李勝?gòu)?qiáng)

(江蘇省鄭集高級(jí)中學(xué)城區(qū)學(xué)校 221116)

2015-2019年江蘇高考試題命制基本保持穩(wěn)定，計(jì)算題共三大題，第13題考查的是法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用，每年的物理情景不同，考查內(nèi)容不同，命題角度不同，但都離不開法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用，每年的習(xí)題各具特色，值得品味.

一、試題呈現(xiàn)

物理情景物理模型考查內(nèi)容2015線圈的半徑r=5.0cm,導(dǎo)線的橫截面積A=0.80cm2,電阻率ρ=1.5Ω·m,磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0.3s內(nèi)從1.5T均勻地減小為零.(1)該圈肌肉組織的電阻R;(2)該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E;(3)0.3s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q.2016“天宮一號(hào)”正以速度v=7.7 km/s繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),M、N間的距離L=20 m,地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于v、MN所在平面的分量B=1.0×10-5 T,太陽(yáng)帆板視為導(dǎo)體.(1)求M、N間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E;(2)試判斷小燈泡能否發(fā)光,并說(shuō)明理由;(3)估算“天宮一號(hào)”距離地球表面的高度h2017該磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后,金屬桿的速度變?yōu)関.(1)MN剛掃過金屬桿時(shí),桿中感應(yīng)電流的大小;(2)MN剛掃過金屬桿時(shí),桿的加速度大小;(3)PQ剛要離開金屬桿時(shí),感應(yīng)電流的功率.2018質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導(dǎo)軌上,距底端的距離為s,導(dǎo)軌與外接電源相連,使金屬棒通有電流.金屬棒被松開后,以加速度a沿導(dǎo)軌勻加速下滑(1)末速度的大小v;(2)通過的電流大小I;(3)通過的電荷量Q.2019線圈的面積S=0.3 m2、電阻R=0.6 Ω,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T.現(xiàn)同時(shí)向兩側(cè)拉動(dòng)線圈,線圈的兩邊在Δt=0.5s時(shí)間內(nèi)合到一起.(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值E;(2)感應(yīng)電流的平均值I;(3)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q.

二、命題特點(diǎn)

1.新穎性

2015年第13題以做磁共振檢查為背景考查磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流.將包裹在骨骼上一圈肌肉組織等效成單匝線圈，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻地減小.已知線圈的半徑，線圈導(dǎo)線的橫截面積和電阻率求電阻、電動(dòng)勢(shì)和熱量.

2016年第13題以“天宮一號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)為背景考查感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的關(guān)系和計(jì)算.“天宮一號(hào)”運(yùn)動(dòng)方向與太陽(yáng)帆板兩端連線垂直，也與地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于，將太陽(yáng)帆板視為導(dǎo)體，考查導(dǎo)體棒的切割模型.

2017年第13題以矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域勻速掠過導(dǎo)體棒為背景考查金屬桿中的感應(yīng)電流的變化特點(diǎn).當(dāng)該磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関.，本題的實(shí)質(zhì)為電磁驅(qū)動(dòng).

2.迷惑性

2016年第13題第(2)小問“天宮一號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在太陽(yáng)帆板上將一只“1.5V、0.3W”的小燈泡與太陽(yáng)能帆板M、N相連構(gòu)成閉合電路，試判斷小燈泡能否發(fā)光并說(shuō)明理由.不少學(xué)生通過第(1)小問M、N間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=1.54V進(jìn)行判斷，雖然結(jié)論可能是對(duì)的，但理由是不科學(xué)的.此題的切割模型只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒有感應(yīng)電流，故燈泡不亮.

2017年第13題磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后，金屬桿的速度變?yōu)関，金屬桿速度和磁場(chǎng)區(qū)域速度的大小關(guān)系是學(xué)生迷惑的一個(gè)點(diǎn)，磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿的過程中，金屬桿的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的判斷也是學(xué)生迷惑的一個(gè)點(diǎn).

2018年第13題金屬棒被松開后以加速度a沿導(dǎo)軌勻加速下滑，金屬棒中的電流始終保持恒定.常規(guī)模型中導(dǎo)體棒勻加速切割勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流都會(huì)增大，而此題種金屬棒中的電流始終保持恒定，這與切割模型相矛盾.其實(shí)此題是雙電源問題，導(dǎo)軌與外接電源相連使金屬棒通有電流，導(dǎo)體棒勻加速切割勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)又產(chǎn)生一個(gè)電源.

3.交替性

2015年第13題和2019年第13題考查的是感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，2015年第13題是因磁感應(yīng)強(qiáng)度減弱產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)，2019年第13題是因有效面積減小產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì).感生電流的實(shí)質(zhì)是閉合回路中磁通量變化，磁通量變化有幾種形式：①僅磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化②僅面積大小變化③磁場(chǎng)強(qiáng)弱和面積大小同時(shí)變化④磁場(chǎng)和面積間的夾角變化.

2016年第13題考查勻速切割磁場(chǎng)，2017年第13題考查變加速速切割磁場(chǎng)，2018年第13題考查勻加速切割磁場(chǎng)，導(dǎo)體棒垂直切割磁場(chǎng)時(shí)要充分考慮導(dǎo)體棒的有效長(zhǎng)度、導(dǎo)體棒的速度變化特點(diǎn)和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化特點(diǎn)，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的大小與以上因素都有關(guān)系.

三、應(yīng)對(duì)策略

1.關(guān)注法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)涵和外延

2.強(qiáng)化學(xué)生建模意識(shí)和遷移能力的訓(xùn)練

新情景背景下的試題命制一定對(duì)應(yīng)著熟悉的舊模型，平時(shí)教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生的閱讀意識(shí)和審題能力的訓(xùn)練，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，利用自己熟悉的模型和已掌握的物理原理來(lái)解決不太熟悉的題型，利用類比思維將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，利用遷移能力將陌生的問題清晰化.

3.透過現(xiàn)象看本質(zhì)，看穿命題者的意圖

2016年“天宮一號(hào)”切割地磁場(chǎng)，“天宮一號(hào)”和燈泡構(gòu)成了閉合回路，運(yùn)動(dòng)過程中太陽(yáng)帆板在切割地磁場(chǎng)，導(dǎo)線也在切割地磁場(chǎng)，閉合回路中的磁通量不變，故只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒有感應(yīng)電流，該模型中實(shí)際上也是雙電源問題，不能被切割迷惑了雙眼，看到切割就聯(lián)系感應(yīng)電流，真正理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的關(guān)系.

2017年磁場(chǎng)區(qū)域通過導(dǎo)體棒，表面上看是相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割，實(shí)際上是電磁驅(qū)動(dòng)，磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)是因，導(dǎo)體棒的跟隨運(yùn)動(dòng)是果，導(dǎo)體棒的跟隨也是為了阻礙右側(cè)閉合回路中磁通量的變化，實(shí)質(zhì)是場(chǎng)動(dòng)棒也動(dòng)，但棒跟不上場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏，故棒的速度會(huì)小于場(chǎng)的速度.