蔣明星
(甘肅省酒泉中學(xué) 735000)
電磁感應(yīng)現(xiàn)象在物理學(xué)中具有重要的地位.所涉及的核心內(nèi)容是楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律,而對(duì)楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律的靈活應(yīng)用能很好地考查學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維的核心素養(yǎng),自然而然受到高考命題者的青睞,是高考的高頻考點(diǎn).涉及電路問題、圖像問題、動(dòng)力學(xué)問題及能量和動(dòng)量問題.
1.考情分析
近三年全國卷對(duì)“電磁感應(yīng)中的綜合問題”的考查情況如表1所示.
表1 近三年全國卷對(duì)“電磁感應(yīng)中的綜合問題”的考查統(tǒng)計(jì)
2.命題特點(diǎn)
從近三年的全國卷可以看出,電磁感應(yīng)中的綜合問題每年必考,屬于絕對(duì)的高頻考點(diǎn);考查題型限于理科綜合的要求,以選擇題的形式出現(xiàn);而且自2017年“動(dòng)量”納入必考后,動(dòng)量和能量的綜合在電磁感應(yīng)的考題中出現(xiàn)也有很大可能,能更全面的考查學(xué)生的分析綜合、處理問題的能力.
電磁感應(yīng)現(xiàn)象中常見的圖像有兩大類:第一類是隨時(shí)間t變化的圖像,如磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的B-t圖、磁通量隨時(shí)間變化的Ф-t圖、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的E-t圖、感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的i-t圖、安培力隨時(shí)間變化的F-t圖等;第二類是隨位移x變化的圖像,如感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨位移變化的E-x圖、感應(yīng)電流隨位移變化的i-x圖等.
解決圖像問題的要領(lǐng)可歸納為“六看”,即一看“軸”;二看“線”;三看“斜率”;四看“截距”;五看“面積”;六看“拐點(diǎn)”.
例1 (2019年全國卷Ⅰ)(多選)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其邊界如圖1(a)中虛線MN所示.一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S,將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi),圓心O在MN上.t=0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖1(a)所示;磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖1(b)所示,則在t=0到t=t1的時(shí)間間隔內(nèi)( ).
圖1
A.圓環(huán)所受安培力的方向始終不變
B.圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針方向
電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的分析思路如圖2所示.
在電磁感應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題與能量和動(dòng)量問題中,要求我們做好“六個(gè)”環(huán)節(jié)的分析,才能全方位認(rèn)識(shí)這類問題的本質(zhì),如圖3所示.
例2 (多選)如圖4所示,有電阻不計(jì)的兩條平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,其間距l(xiāng)=0.5m,導(dǎo)軌彎曲部分光滑,水平平直部分粗糙,兩者平滑連接,右端接一個(gè)阻值R=5Ω的定值電阻.導(dǎo)軌的平直部分左邊區(qū)域有寬度d=0.8m、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一長l=0.5m、質(zhì)量m=1kg、電阻R0=5Ω的金屬棒垂直導(dǎo)軌放置,從高h(yuǎn)=0.45m處靜止釋放,到達(dá)磁場(chǎng)右邊界處恰好停止運(yùn)動(dòng).已知金屬棒與平直導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5,金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣热?0m/s2.則金屬棒穿過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中( ).
A.金屬棒所受的最大安培力為0.3N
B.通過金屬棒的電荷量為0.04C
C.克服安培力所做的功4.5J
D.金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為0.25J