把握方法技巧 解答電磁學(xué)習(xí)題

葉麗香

摘 要：電磁現(xiàn)象是自然界中非常常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，同時(shí)也是高中物理學(xué)科中的重要知識(shí)內(nèi)容.電磁學(xué)知識(shí)內(nèi)容較為抽象，學(xué)習(xí)和理解的難度比較大，學(xué)生常常會(huì)出現(xiàn)困惑和疑問(wèn)，對(duì)于一些物理問(wèn)題常常無(wú)從下手，影響學(xué)生解題效果，不利于學(xué)生解題能力培養(yǎng).在高中物理教學(xué)中，為了加強(qiáng)學(xué)生解題能力鍛煉，強(qiáng)化學(xué)生解題思維，掌握解題方法和技巧，結(jié)合實(shí)際的電磁學(xué)解題，開(kāi)展解題方法講解和訓(xùn)練.本文分析高中物理電磁學(xué)解題的有效方法.

關(guān)鍵詞：高中物理;電磁學(xué);解題方法

中圖分類號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2022）25-0122-03

電磁學(xué)作為高中課程的重要內(nèi)容，不僅涉及到電流現(xiàn)象、電磁輻射和電磁場(chǎng)等知識(shí)，同時(shí)電磁學(xué)知識(shí)和動(dòng)能、勢(shì)能等知識(shí)密切相關(guān).雖然電磁學(xué)知識(shí)內(nèi)容較為抽象，通過(guò)課堂教學(xué)要求學(xué)生掌握電磁學(xué)基本原理，合理利用解題方法，對(duì)典型題目進(jìn)行歸納和總結(jié)，靈活掌握和利用解題方法，保證電磁學(xué)問(wèn)題有效解答.因此，在課堂活動(dòng)中，傳授學(xué)生科學(xué)的解題方式，加強(qiáng)學(xué)生解題思維和解題能力培養(yǎng)，提高學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力.

1 巧妙利用圖像法，化抽象為具體

高中物理電磁場(chǎng)解題中，圖像法是一種有效的解題方式，具有直觀形象的優(yōu)勢(shì)，借助一個(gè)或者多個(gè)圖形，將物理問(wèn)題展示出來(lái)，根據(jù)其中的幾何關(guān)系，將抽象物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化成具體圖形，有效解答題目.在電磁場(chǎng)知識(shí)學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生不斷歸納和總結(jié)，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)特點(diǎn)引入圖像法，降低題目解答難度，提高學(xué)生解題效率，保證學(xué)生解題準(zhǔn)確性.

例1 如圖1所示，圓形筒橫截面中，O是軸線，R是半徑，在圓筒內(nèi)部存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，并且與圓筒的軸線平行.如果B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，H點(diǎn)是真空狀態(tài)下的小孔.帶電粒子p的質(zhì)量為m，q是其電荷量，以某個(gè)初速度進(jìn)入圓筒內(nèi)部，并且和圓筒碰撞，從小孔處射出.圓筒內(nèi)部光滑，碰撞存在彈性.當(dāng)p的速度是多少時(shí)，p和圓筒內(nèi)壁碰撞次數(shù)最少，從進(jìn)入圓筒到射出的時(shí)間是多少？

解析 通過(guò)對(duì)題目進(jìn)行分析，可以得出此題主要是利用洛倫磁力解答的題目，可以采取圖像法完成解題.如果說(shuō)P和筒壁僅僅碰撞一次，那么p是直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)題干內(nèi)容分析，p和圓筒內(nèi)壁碰撞不止一次.在圓筒內(nèi)部有著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，P由于洛倫磁力的影響，發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，p和圓筒內(nèi)壁之間碰撞屬于彈性碰撞，在發(fā)生碰撞的前后，其速度大小沒(méi)有發(fā)生改變，結(jié)合圓筒內(nèi)壁形狀進(jìn)行猜想，P和筒壁碰撞出現(xiàn)對(duì)稱情況.在解題時(shí)，以幾何圖形分析作為突破點(diǎn)，找出圓的三等分點(diǎn)，結(jié)合受力情況對(duì)P運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行描述，根據(jù)其幾何關(guān)系完成求解.

