高中物理電學(xué)知識(shí)的解題技巧分析

陳小麗

(福建省三明市清流縣第一中學(xué),福建 三明 365300)

高中物理電學(xué)部分的內(nèi)容,具有實(shí)踐性與知識(shí)性雙線并進(jìn)的特點(diǎn),要求學(xué)生能夠熟練地掌握相關(guān)規(guī)律概念,并具有較強(qiáng)的電路分析能力.同時(shí)電學(xué)部分的考點(diǎn)較多且考查形式靈活,學(xué)生在解題時(shí)需要一定的解題技巧才能有效地提升做題速度與準(zhǔn)確率.下面就高中物理教學(xué)中學(xué)生電學(xué)部分的易錯(cuò)題型進(jìn)行分析,并提出相對(duì)應(yīng)的解題思路與技巧.

1 高中物理電學(xué)部分易錯(cuò)題型

1.1 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)相關(guān)題目的考查對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的易錯(cuò)點(diǎn),因?yàn)榇祟愵}目是一個(gè)綜合電場(chǎng)力和電勢(shì)能的力學(xué)問(wèn)題,而且對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)做題難度比較大,且屬于易錯(cuò)題型.

例1 某靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線如圖1所示,帶電粒子在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1中虛線所示,由M運(yùn)動(dòng)到N,以下說(shuō)法正確的是( ).

A.粒子可能是負(fù)電荷

B.粒子在M點(diǎn)的加速度大于它在N點(diǎn)的加速度

C.粒子在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于它在N點(diǎn)的電勢(shì)能

D.由M運(yùn)動(dòng)到N的過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)該粒子做負(fù)功

圖1 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡

答案:C

1.2 磁場(chǎng)相關(guān)問(wèn)題

在磁場(chǎng)相關(guān)問(wèn)題中,學(xué)生容易混淆磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,導(dǎo)致做題錯(cuò)誤.

例2 如圖2所示,某時(shí)刻LC振蕩電路自感線圈L中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖2所示.下列說(shuō)法正確的是( ).

A.若電容器正在放電,電容器上極板帶正電

B.若電容器正在充電,線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度也在增大

C.若磁場(chǎng)正在增強(qiáng),電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度也在增大

D.若磁場(chǎng)正在減弱,則電場(chǎng)能也在減小

圖2 LC振蕩電路圖

本題考查磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度在減小,電容器正在充電.若磁場(chǎng)正在減弱,磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,則電場(chǎng)能在增大.因此,對(duì)選項(xiàng)進(jìn)行分析,A.若電容器正在放電,電路中電流減小,線圈中磁通量減小,根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可知,回路中的電流為逆時(shí)針?lè)较?則電容器上極板帶正電,A符合題意.

在解決這類問(wèn)題時(shí),學(xué)生需要明確兩者的概念“磁場(chǎng)強(qiáng)度是指單位磁極所受的磁場(chǎng)力,而磁感應(yīng)強(qiáng)度是指單位面積垂直于磁場(chǎng)方向的磁通量.”并根據(jù)具體情況選擇合適的公式進(jìn)行計(jì)算.此外,學(xué)生還容易忽略洛倫茲力的方向,導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤.

1.3 以電磁感應(yīng)為核心的綜合應(yīng)用問(wèn)題

在以電磁感應(yīng)為核心的綜合應(yīng)用問(wèn)題中,學(xué)生容易忽略法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,導(dǎo)致解題出現(xiàn)錯(cuò)誤.

例3 如圖3所示是法拉第研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,將兩個(gè)線圈繞在同一個(gè)鐵環(huán)上,線圈A與直流電源和開(kāi)關(guān)S組成回路,線圈B與電流計(jì)組成閉合回路.當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通的瞬間,電流計(jì)中有沒(méi)有電流通過(guò)?當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,電流計(jì)中有沒(méi)有電流通過(guò)?

