过程中各个量的动态变化，直至状态稳定为止。

电磁感应定律在电与磁之间起到了很好的转化作用，解释了电流周围磁场的现象，同时也在电流产生磁场，磁场引起电流中起到了至关重要的作用，将物理电磁方面的发展推向了一个全新的高度。如今，物理届对电磁电流方面的研究仍未结束，也不会结束，相信随着社会和科技的不断发展，在不久的将来，物理学将会迎来一个全新的局面。