2 靈活利用微元法，化宏觀為微觀

微元法主要是將研究對(duì)象作為整體中的微小部分，通過(guò)對(duì)這一微小部分和整體關(guān)系進(jìn)行分析和研究，完成整體問(wèn)題的思考和解答.在高中物理解題中，微元法雖然使用的比較少，卻是一種重要的物理思想.在高中電磁場(chǎng)相關(guān)題目解答中，靈活引入微元法，將復(fù)雜物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化成常見(jiàn)的物理規(guī)律，將非理想物理模型轉(zhuǎn)化成學(xué)生熟悉的理想模型，實(shí)現(xiàn)宏觀問(wèn)題微觀化的轉(zhuǎn)化，完成物理問(wèn)題的思考和解答.

3 利用等效代替法，簡(jiǎn)化解題過(guò)程

高中物理電磁學(xué)解題中，一些物理題目具有一定的共性，利用共性完成解題，因此，面對(duì)一些物理問(wèn)題，可以采取等效代替的方式解答，將復(fù)雜物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化成熟悉問(wèn)題.在等效替代前，需要進(jìn)行物理量的比較，尋找物理量的相同點(diǎn)，有效解決共性問(wèn)題，提高學(xué)生解題速度，保證學(xué)生解題準(zhǔn)確性.

例2 如圖2所示，三角形MKN屬于等邊三角形，且是由均勻細(xì)導(dǎo)線制作，在均勻恒定磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，三角形MKN以MN為軸線以角速度為ω做轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，MN和磁場(chǎng)方向垂直，并且三個(gè)線框電阻是R，圖中線框位置剛好是t=0.求解（1）任意時(shí)刻t線框中的電流;（2）假設(shè)M點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)是0，則MK線框上任意一點(diǎn)A在t=0時(shí)的電動(dòng)勢(shì)是多少？

解析 通過(guò)分析題意得出，在解題時(shí)，利用法拉第電磁感應(yīng)定律，求解三角形切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì).因?yàn)镸N和磁感線垂直，另外兩條邊和磁感線不垂直，在磁感線切割時(shí)，其投影長(zhǎng)度是有效長(zhǎng)度，為dcos60°，如圖3.通過(guò)這樣的方式，將題目進(jìn)行轉(zhuǎn)化，求解出垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向，長(zhǎng)度是d，距離MN軸距離為12dcos60°的導(dǎo)向產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就可以.借助這樣的等效替代方式，將復(fù)雜電磁場(chǎng)問(wèn)題轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)單問(wèn)題，完成物理問(wèn)題的有效解答.4 借助守恒轉(zhuǎn)化法，明確解題思路

高中物理電磁學(xué)解題中，借助守恒定律轉(zhuǎn)化物理問(wèn)題，讓學(xué)生掌握更多解題思路.作為高中物理教師，有效利用守恒轉(zhuǎn)換的方式，簡(jiǎn)化高中物理解題，有效解決物理問(wèn)題.在守恒定律的利用中，可以通過(guò)能量守恒、質(zhì)量守恒和電荷守恒等，對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從不同角度思考問(wèn)題，明確解題思路，強(qiáng)化學(xué)生解題能力，提高學(xué)生解題效率.

例3 一個(gè)均勻絕緣的細(xì)圓環(huán)的質(zhì)量是m，半徑是R，在其上均勻分布一個(gè)帶電量為q的正電荷.當(dāng)對(duì)其施加外力后，圓環(huán)圍繞圓心與環(huán)面垂直的中心線做勻速轉(zhuǎn)動(dòng).圓環(huán)從靜止到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)角速度達(dá)到ω0時(shí)，一共做了多少功.

解析 在解題時(shí)，需要對(duì)題目進(jìn)行分析，由于外力的方向與大小在不斷變化，因此，做的功也處于變化中，按照這樣的方式求解，其過(guò)程非常復(fù)雜，計(jì)算也較為困難.因此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從其他方面入手，尋找其他解題思路，對(duì)其進(jìn)行綜合分析，得出做功的本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，求解外力做功后轉(zhuǎn)化的能量，完成做功綜合求解.

