新高考下动量守恒定律在“电磁感应”中的应用

徐天赐

摘要：对于能量守恒定律来说，在自然界中是一种非常普遍的规律，在电磁感应现象中，一些形式的能可以通过磁场的反应，进行转化成为电能，这些形式能在转化的过程中，也同样要遵循能量守恒定律。所以采用能量守恒定律，能够有效解决电磁感应中一些问题。基于新高考背景下，本文将深入研究动量守恒定律在“电磁感应”中的应用，以此来有效达到提高学生综合分析问题以及处理问题的能力。

关键词：新高考;动量守恒定律;电磁感应;应用

中图分类号：A 文献标识码：A 文章编号：（2022）-5-

在高中新课程改革之前，“电磁感应”一直都是高考物理的重点教学内容，这部分内容具有较强的综合性，尤其是在考察学生能力方面，高考命题专家一直都将该部分内容纳入到命题库中。基于新课程改革之后，动量守恒定律被纳入到了高中物理教材中，在新高考“电磁感应”试题中，也逐渐出现了考察动量守恒定律的内容，试题综合性得到了明显的减弱，试题难度也有了比较显著的下降。特别是在2017年教育部考试中心进行高考命题时，高中物理（选修3-5）本教材中只有一个二级考点，考察的内容为动量定理与动量守恒定律，由此我们可以看出，动量守恒定律在高中物理教学中的重要性。

一、应用动量守恒定律，解决双杆问题

在全国卷考试说明中，明确指出了电磁感应试题中，将不涉及到反电动势问题，但是在实际的电磁感应中，确实出现了两个电动势的问题。比如：由于磁场的运动带动了杆运动、磁场的不断变化过程中使导体发生了运动等，这种情况都将会涉及到两个电动势，从表面上来看则涉及到了反动势。在解决这一类题目时，可以采用磁通量的变化或者是相对速度，来进行回避两个电动势加减方面的问题。除此之外，电磁场中所包含的双杆运动问题，我们还可以采用动量守恒定律来进行有效解决。

例1：如下图1所示，ab与cd两条竖直的线，表示的是长直光滑金属导轨，其MN与M’N’表示的两条横线，表示的是两根用细线连接的金属杆，其所包含的质量分别是m与2m。在竖直向上外力的作用下，将外力F应用到MN杆上，最终让两个杆处于水平静止的状态，并要与导轨刚好接触;对于两个杆的总电阻，我们可以即作R，图中l表示的为导轨间距。同时，整个装置处于磁感B的匀强磁场中，磁场所产生的方向与导轨所在的平面，形成一种垂直状态。导轨电阻可选择忽略不计，重力进行加速时，所产生的速度即作g，当t=0时刻，要把细线烧掉，并保持外力F不动，金属杆和导轨两者之间，要始终做到接触良好。求：

（1）细线烧掉之后，求任意时刻的两杆运动速度之比。

（2）两杆分别达到最大速度是多少。

解析：（1）若两杆处于静止状下，合力为0，那么F=3mg。细线烧掉之后，一个杆向下进行运动，两一个杆则向上运动，电路在这个过程中，产生了相应的感应电流，最终使得两杆在安培力的作用下，组成了系统动量守恒，那么则有：0=mv1-2mv2，v1：v2=2：1

（2）当两杆匀速运动状态下，所产生的速度最大，那么则有：

MN的平衡方程为：

两个公式进行聯立求得：

二、应用动量守恒定律，解决线圈问题

对于线圈模型来说，在高中物理学中是一种比较常见的模型，当线圈进入和离开磁场时，对于切割的磁感线来说，则会产生感应电动势，然后线圈本身就会组成闭合回路，最终在形成电流，同时电流也会形成安培力。在电磁感应中应用动量守恒定律，可以更加准确的计算出线圈运动的时间、速度以及动能。

例2：如下图2所示，a、b表示的是两个匀强磁场区域，这两个区域的边界范围、磁场感应轻度的大小与方向都是一样的。其中a的下端距离水平地面的位置，要高于b的高度。甲和乙表示的是两个完全一样的闭合正方形导线框，并位于a、b的正上方。两个线框同时处于静止的状态的下进行释放电能，并穿过磁场后落到地面，在整个下落的过程中，线框平面与磁场方向之间，始终保持垂直状态，试求甲与乙两线框落地时间。

图1 图2

解析：设边框的长度为L，电阻为R，线框与地面的高度为h，其质量为m，t为线框的落地实践，v是落地的速度。线框在重力的影响下，在穿入与传出磁场的过程中，受到了向上的安培力，取向下为正方向，那么所得出的动量定理有：

由闭合电路欧姆定律有：

由法拉第电磁感应定律有：

其中：=2Bl2

由（1）-（4）式可以得出：

若乙进入到磁场时，所产生的速度比较大，同时安培力也比较大，那么在克服安培力时，做功也是比较多的，乙线框中所产生的热量也会比较多。由此动能定理为：

由（1）-（6）式可以得出t甲>t乙，所以乙线框先落地。

结语：

总上所述，基于新高考下，将动量守恒定律应用于电磁感应的过程中，学生的每一种解法都能够清晰地体现出学生对物理规律的理解程度，而并不是简单的进行模仿。为此，高中物理教师在开展教学活动时，应当引导与鼓励学生做到一题多解，不断去提高学生综合分析能力与知识迁移能力，进而让高中物理教学变得更加有效性。

参考文献

[1]魏奇涵.浅谈动量及动量守恒定律在”电磁感应”中的应用[J].高考，2019（5）：42.

[2]彭朋朋.动量定理在电磁感应问题中的运用[J].中学生数理化（教与学），2021（5）：95.

[3]黎国胜.新高考下动量、动量守恒定律在“电磁感应”中的应用[J].物理教学，2017，39（8）：66-68.