高考“电磁感应”的备考复习策略，本文主要内容关键词为：电磁感应论文,策略论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
电磁感应涉及的知识面较广，是历年高考物理命题的热点。高考试题中“电磁感应”的问题，主要集中在感应电流产生的条件、感应电动势（电流）方向的判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算上。如滑轨类问题和矩形线圈穿越有界匀强磁场问题是电磁感应中的典型综合性问题，其综合性强，能力要求高，是高考命题的热点，在备考复习中要深入理解和熟练掌握。由于电磁感应现象与磁场、直流电路、力和运动、动量和能量等知识点联系密切，所以涉及这些知识的综合性问题及感应电流（或感应电动势）的图像问题在近年高考中也时常出现，因而在复习中还要注意培养学生综合应用这些知识分析解决实际问题的能力。现就“电磁感应”重点知识的复习谈些认识。
一、电磁感应现象的图像问题
物理规律、状态和过程常可以用图像来表示，这是一种重要的研究和处理物理问题的方法。在理解的基础上要能够运用函数图像进行表达、分析，找出一些量与量之间的关系；并能够根据对给出的图像的理解，把它所表示的物理内容用文字、语言表述出来。
例1.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，如图1a所示，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图1b所示。若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是
解析：由图可知，在0～1s的时间内，磁感应强度均匀增大，则由楞次定律判断出感应电流的方向为逆时针方向，和题中所规定电流正方向相反，所以为负值，A、C选项均错误。根据法拉第电磁感应定律，其大小
，为一定值，在1～3s内，磁感应强度均匀减小且反方向增大，磁感应强度的变化率不变，感应电流的方向为顺时针且大小恒定，B选项错误，所以D选项正确。
说明：本题中，磁场的磁感应强度B随时间t的变化关系是用题中图1b的图线来表示的。学生能从图中认识磁感应强度随时间的变化情况，才有可能对线圈中的感应电流作出判断，并把感应电流随时间的变化关系图线表示出来。
例2.如下页图2所示，LOO'L'为一折线，它所形成的两个角＜LOO'和＜OO'L'均为45°。折线的右边有一匀强磁场。其方向垂直于纸面向里。一边长为l的正方形导线框沿垂直于OO'的方向以速度v做匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图2中所示位置。以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流-时间（I-t）关系的是（时间
以为单位）
解析：从t=0开始运动一个单位时间的过程中，正方形线框上边切割磁感线长度不变，下边切割磁感线的长度逐渐减小，由右手定则可知二者产生的感应电动势在线框中方向相反，但上边产生的感应电动势大，所以线框中感应电流为逆时针方向（正值）且逐渐增大；同理，在第二个单位时间内线框中感应电流方向为顺时针（负值）且逐渐增大，在第三个单位时间内线框中感应电流方向为顺时针（负值）且逐渐减小。综上所述，D选项正确。
说明：图线是一种表示方法，如果对一个物理问题的理解是错误的，那么用图表示出的图线也是错误的；当然也可能存在另一种情况，即对物理问题的理解没有错，但不会用图线来表示物理内容，结果画出的图线也是错误的。如本题，如果学生把线圈中的感应电流方向判断错了，或者不理解图中线圈有效切割磁感线的长度的含义，学生就可能没有办法选出正确的答案。
例3.如图3所示，abcd为一边长为l、具有质量的刚性导线框，位于水平面内，bc边中串接有电阻R，导线的电阻不计。虚线表示一匀强磁场区域的边界，它与线框的ab边平行。磁场区域的宽度为21，磁感应强度为B，方向竖直向下。线框在一垂直于ab边的水平恒定拉力F作用下，沿光滑水平面运动，直到通过磁场区域。已知ab边刚进入磁场时，线框便变为匀速运动，此时通过电阻R的电流的大小
，试在图4 i-x坐标上定性画出从导线框刚进入磁场到完全离开磁场的过程中，流过电阻R的电流i随ab边的位置坐标x变化的曲线。（规定电流逆时针方向为正）
解析：由题中条件可知，当线框的ab边刚进入匀强磁场区域时，线框便做匀速运动，说明导线框所受合外力等于零。即线框所受的安培力恰好与水平恒定拉力F大小相等，方向相反。设线框的ab边刚进入匀强磁场区域时速度为
，则由ab边切割磁感线产生的感应电动势大小为
=Blv，方向由b指向a。根据欧姆定律，导线框中的感应电流的大小为
，方向逆时针流动。由于ab边所受的安培力大小与水平拉力F相等，即
，方向相反，因而线框此时的加速度等于零。即在ab边由x=0的位置运动到x=l位置的过程中，通过电阻R电流始终为；在导线框的cd边刚进入磁场区域，到ab边刚离开磁场区域的过程中，即在ab边由x=l的位置运动到x=21的位置的过程中，穿过线框的磁通量的变化率为零，因此导线框中没有感应电流产生，通过电阻R的电流始终为零。由于在该过程中，导线框中没有感应电流产生，磁场对导线框没有安培力的作用，导线框沿水平方向只受到水平拉力F的作用，故在这一段过程中导线框做匀加速直线运动，到线框的速度逐渐增大。设当ab边运动到x=21位置时，到线框的速度为v'，且v'＞。
在导线框的ab边离开磁场的区域后，ab边不再切割磁感线，到线框只有cd边切割磁感线，因此导线框中的感应电动势突然从零增大为E=Blv'，方向由c指向b。根据欧姆定律，导线框中感应电流方向为顺时针，其大小为
，因为v'＞，故i＞。这时，磁场作用于线框cd边的安培力F'=
，大于拉力，，二力方向相反，其合力大小为
，方向与线框运动方向相反，线框做初速度为v'的减速运动。随着线框速度的减小，线框中的感应电流减小，安培力减小，线框减速运动的加速度慢慢减小，由此可见，在线框的ab边从x=21位置运动到x=31位置的过程中，感应电流由大于的某值慢慢减小。当ab边的位置到达x=31处，见下页图5，即cd边刚要出磁场边界时，线框的速度虽不能严格确定，但它不会小于线框刚进入磁场时的速度，即v'≥。