5 運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，構(gòu)建參數(shù)關(guān)系

數(shù)學(xué)知識(shí)與物理有著密切的聯(lián)系，因此在解答電磁感應(yīng)相關(guān)習(xí)題時(shí)應(yīng)提高數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用意識(shí)，結(jié)合習(xí)題創(chuàng)設(shè)的情境積極聯(lián)系所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)結(jié)論，構(gòu)建數(shù)學(xué)知識(shí)與物理問(wèn)題之間的內(nèi)在聯(lián)系.教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重給學(xué)習(xí)者預(yù)留空白時(shí)間，先要求其根據(jù)題意嘗試著運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，思考解題需要運(yùn)用哪些數(shù)學(xué)知識(shí).當(dāng)學(xué)習(xí)者一時(shí)難以找到解題思路時(shí)應(yīng)注重運(yùn)用多媒體技術(shù)化抽象為直觀，降低解題難度，增強(qiáng)解題自信.

例4 在真空中存在一棱長(zhǎng)d=6cm的正四面體，頂點(diǎn)為分別為ABCD.該四面體處在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向平行于ABD平面.若A、B和C點(diǎn)的電勢(shì)分別為（2-6）V，（2+6）V和2V.則該四面體的外接球面上電勢(shì)最低值、最高值分別為（ ?）.

A.-1V、5V??? B.0、5V

C.（2-23）V、（2+23）V

D.（2-22）V、（2+22）V

解析 根據(jù)題意畫出如圖4所示圖形，由勻強(qiáng)電場(chǎng)與等勢(shì)面之間的關(guān)系，設(shè)O為AB的中點(diǎn)O1，該點(diǎn)電勢(shì)為2V.CO2和電場(chǎng)線垂直，因此，C點(diǎn)電勢(shì)為2V，則平面O1CD為等勢(shì)面，BA和電場(chǎng)線平行，方向沿BA，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=UBA/d=200V/m.由數(shù)學(xué)知識(shí)可知正四面體的外接球半徑R=6d/4=1.5cm，ΔU=ER=3V.球心O點(diǎn)的電勢(shì)為2V，則正四面體的外接球面上的最低電勢(shì)和最高電勢(shì)分別為：φO-ΔU=-1V.φO+ΔU=5V，綜上選擇A項(xiàng).

6 運(yùn)用平衡狀態(tài)，尋找解題思路

高中物理部分電磁學(xué)習(xí)題創(chuàng)設(shè)的情境較為復(fù)雜，難度不盡相同，解題的思路也多種多樣.實(shí)踐中應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)習(xí)者樹立解題的自信心，通過(guò)認(rèn)真審題尋找解題的蛛絲馬跡.實(shí)踐表明運(yùn)用物體所處的平衡狀態(tài)，構(gòu)建相關(guān)的平衡方程是求解未知參數(shù)的重要思路.為提高學(xué)習(xí)者解題的正確性，解題時(shí)應(yīng)做好物體在不同運(yùn)動(dòng)情形中的受力分析，并根據(jù)題干中給出的關(guān)鍵詞，如“剛好”、“恰好”等，構(gòu)建平衡方程，實(shí)現(xiàn)習(xí)題的順利突破.例5

如圖5，間距為L(zhǎng)光滑足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌和水平面呈θ=30°固定，虛線ab、cd均和導(dǎo)軌垂直，在其和導(dǎo)軌圍成的矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直導(dǎo)軌平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).將PQ、MN兩根質(zhì)量均為m，阻值均為R的金屬棒靠在一起置于導(dǎo)軌上.釋放PQ當(dāng)其到達(dá)ab瞬間，再將MN釋放.PQ進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速運(yùn)動(dòng)，PQ到達(dá)cd時(shí)MN剛好到達(dá)ab.忽略導(dǎo)軌電阻，重力加速度為g，則MN通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中，PQ上產(chǎn)生的焦耳熱為.

解析

在高中教學(xué)中，物理學(xué)科有著重要的地位，也是學(xué)生學(xué)習(xí)困難的學(xué)科.電磁學(xué)是高中物理課堂的重要內(nèi)容，也是學(xué)生解題中的難點(diǎn)內(nèi)容，因此，應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生解題教學(xué)，幫助學(xué)生掌握解題方法，強(qiáng)化學(xué)生物理解題思維訓(xùn)練.在實(shí)際的解題教學(xué)中，結(jié)合典型例題進(jìn)行歸納和總結(jié)，讓學(xué)生掌握多種解題方法，靈活利用物理原理和思維，結(jié)合題目特點(diǎn)采取解題方法，提高學(xué)生解題效率和質(zhì)量.

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[責(zé)任編輯：李 璟]