趙宏胤

摘要 在物理學(xué)習(xí)中，有關(guān)電磁感應(yīng)的問題，一直都是每年高考的重點和難點。因為在出題時，可以將電磁學(xué)與力學(xué)等知識點相互融合，在一道題中不僅會涉及到多個知識點，還會涉及運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題，以此達到考察對于知識點的理解和綜合應(yīng)用的目的。在解決電磁感應(yīng)問題的過程中，會涉及到多種能量的轉(zhuǎn)換，想要更好地解決這一問題，就需要從功和能的角度來進行分析、了解電磁感應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的問題。本文將從電磁感應(yīng)現(xiàn)象入手，結(jié)合一些規(guī)律和實例對常見的一些電磁感應(yīng)的問題進行整理歸類。

關(guān)鍵詞 電磁感應(yīng)；能量問題；歸類

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，能量都遵循守恒定律。因此電磁感應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)換，便可以通過楞次定律和能量守恒定律進行分析，從而使復(fù)雜的電磁感應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為簡單的能量問題。對于解決能量問題，可以從功和能這2個方面進行。例如，在磁場中，安培力會對通電導(dǎo)體棒產(chǎn)生作用力，如果這時安培力所做的功為正功，那么安培力就是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量；如果安培力做的是負功，在這種情況下，就是其它的形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。

1.從能量角度分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象

電磁感應(yīng)又稱磁電感應(yīng)現(xiàn)象，具體是指閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象實質(zhì)就是能量轉(zhuǎn)化的過程，在這個過程中，可以將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，同時，我們需要注意的是，這不是創(chuàng)造電能的過程，因為能量既不會憑空產(chǎn)生也不會憑空消失。

楞次定律的實質(zhì)就是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)，也可以說楞次定律就是感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。換句話說，能量守恒定律是產(chǎn)生感應(yīng)電流所要必須遵守的。從磁場與導(dǎo)體所做的相對運動來看，當其發(fā)生相對運動時，此時感應(yīng)電流的磁場一定是與其相反的方向，二者之間是相互阻礙的關(guān)系。從磁通量的方面來看，感應(yīng)電流的磁場也一定是阻礙感應(yīng)電流的磁通量變化的。

例1：將兩根金屬導(dǎo)軌平行放在傾斜角為30。的斜坡上，導(dǎo)軌接有阻值為10Ω的電阻，導(dǎo)軌本身的電阻忽略不計，勻強磁場與斜坡垂直，磁感應(yīng)強度為0.5T。質(zhì)量為0.1kg，不計電阻的金屬棒ab由靜止釋放，沿導(dǎo)軌下滑，假如導(dǎo)軌的長度足夠，導(dǎo)軌寬2m，金屬棒在下滑的過程中接觸良好，當金屬棒下滑3m高的時候，速度恰好為最大的速度2m/s，求這個過程中所產(chǎn)生的熱量。

解析：當金屬棒的速度達到最大時，對其受到的力進行分析，mgsin 0=F安+f。由法拉第電磁感應(yīng)定律我們可以知道：E=BLV，根據(jù)閉合電路的歐姆定律I=E/R，F(xiàn)寄=ILB=（B2L2v）/R=0.2N。f=gsin 0-F安=0.3N。下滑的過程需要能動定理來進行計算mgh-f*（h/sin 0）W=0.5mv2。由此可以解得w=1J所以產(chǎn)生的熱量為lJ。根據(jù)Q=W=1J。

這道例題就是典型的能量轉(zhuǎn)換問題，做好能量分析才是這道題的解題關(guān)鍵。同時同學(xué)們還要把這部分知識與電路知識相結(jié)合。只有將這些知識點靈活運用才能提高解題的準確率。

