突破高考之电磁感应中的动力学及能量问题研究

凌维

【摘要】本文通过对电源及电动势的分析，确定安培力的变化情况，安培力的变化情况又会影响导体棒的运动．同时，分析电磁感应中能量转化的形式，以及能量守恒定律在电磁感应中的应用．通过对例题的研究，深入探讨电磁感应中动力学和能量问题的本质，希望能为读者提供有益的参考．

【关键词】高中物理；电磁感应；力学问题

电磁感应问题是电磁学中非常重要的内容之一，它不仅与电路问题密切相关，还涉及到动力学问题和能量问题．磁通量发生变化的回路或切割磁感线的导体将产生感应电动势，该回路或导体相当于电源，若与其他部分构成闭合回路，回路中会产生感应电流，从而产生热量，导体棒就会受到安培力的作用.弄清电磁感应中的动力学問题和能量问题是突破高考电磁学内容难点的重要举措．

1  突破电磁感应中的动力学问题

例1 如图1所示，倾角为α=37°的光滑斜面固定在水平面上，斜面上靠近下端有一个平行边界与斜面底边平行的匀强磁场区域，磁感应强度大小B=1T．宽度d=0.5m的 “U”形金属导轨MNPQ置于斜面上端，长度与导轨的宽度相同的金属棒ab置于导轨上，两者接触良好且导轨PN部分、金属棒ab都始终与磁场边界平行．某时刻金属导轨与金属棒同时由静止释放，运动一段时间后金属导轨PN部分刚进入磁场，导轨开始匀速运动．PN离开磁场瞬间金属棒ab恰好进入磁场．已知金属导轨质量M=0.1kg，电阻不计；金属棒ab质量m=0.1kg，电阻R=0.75Ω，金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力；磁场宽度s=的4.5m，重力加速度 g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

（1）释放时金属导轨的底边NP到磁场上边界的距离；

（2）释放时金属导轨的底边NP与金属棒的距离；

（3）金属棒ab进入磁场瞬间的加速度大小．

点评 解决电磁感应中的能量问题时，首先要弄清做功的力有哪些，这些力做功的过程中能量是如何相互转化的，最后结合功能关系或能量守恒定律求解．

3 结语

通过对含安培力在内的力的做功分析和能量转化的分析，探讨电磁感应中的动力学和能量问题．可以看出，这类问题的分析离不开研究的对象——电路，因此，在研究电磁感应问题时，需要综合考虑电路、力学和能量等多个方面的因素，才能顺利解决这类综合问题．

参考文献：

［1］张磊.电磁感应中的电路、图像和动力学问题［J］.高中数理化，2022（24）：32-33.

［2］娄国华.例析电磁感应中的能量问题［J］.广西物理，2023，44（01）：208-210.

［3］余永军.例谈电磁感应中的能量问题［J］.中学物理教学参考，2016，45（04）：71-72.

［4］郑俊杰.解析电磁感应规律综合应用的四类问题［J］.中学物理，2016，34（11）：85-86.

［5］宁鹏程.力学规律在电磁感应中的应用［J］.中学生理科应试，2018（10）：28-31.