高考中电磁感应类题目解析

朱秀慧

摘要：“电磁感应”不仅是电磁学的核心，也是每年高考的热点和重点。本文通过列举2015年高考真题，解析基础知识考查和能力考查，并归类解题的思路和技巧，以期为复习备考带来启示。

关键词：法拉第电磁感应定律;楞次定律;动力学问题;能量问题;恒定电流问题

中图分类号：G633.7文献标识码：A     文章编号：1992-7711（2015）17-089-1

一、对基本概念、基本规律的理解的考查

电磁感应现象的基本规律主要是法拉第电磁感应定律和楞次定律。通过2015年高考试题，我们不难发现部分习题是对概念和规律的直接应用，但要能真正解决问题，不是靠机械记忆，而是深刻理解概念的内涵和外延，明了公式的含义，了解规律的适用范围。比如匝数、有效长度、变化率的理解，在理解掌握基本知识的基础上，面对新的情境才不会生搬硬套和是是而非的做题。

例：（2015年课标卷II第15题）如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是

A. Ua>Uc，金属框中无电流

B. Ub>Uc，金属框中电流方向沿abca

C. Ubc=-12Bl2ω，金属框中无电流

D. Uac=12Bl2ω，金属框中电流方向沿acba

解析：产生感应电流的条件有两个，电路闭合和磁通量发生变化，两者缺一不可。金属框和磁感线平行，磁通量始终为0，金属框中无电流，B与D均错误。由右手定则可知bc中的感应电流由b指向c，ac中的感应电流由a指向c，bc和ac相当于电源，电源内部电流由低电势指向高电势，所以Uc>Ua，Uc>Ub。转动切割，Ucb=Uca=12Bl2ω，所以选C。

点评：此题考查的是基础规律，比较常规，但仍属于透彻理解规律，题目难度极低;对规律理解不十分透彻，解决起来则是非常有难度的题。

二、电磁感应与其他章节知识的综合

电磁感应可以与力学、运动学、电学等多个章节的知识相关联形成综合应用问题，此类题目综合性强，知识能力要求高。需要学生多角度思考，通过逻辑推理及对物理过程和状态的合理分析，找到切入点，综合运用相关知识才能圆满地解决相关问题。

例：（2015年上海卷第20题）如图，光滑平行金属导轨固定在水平面上，左端由导线相连，导体棒垂直静置于导轨上构成回路。在外力F作用下，回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动。在匀速运动过程中外力F做功WF，磁场力对导体棒做功W1，磁铁克服磁场力做功W2，重力对磁铁做功WG，回路中产生的焦耳热为Q，导体棒获得的动能为Ek.则

A. W1=0B. W2-W1=Q

C. W1=EkD. WF+WG=Q+Ek

解析：理清能量的转化关系并由能量守恒定律可知，磁铁克服磁场力做功W2等于回路的电能，电能一部分转化为内能，另一部分转化为导体棒的机械能，即W2-W1=Q，B正确A错误;以导体棒为研究对象，由动能定理可知，磁场对导体棒所做的功等于导体棒动能的变化，即W1=Ek，C正确;外力对磁铁做功与重力对磁铁做功之和为回路中的电能，也等于回路中的焦耳热和导体棒的内能，D正确。

点评：电磁感应的过程总是伴随能量的转化，即通过安培力做功实现其他形式能与电能之间的转化，外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。理清了能量的转化之后在运用动能定理或者能量守恒来具体求解。

例：（2015年福建卷第18题）如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中

A. PQ中电流先增大后减小

B. PQ两端电压先减小后增大

C. PQ上拉力的功率先减小后增大

D. 线框消耗的电功率先减小后增大

解析：将导体棒等效为电源，导体棒部分就是内电路，其余部分是外电路。画出等效的电路图，线框的总电阻为3R，设PQ左侧电路的电阻为Rx，

右侧的电阻则为3R-Rx，电路的外电阻R外=Rx（3R-Rx）3R，外电阻先增大后减小，总电阻先增大后减小，总电流I=ER外+R先减小后增大，路端电压即外电压先增大后减小，A与B均错误。导体棒匀速运动，拉力等于安培力，安培力随电流先减小后增大，拉力的功率P=FV=BILV，也先减小后增大，C正确。

外电阻R外=Rx（3R-Rx）3R的先增大后减小，且最大值为34R，均小于电源内阻R，由电源的输出功率随外电阻变化的图像可知外电路消耗的功率先增大后减小，D错误。此题为选择题，若采用极限法或特殊值的方法，求解会更加简便。

点评：分析电磁感应与恒定电流问题的关键在于转换物理模型，把电磁感应问题转换为恒定的直流电路。产生感应电动势的那部分导体相当于电源，其余部分则是外电路，画出等效的电路图。运用闭合电路欧姆定律和串并联电路的知识求解电流、电压、电功、电热及功率的分配与变化。

总结：综上所述，高考对电磁感应类问题，注重对基础知识的考核，强调基础知识的灵活运用与迁移，突出对学生能力的全面考查，很多题目都体现了对理解能力、推理能力、分析综合能力以及运用数学方法处理物理问题的能力的考查。高考复习时只有踏踏实实掌握知识提高能力，方能决胜高考。