高中物理電磁學(xué)的解題方法分析

吳靜

【摘 要】對于高中物理的學(xué)習(xí)，同學(xué)們普遍反映物理知識(shí)太過深?yuàn)W，解答物理習(xí)題更是難乎其難。特別是電磁學(xué)部分，由于其所涉及的知識(shí)復(fù)雜且抽象，即便學(xué)生努力的理解了知識(shí)點(diǎn)也會(huì)在解答習(xí)題的過程遇到重重障礙。本文就對此介紹幾種解決電磁學(xué)習(xí)題的常用方法，并通過案例對部分方法進(jìn)行詳細(xì)分析，希望對同學(xué)們的解題提供幫助。

【關(guān)鍵詞】電磁學(xué)；解題方法

一、解決電磁學(xué)習(xí)題的常用方法

通過對高中物理電磁學(xué)習(xí)題的研究和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)常用的解題方法主要有圖像法、對稱法、等效替代法、微元法、綜合法、隔離法等。雖然解題方法有很多，但不能胡亂使用，要根據(jù)每種解題方法的特點(diǎn)以及其適用的習(xí)題類型合理選擇。如圖像法比較適用于解決與洛倫茲力有關(guān)習(xí)題，等效替代法往往用于對復(fù)雜電路習(xí)題的解決，微元法多用于解決與安培力有關(guān)的習(xí)題等等。下面通過例題進(jìn)一步了解部分解題方法。

二、具體例題分析

（一）圖像法

在電磁學(xué)部分運(yùn)用圖像法解題是一種普遍且有效的手段。尤其在研究帶電粒子在磁場中或在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，圖像法能直觀、形象的將復(fù)雜的問題變得簡單明了。雖然圖像法有諸多好處，但該方法依賴于對幾何關(guān)系的熟練掌握。如對幾何關(guān)系掌握較差的同學(xué)可以努力學(xué)習(xí)來彌補(bǔ)或者不采用此方法解題。

案例：如圖1，在x0y平面內(nèi)，以0為中心的圓形區(qū)域內(nèi)分布著勻強(qiáng)磁場，且磁場方向垂直于x0y平面。有一個(gè)帶電粒子質(zhì)量為m所帶電荷量為q，以原點(diǎn)0為起點(diǎn)，沿x軸正方向以初速度v開始運(yùn)動(dòng)。當(dāng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)到p時(shí)其速度方向與y軸夾角為30。P到0的距離為L，不考慮重力的影響，求：

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小？（2）在x0y平面上磁場區(qū)域的半徑R？

分析：帶電粒子垂直進(jìn)入磁場，洛倫茲力充當(dāng)向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，依據(jù)公式可得出軌道半徑。由帶電粒子入射點(diǎn)的速度方向及出射點(diǎn)的速度方向，可找到軌道的圓心在y軸正方向上。在圖中畫出圖像，根據(jù)幾何關(guān)系，找到軌道半徑和L的關(guān)系，求出磁場強(qiáng)度；找到軌道半徑和磁場區(qū)域半徑的關(guān)系，可得出磁場區(qū)域半徑。

（二）等效替代法

等效替代指的是將復(fù)雜物理過程轉(zhuǎn)化為具有等效效應(yīng)的簡單過程的方法。其宗旨是將繁雜的物理過程轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)簡單而直接的物理過程，從而使物理問題變得簡單。在電磁學(xué)部分最常用到等效替代法的就是對復(fù)雜電路習(xí)題的處理。從題目中給的多個(gè)條件或未知量中跳出來，抓住主要問題、主要過程，將其他的物理過程等效替換成簡單的過程化難為易。

案例：如圖2，在電路當(dāng)中，電源電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r、電阻R1、R2的值未知，已知在R=10Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為1A；在R=18Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為0.5A；求：當(dāng)電流表示數(shù)為0.1A時(shí)，R的取值？

分析：此題如使用常規(guī)方法，會(huì)面臨許多的未知量，從而大大增加了解題的難度。因此，在面對這種未知量過多的問題時(shí)，要學(xué)會(huì)變換思路，充分利用等效替代法。例2就是將圖中虛框部分看作整體，將其作為一個(gè)等效電源，這樣就避免了無關(guān)因素對解題的影響，使問題簡單化大大提高了解題效率。

（三）對稱法

在物理學(xué)習(xí)中我們不難發(fā)現(xiàn)對稱現(xiàn)象的存在，正因如此我們才能更快捷高效的探索物理現(xiàn)象尋找物理規(guī)律。在高中物理電磁學(xué)這部分，運(yùn)用對稱法解決物理問題是非常便捷的。比如求解電場強(qiáng)度、對帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷等都運(yùn)用了對稱的思想。

案例：如圖3，x0y平面是無限大導(dǎo)體的上表面，導(dǎo)體充滿z<0的空間，z>0空間是真空。在z=h處有一電荷量為q的點(diǎn)電荷，其會(huì)在導(dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電荷。空間任何一點(diǎn)的電場，均為點(diǎn)電荷同導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷共同激發(fā)。當(dāng)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零。設(shè)在A=h/2處電場強(qiáng)度的大小為？

三、總結(jié)

通過對電磁學(xué)習(xí)題的分類總結(jié)，介紹了幾種常見的解題方法，旨在幫助同學(xué)們靈活解題開闊解題思路。當(dāng)然要學(xué)會(huì)靈活自如的運(yùn)用各種解題方法是一項(xiàng)系統(tǒng)而漫長的過程，不能一蹴而就，要根據(jù)同學(xué)們的實(shí)際水平循序漸進(jìn)的掌握各種解題方法。并且在學(xué)習(xí)過程中，要及時(shí)溝通相互交流，對于好的巧妙的解題思路供大家學(xué)習(xí)，對于易錯(cuò)或比較復(fù)雜的解題辦法，要學(xué)會(huì)另辟蹊徑，找到簡單有效的解題方法。相信通過大家不斷的努力和學(xué)習(xí)，對物理電磁學(xué)習(xí)題定能迎刃而解得心應(yīng)手。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉宇晗.高中物理競賽中電磁學(xué)的解題方法分析[J].科技風(fēng)，2016（24）：162+177endprint