高中电磁感应的常规题型的归类解析

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  摘要:电磁感应是高中物理教学中的重要章节内容,近几年来也是高考重点考察的内容,基于电磁感应内容的重要性,为了提高学生的物理知识水平,就要紧抓重点。从近几年的高考例题来看,其所考察的题型大致可以分为几类,为使学生清晰客观的认识到高考命题的重点与特点,理清答题思路,本文重点对高中电磁感应的常规题型进行了归类解析。
  关键词:高中;电磁感应;常规题型;归类解析
  物理知识与文学类知识存在本质区别,在解决物理问题时需要学生具备一定的抽象思维能力与分析能力。电磁感应是物理学科的难点,也是历年高考的重点,那么要想在高考中轻松应对这些题目,要了解电磁感应的常规题型及该题所要考查电磁感应的知识点,以此找出问题的突破点。
  一、高中电磁感应的常规题型概述
  电磁感应内容可以是每年高考物理学科必考的重点内容,就这几年的物理命题而言,从命题方向上来看,重点对学生感应电流方向判定、法拉第电磁感应定律、导体切割磁感线时电动势的相关计算、楞次定律等物理知识进行考查,从高考命题形式上来看,既有单独对一项物理知识点的考查,同时也有物理综合知识考查的计算题,并且一般都是物理综合命题的分值比较高,具有一定的难度。高考物理例题中常见的综合物理题型有电磁感应与力学综合规律的综合、电磁感应与电路规律的综合、电磁感应与能量守恒的综合等等。
  二、高中电磁感应常规题型的归类解析
  1.电磁感应与力学规律的综合题型解析
  电磁感应与力学规律综合应用是历年来高考物理学科重点考查的知识点,那么解决这类问题的重点在于对物体运动的状态进行分析,在分析过红才呢过中寻找其临界状态,比如说速度变化、加速度变化、感应动势变化、导体受力运动变化、安培力变化及电动势变化等等,这些因素的变化有着密不可分的关系,相互影响。以下是笔者通过一道高考例题对电磁感应与力学规律的综合应用解析。
  例如:AB与CD是两根固定的、足够长的平行金属导轨,两金属导轨之间距离为L,水平面与金属导轨平面的夹角用θ表示。整个金属导轨平面内部都有与金属导轨平面斜上方垂直的均强磁场,该磁场的磁感应强度为B,在金属导轨的AC端点连接一个电阻,电阻值为R,同时还要连接一个垂直于金属导轨放置的、质量为m的金属棒ab,从静止状态开始沿着金属导轨进行下滑,求解在该运动过程中金属棒ab的最大速度(金属导轨之间的动摩擦因数用μ表示,金属导轨与金属棒之间的电阻大小可以忽略不计)。
  解析:金属棒ab在沿金属导轨下滑时会受到四个作用力、分别是摩擦力Ff、支持力FN、重力mg与安培力F安,若金属棒ab由静止状态开始进行下滑后,那么这个过程属于变加速过程,当金属棒ab下滑期间其加速度降低到a=0时,其本身的速度就会增大到v=vm。此时金属棒ab与金属导轨处于平衡状态,以后金属棒ab再下滑将按照vm匀速下滑。按照E=BLv、I=E/R、F安=BIL等公式的计算要求对金属棒ab所受的力进行正交分解,FN=mgcosθ,Ff=μmgcosθ,根据E=BLv、I=E/R、F安=BIL可得,将金属棒ab作为研究对象,再依照牛顿第二定律应为:mgsinθ-μmgcosθ=ma,金属棒ab在做加速运动时,此时减小的是变加速运动,那么当a=0时金属棒ab的运行速度处于最大值,金属棒ab达到vm时有mgsinθ-μmgcosθ=0,根据此式计算出金属棒ab在运动时的最大速度。
  在求解这类题型时应在金属棒受力分析基础之上,根据牛顿定律,并结合电磁感应定律、安培力公式及欧姆定律等相关知识点,从而建立起金属棒的运动状况及受力状况,理清金属棒的运动变化与电磁感应规律之间的关系,这样会使整个解题思路更加清晰,找到求解这类题型的突破口。
  2.电磁感应与电路规律的综合题型解析
  电源内部电流一般都是由负极流向正极,而电源外部则是由高电势向低电势的方向流动,因此在求解电磁感应与电路规律综合物理题时要明确等效电路相关内容,清楚的指出电源、内电路及外电路,在求解电磁感应电动势过程中需要对 等相关内容,那么要解决此类物理问题,对于电源外路应根据其结构对其内部各元件的连接状况进行分析,并画好等效电路图,这主要是利用闭合电路欧姆定律对其进行求解,当然在电磁感应与电路规律综合物理题型求解中,还需要结合题目全面考虑该题材所要考查的知识点,综合考虑电功率及电功等能量关系式,并对闭合电路的实际运行状况进行分析。电磁感应与电路规律综合考查是高考物理题型的重要形式,在求解过程中首先要清楚感应电动势大小,其次要明确内外电路,画出等效电路图能够明确解题思路,快速解出试题。
  3.电磁感应与能量守恒的综合题型解析
  电磁感应与能量守恒综合题型也是历年高考物理科目考查的重点,一般高考例题主要是对能量转化问题进行考查,利用导体切割运动及磁通量的变化等形式所产生的能量转化为电能;电流在流动过程中在利用电场力做功也可将电能转化为物体学中其他形式的能量,这就是电磁感应与能量守恒综合题型考查,它诠释了电磁感应与能量守恒之间的关系及相互转换过程。比如在能量转换去向分析中,可以通过导体棒切割磁感线运动对其进行分析,按照其做功及能量变化状况作为依据点,将整个运动过程与理论结合在一起进行详细的分析求解。
  三、总结
  电磁感应知识内容牵涉面较为广泛,与力学规律、电路规律及能量守恒等知识也紧密相连,当然高考中的电磁感应相关知识点还有很多,但是其在求解中存在一定的共性。一般情况下,在电磁感应相关问题求解中,需要明确掌握两个定律,抓住电磁感应相关运动中研究对象的受力及能量转化状况,从而对电磁感应相关问题进行灵活求解。
  参考文献:
  [1]肖斌.高中物理电磁惑应常规题型酌解析[J].新课程,2010,9(28):19-20.
  [2]赵嶷飞.高中物理:电磁学导棒问题归类分析[J].教育资讯,2011,4(15):238-239.
  (作者单位:江西省鹰潭市余江县第一中学335200)
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