说明：本题要求学生在对线框的运动进行定性与半定量分析的基础上，判定感应电流与线框位置的关系，并通过图线表述出来。有的学生不会画感应电流随时间变化的图像，其主要原因是找不出电流发生变化的转变时刻，没有认真地分析线框在各个不同时刻的位置特点：处在什么位置，线框运动时，磁场对线框的磁通量是随时间变化的，回路中有感应电流；处在什么位置，线框运动时磁通量是不随时间变化的，回路中没有感应电流。找到这些位置再根据线框的运动，便可以找到线框到达这些位置的时刻，也就是感应电流变化的转变时刻，实际上完全是一个运动学问题。
二、电磁感应现象的滑轨类问题
滑轨类问题与直流电路、力和运动、动量和能量等知识点相联系，是电磁感应中的典型综合性问题。因综合性强，能力要求高，是高考命题的热点，所以复习时应帮助学生建立起本单元知识与前面知识的联系，逐步培养学生综合应用这些知识分析解决问题的能力。
（2）当导体棒ab通过磁场Ⅱ时，若安培力恰好等于重力，棒中电流大小始终不变
说明：本题最大的特点在于力、电、磁的综合应用，考查学生的综合分析能力。学生要熟练掌握高中物理两大基本观点：力学观点、能量观点，这是解决问题的基本途径。有的学生认为此题计算复杂，其实不然，对于比较复杂的问题，首先要分析清楚与问题有关的各个方面，找出它们之间的联系，将复杂问题分解成若干简单问题，然后综合应用多方面的知识和可利用的方法解决遇到的问题。
例5.如图7所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，导轨每米的电阻为
=0.10Ω，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k=0.020T/s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t=0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=6.0s时金属杆所受的安培力。
说明：此题涉及两个感应电动势，一是由于金属杆切割磁感线产生的电动势，一是由于磁感应强度增强而产生的电动势。由于两个电动势都是因为回路中的磁通量增加而产生的，所以它们在回路中的方向是相同的，也可以假设磁场方向用楞次定律结合右手定则来判断。求解本题时，往往只考虑金属杆切割磁感线产生的电动势（动生电动势），而漏掉了由于磁感应强度的变化产生的电动势（感生电动势），像这种回路中既有动生电动势又有感生电动势的题目，是历年高考都未曾涉及的，这就明确地给了我们一个信号：这样的题目并不超纲，至少算个“不拘泥于大纲”。
例6.磁流体发电是一种新型发电方式，图8和图9是其工作原理示意图。图8中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻
相连。整个发电导管处于图9中磁场线圈产生的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为，电离气体所受摩擦阻力与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差Δp维持恒定，求：
（1）不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；
（2）磁流体发电机的电动势E的大小；
（3）磁流体发电机发电导管的输入功率P。
解析：（1）不存在磁场时，由力的平衡得F=abΔp
（2）设磁场存在时的气体流速为v，则磁流体发电机的电动势E=Bav，
说明：本题属于磁流体发电机的物理情境，重点考查学生应用基本物理知识处理实际问题的能力，体现了高中阶段处理问题的基本观点：力的观点、能量观点，考查将实际复杂问题转化为常规物理模型的能力。
三、电磁感应现象的矩形线圈穿越有界匀强磁场问题
矩形线圈穿越有界匀强磁场问题与直流电路、力和运动、动量和能量等知识点相联系，同样是电磁感应中的典型综合性问题。要求学生能够熟练地对所遇到的问题进行具体分析，弄清其中的物理状态、物理过程和物理情境，找出其中起重要作用的因素及有关条件；能够把一个复杂问题分解为若干较简单问题，找出它们之间的联系；能够理论联系实际，运用物理知识综合解决所遇到的问题。
例7.如图10所示，将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出，穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半，线框离开磁场后继续上升一段高度，然后落下并匀速进入磁场。整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f且线框不发生转动。求：
（1）线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度
；
（2）线框在上升阶段刚离开磁场时的速度
；
（3）线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q。
说明：本题为典型的旧题翻新类型，解答中务必抓准各个物理过程中的能量转化关系，特别是每个力做功代表着什么样的能量转化，其中重力做功是线框动能和势能之间的转化；空气阻力做功是将机械能向内能转化；克服安培力做功，将机械能转化为电能，进而转化为线框的焦耳热。
例8.均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd，边长为L，总电阻为R，总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图11所示，线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时，
（1）求线框中产生的感应电动势大小；
（2）求cd两点间的电势差大小；
（3）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件。
说明：本题同课本中章节练习的习题相对应，因而在复习物理知识的过程中还要重视课本中典型习题的复习。物理考什么，究竟怎样复习效果好，主要还是基础知识的复习。要合理地安排每一个章节的复习，特别是物理建模方面的复习，需要老师引导学生抓住课本，用学过的物理知识去研究、解释发生在自己身边的合适现象，培养学生的能力。