高中物理電磁學(xué)解題方法之我見

張 兵

(安徽省無為第二中學(xué) 238300)

高中物理電磁學(xué)部分涵蓋很多的概念以及計(jì)算公式，要求學(xué)生學(xué)習(xí)中應(yīng)做好相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與掌握，還應(yīng)注重做好聽課以及解題方法的總結(jié)，掌握各類題型的突破思路，尤其應(yīng)做到融會(huì)貫通，舉一反三.

1 電磁感應(yīng)中圖象問題解題方法

解答電磁學(xué)中有關(guān)圖象問題時(shí)應(yīng)注重根據(jù)題干描述的情境，列出相關(guān)的物理方程，注重聯(lián)系所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行正向推理.同時(shí)，也應(yīng)在明確圖象中縱橫坐標(biāo)、圖線交點(diǎn)、圖線切線表示含義的基礎(chǔ)上，結(jié)合給出的選項(xiàng)進(jìn)行逆向推理.

如圖1，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一矩形線圈abcd.當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化時(shí)，ab邊受到的安培力大小保持不變.則滿足這一情況的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和時(shí)間的關(guān)系圖象圖2可能正確的是( ).

圖1

圖2

2 電磁感應(yīng)中電路問題解題方法

解答電磁感應(yīng)中相關(guān)電路問題應(yīng)把握兩個(gè)重點(diǎn)：其一，結(jié)合所學(xué)的相關(guān)定律，找到產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的具體原因，列出相關(guān)的計(jì)算公式.其二，分析題干相關(guān)電子元件之間的串并聯(lián)關(guān)系，結(jié)合給出的電阻，運(yùn)用閉合電路歐姆定律計(jì)算相關(guān)的電學(xué)參數(shù).

圖3 圖4

如圖3，一匝數(shù)為n，電阻為R，半徑為r1的圓形金屬線圈和阻值為2R的電阻R1連接形成閉合回路.圓形線圈內(nèi)部存在半徑為r2垂直線圈向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和時(shí)間t的關(guān)系如圖4所示(以圖3中B的方向?yàn)檎较?.圖線和橫軸交于t0，和縱軸交于B0，忽略導(dǎo)線電阻，求0～t1時(shí)間內(nèi)：

(1)通過R1的電流大小和方向；

(2)通過R1的電荷量q以及R1上產(chǎn)生的熱量；

3 電磁感應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題解題方法

分析電磁感應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題時(shí)最終會(huì)落腳到受力分析上，而安培力是一個(gè)較為特殊的力，與導(dǎo)體中電流的大小相關(guān)，因此應(yīng)注重運(yùn)用電磁感應(yīng)知識(shí)，分析導(dǎo)線中電流的變化規(guī)律，而后運(yùn)用物體的受力平衡條件、牛頓第二定律，判斷其運(yùn)動(dòng)參數(shù).

圖5

如圖5，兩根足夠長(zhǎng)且光滑的導(dǎo)軌和水平方向成α角平行放置.導(dǎo)軌上端和一可變電阻R相連，空間存在大小為B和導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一忽略電阻，質(zhì)量為m的金屬桿，從導(dǎo)軌上由靜止下滑，足夠長(zhǎng)時(shí)間后，金屬桿會(huì)趨向一個(gè)最大速度vm，則以下措施中能夠使vm增大的是( ).

A.B增大 B.α增大

C.R變小 D.m變小

4 電磁感應(yīng)中能量問題解題方法

電磁感應(yīng)中涉及的能量轉(zhuǎn)化主要為機(jī)械能向電能、熱能的轉(zhuǎn)化.如圖6，兩根光滑足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌和水平面成30°固定，間距L=2m.導(dǎo)軌上下各接阻值均為16Ω的電阻R1，R2，忽略導(dǎo)軌自身電阻.大小B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和導(dǎo)軌平面垂直.一內(nèi)阻r=2Ω，質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒ab從較高處由靜止釋放.金屬棒運(yùn)動(dòng)過程中和導(dǎo)軌金屬接觸良好，從靜止至達(dá)到最大速度時(shí)通過金屬棒的電荷量為0.3C，求從金屬棒靜止至速度達(dá)到最大，ab棒上產(chǎn)的焦耳熱Q的大小.

圖6

5 運(yùn)用疊加法高效處理電磁學(xué)問題

在高中物理解題訓(xùn)練中，用疊加法展開轉(zhuǎn)換處理，再通過等效思維的運(yùn)用來求解，使其高效處理電磁學(xué)問題，增強(qiáng)解題自信.

如圖7所示，有一個(gè)外半徑是R1的無限長(zhǎng)的圓柱形導(dǎo)體管，而管內(nèi)空心部分的半徑是R2，空心部分的軸和圓柱的軸是平行關(guān)系，但是并不重合，兩個(gè)軸之間的距離是a，且a>R2，現(xiàn)在有一個(gè)電流I沿著導(dǎo)體管進(jìn)行流動(dòng)，電流則均勻的分布在圓柱形導(dǎo)體管的橫截面之上，而電流的方向則同圓柱形導(dǎo)體管的軸線保持平行，求：(1)圓柱軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小；(2)空心部分軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.

圖7

6 運(yùn)用守恒轉(zhuǎn)換法解答電磁學(xué)問題

在物理學(xué)中轉(zhuǎn)換法使用范圍十分廣泛，究其原因主要在于大部分物理量都很難直接測(cè)量，這就需要把某些物理量進(jìn)行科學(xué)合理的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成易于測(cè)量的物理量，并同能量守恒定律結(jié)合起來，便形成守恒轉(zhuǎn)換法.

圖8

如圖8所示，一個(gè)半徑是R，沿著直徑裝有一根金屬桿的金屬圓環(huán)，可以環(huán)繞垂直圓環(huán)平面通過圓心O的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓環(huán)邊緣的槽內(nèi)，纏繞著一根足夠長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩，繩子端吊著一個(gè)質(zhì)量是M的物體，圓環(huán)的一半處在磁感強(qiáng)度是B，方向垂直于圓環(huán)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)當(dāng)中.已知金屬圓環(huán)與直桿的電阻率是ρ、橫截面是S的硬質(zhì)導(dǎo)線制成，現(xiàn)在被輕質(zhì)細(xì)繩吊著的物體由靜止釋放，求由圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度ωm.

電磁感應(yīng)是高中物理的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí).授課中為深化學(xué)生理解，使其掌握解答各類題型的思路與技巧，既要做好相關(guān)解題方法的灌輸以及在解題中的應(yīng)用示范，又要鼓勵(lì)學(xué)生課下多進(jìn)行訓(xùn)練、總結(jié)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與彌補(bǔ)解題中的不足，不斷的提升自身的綜合解題能力.