2.能量轉(zhuǎn)化與做功間的關(guān)系

在處理電磁感應(yīng)的問題時，要注意電磁感應(yīng)中所涉及到的能量問題其實就是不同形式間的能量相互轉(zhuǎn)換，而并非是能量創(chuàng)造過程，這時就需要我們對電磁感應(yīng)的問題有一個正確的認識，我們可以從做功和能量間的轉(zhuǎn)化入手，這也是正確認識電磁能量問題的重點所在。在力學(xué)中，能量最終會轉(zhuǎn)化為功，例如，在機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，就是安培力在做功，當安培力做正功的時候，就會將電能轉(zhuǎn)化為機械能，相反，當安培力做負功的時候，那么這個時候安培力就會將機械能轉(zhuǎn)化為電能。在這兩個能量相互轉(zhuǎn)化的過程中，重點是對安培力做的功分析清楚，一旦對安培力做功分析失誤的話，就會導(dǎo)致整個問題出現(xiàn)失誤。其實解決這一類問題的關(guān)鍵就是認識和區(qū)分電磁感應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)換，最終還是要對能量和做功之間的關(guān)系有著明確和深刻的認識。

對于其他能量轉(zhuǎn)化為電能問題的分析，需要在電磁感應(yīng)的整個過程中，對其維持感應(yīng)電流存在的過程進行探索，當導(dǎo)體還沒有達到穩(wěn)定的情況下，借助外力所做的功和克服安培力所做的功都會消耗掉其中的一部分，經(jīng)過消耗之后，最終都會轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)生感應(yīng)電流的電能或者是轉(zhuǎn)化為熱量。另一部分用來增加導(dǎo)體做功的能，則會全部都轉(zhuǎn)化成電能。

3.電磁感應(yīng)中的能量問題歸類整理

3.1解題思路分析

解決這類問題首先可以從能量轉(zhuǎn)化開始，也就是說首先要分析能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系與做功問的關(guān)系或者是分析能量轉(zhuǎn)化與守恒定律之間的關(guān)系，在分析這些能量轉(zhuǎn)化的時候，還要注意應(yīng)用能量守恒定律。大致的分析思路是這樣的：第一步，做好受力分析，并確定這些力做的什么功。第二步，分析哪些能量進行了轉(zhuǎn)化以及哪些功做出了能量轉(zhuǎn)化。最后一步，根據(jù)這能量轉(zhuǎn)化找到相應(yīng)的公式，從而進行計算。一般的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律為其他形式的能通過做功來發(fā)生轉(zhuǎn)化，當安培力做功為負功時，能量轉(zhuǎn)化為電能，當電能通過電流做功時，這時候會進一步轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

3.2常見的解題方法分析

第1種方法是學(xué)生要知道在活動中減少的能應(yīng)該等于電磁感應(yīng)活動產(chǎn)生的能，就是Q=△E。第2種方法就是通過功與能量的關(guān)系進行轉(zhuǎn)換，也就是說克服安培力所做的功就是電磁感應(yīng)過程中所產(chǎn)生的能，就是Q=-W。第3種就是電流所做的功，Q=2IRt。

3.3常見的問題分類

常見的問題主要分為2大類。一種問題是導(dǎo)體受外力的作用，所產(chǎn)生的能量問題，通常想要解決這一類問題一般都會使用焦耳定律。另外一種問題是導(dǎo)體的自由運動問題，解決這一類問題主要是通過分析能量的轉(zhuǎn)化，一般這種問題會通過法拉第電磁感應(yīng)定律解決、電路電流的計算問題，還需對能量守恒定律和做功有一定的認識。

4.結(jié)論

電磁感應(yīng)這部分知識不僅是高考出題的熱點，同是也是學(xué)習(xí)過程中的一個重點和難點。因此將電磁感應(yīng)能量問題進行歸類，有助于理清知識點，方便記憶。而這部分知識點可以考察理解、推理以及綜合分析能力，因此這部分知識往往會成為各種各樣考試中的重難點。通過本文的分析和整理希望可以幫助讀者更好地理解這部分內(nèi)容。