基于电磁感应能量问题的归类探究

赵宏胤

摘要 在物理学习中，有关电磁感应的问题，一直都是每年高考的重点和难点。因为在出题时，可以将电磁学与力学等知识点相互融合，在一道题中不仅会涉及到多个知识点，还会涉及运用数学知识解决物理问题，以此达到考察对于知识点的理解和综合应用的目的。在解决电磁感应问题的过程中，会涉及到多种能量的转换，想要更好地解决这一问题，就需要从功和能的角度来进行分析、了解电磁感应过程中能量转化关系的问题。本文将从电磁感应现象入手，结合一些规律和实例对常见的一些电磁感应的问题进行整理归类。

关键词 电磁感应；能量问题；归类

在电磁感应现象中，能量都遵循守恒定律。因此电磁感应过程中的能量转换，便可以通过楞次定律和能量守恒定律进行分析，从而使复杂的电磁感应问题转化为简单的能量问题。对于解决能量问题，可以从功和能这2个方面进行。例如，在磁场中，安培力会对通电导体棒产生作用力，如果这时安培力所做的功为正功，那么安培力就是将电能转化为其他形式的能量；如果安培力做的是负功，在这种情况下，就是其它的形式的能量转化为电能。

1.从能量角度分析电磁感应现象

电磁感应又称磁电感应现象，具体是指闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会有感应电流产生。这种利用磁场产生电流的现象就是电磁感应现象。电磁感应现象实质就是能量转化的过程，在这个过程中，可以将其他形式的能转化为电能，同时，我们需要注意的是，这不是创造电能的过程，因为能量既不会凭空产生也不会凭空消失。

楞次定律的实质就是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，也可以说楞次定律就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。换句话说，能量守恒定律是产生感应电流所要必须遵守的。从磁场与导体所做的相对运动来看，当其发生相对运动时，此时感应电流的磁场一定是与其相反的方向，二者之间是相互阻碍的关系。从磁通量的方面来看，感应电流的磁场也一定是阻碍感应电流的磁通量变化的。

例1：将两根金属导轨平行放在倾斜角为30。的斜坡上，导轨接有阻值为10Ω的电阻，导轨本身的电阻忽略不计，匀强磁场与斜坡垂直，磁感应强度为0.5T。质量为0.1kg，不计电阻的金属棒ab由静止释放，沿导轨下滑，假如导轨的长度足够，导轨宽2m，金属棒在下滑的过程中接触良好，当金属棒下滑3m高的时候，速度恰好为最大的速度2m/s，求这个过程中所产生的热量。

解析：当金属棒的速度达到最大时，对其受到的力进行分析，mgsin 0=F安+f。由法拉第电磁感应定律我们可以知道：E=BLV，根据闭合电路的欧姆定律I=E/R，F寄=ILB=（B2L2v）/R=0.2N。f=gsin 0-F安=0.3N。下滑的过程需要能动定理来进行计算mgh-f*（h/sin 0）W=0.5mv2。由此可以解得w=1J所以产生的热量为lJ。根据Q=W=1J。

这道例题就是典型的能量转换问题，做好能量分析才是这道题的解题关键。同时同学们还要把这部分知识与电路知识相结合。只有将这些知识点灵活运用才能提高解题的准确率。

2.能量转化与做功间的关系

在处理电磁感应的问题时，要注意电磁感应中所涉及到的能量问题其实就是不同形式间的能量相互转换，而并非是能量创造过程，这时就需要我们对电磁感应的问题有一个正确的认识，我们可以从做功和能量间的转化入手，这也是正确认识电磁能量问题的重点所在。在力学中，能量最终会转化为功，例如，在机械能转化为电能的过程中，就是安培力在做功，当安培力做正功的时候，就会将电能转化为机械能，相反，当安培力做负功的时候，那么这个时候安培力就会将机械能转化为电能。在这两个能量相互转化的过程中，重点是对安培力做的功分析清楚，一旦对安培力做功分析失误的话，就会导致整个问题出现失误。其实解决这一类问题的关键就是认识和区分电磁感应过程中的能量转换，最终还是要对能量和做功之间的关系有着明确和深刻的认识。

对于其他能量转化为电能问题的分析，需要在电磁感应的整个过程中，对其维持感应电流存在的过程进行探索，当导体还没有达到稳定的情况下，借助外力所做的功和克服安培力所做的功都会消耗掉其中的一部分，经过消耗之后，最终都会转化成为产生感应电流的电能或者是转化为热量。另一部分用来增加导体做功的能，则会全部都转化成电能。

3.电磁感应中的能量问题归类整理

3.1解题思路分析

解决这类问题首先可以从能量转化开始，也就是说首先要分析能量转化的关系与做功问的关系或者是分析能量转化与守恒定律之间的关系，在分析这些能量转化的时候，还要注意应用能量守恒定律。大致的分析思路是这样的：第一步，做好受力分析，并确定这些力做的什么功。第二步，分析哪些能量进行了转化以及哪些功做出了能量转化。最后一步，根据这能量转化找到相应的公式，从而进行计算。一般的能量转化规律为其他形式的能通过做功来发生转化，当安培力做功为负功时，能量转化为电能，当电能通过电流做功时，这时候会进一步转化为内能。

3.2常见的解题方法分析

第1種方法是学生要知道在活动中减少的能应该等于电磁感应活动产生的能，就是Q=△E。第2种方法就是通过功与能量的关系进行转换，也就是说克服安培力所做的功就是电磁感应过程中所产生的能，就是Q=-W。第3种就是电流所做的功，Q=2IRt。

3.3常见的问题分类

常见的问题主要分为2大类。一种问题是导体受外力的作用，所产生的能量问题，通常想要解决这一类问题一般都会使用焦耳定律。另外一种问题是导体的自由运动问题，解决这一类问题主要是通过分析能量的转化，一般这种问题会通过法拉第电磁感应定律解决、电路电流的计算问题，还需对能量守恒定律和做功有一定的认识。

4.结论

电磁感应这部分知识不仅是高考出题的热点，同是也是学习过程中的一个重点和难点。因此将电磁感应能量问题进行归类，有助于理清知识点，方便记忆。而这部分知识点可以考察理解、推理以及综合分析能力，因此这部分知识往往会成为各种各样考试中的重难点。通过本文的分析和整理希望可以帮助读者更好地理解这部分内容。