圖3 探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)

本題考查的知識(shí)點(diǎn)是利用磁通量的變化可以判斷感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.在本題中,當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通的瞬間,A線圈中電流從無(wú)到有, 穿過(guò)B線圈中的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流從負(fù)極流入,指針向左偏.開(kāi)關(guān)閉合穩(wěn)定后,線圈B中磁通量不發(fā)生變化,不產(chǎn)生感應(yīng)電流.

2 高中物理電學(xué)知識(shí)解題技巧研究

2.1 模型法解題技巧

模型法是一種化難為易解題方法.在解決電學(xué)問(wèn)題時(shí),學(xué)生能夠利用題目條件將復(fù)雜的電路轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的電路模型[1],從而簡(jiǎn)化問(wèn)題的求解過(guò)程.此技巧的核心是通過(guò)審題將復(fù)雜的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)或多個(gè)自己熟悉的理想化物理模型,然后再運(yùn)用自己熟悉的物理原理與規(guī)律解答題目.模型法的解題步驟為審題→分析→再現(xiàn)→建?！\(yùn)算.

例4 如圖4所示,均勻帶電的圓弧AB帶電量為Q,其圓弧對(duì)應(yīng)圓心角為240°.若已知其在圓心O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為E0,若將其沿對(duì)稱軸切掉一半,只留下AC部分,則AC部分在圓心O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為( ).

圖4 不規(guī)則帶電體

A.E0B.E0/2 C.E0/4 D.2E0/3

本題的難點(diǎn)是其形狀是一個(gè)圓弧,并非學(xué)生熟知的模型,因此在解題時(shí)通過(guò)審題觀察,學(xué)生可以采用模型法將題目構(gòu)建成理想模型.具體來(lái)說(shuō),學(xué)生可以將圓環(huán)補(bǔ)全:即在AB之間補(bǔ)足一個(gè)圓心角為120°的均勻帶電圓弧,此時(shí)形成一整個(gè)圓.由于對(duì)稱性我們知道圓心O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)必定為0 ,再根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理我們知道補(bǔ)全部分在圓心的場(chǎng)強(qiáng)為-E0.(大小相等,方向相反).且巧妙的是,補(bǔ)全的部分恰好就是圓弧AB切掉一半以后的樣子,即補(bǔ)全部分與AC部分完全一致,所以AC部分產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)實(shí)際上就是E0,因此得出答案為A選項(xiàng).

2.2 圖像法解題技巧

圖像法是一種通過(guò)圖像來(lái)解決問(wèn)題的解題方法.比如,在解決電學(xué)問(wèn)題時(shí),可以通過(guò)畫(huà)出電路圖或者場(chǎng)線圖來(lái)幫助理解問(wèn)題,從而更好地解決問(wèn)題.在日常的做題中,教師可以引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)?shù)氖褂脠D像法提升解題效率,在做題中從題目所給的圖像中提取有效條件,補(bǔ)充題目信息,提高做題準(zhǔn)確率.

例5 如圖5(a)所示,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,R為電阻箱.圖5(b)為電源的輸出功率P與電流表示數(shù)I的關(guān)系圖像,電流表為理想電表,其中電流為I1、I2時(shí)對(duì)應(yīng)的外電阻分別為R1、R2,電源的效率分別為η1、η2,輸出功率均為P0.下列說(shuō)法中正確的是( ).

圖5 功率隨電流變化關(guān)系

答案:C.

2.3 對(duì)稱法解題技巧

對(duì)稱法是一種通過(guò)對(duì)稱性來(lái)解決問(wèn)題的方法,這種解題方法能夠有效地拓寬學(xué)生思路,讓復(fù)雜的問(wèn)題變得更加簡(jiǎn)潔.在解決電學(xué)問(wèn)題時(shí),可以通過(guò)電路的對(duì)稱性或者場(chǎng)的對(duì)稱性來(lái)簡(jiǎn)化問(wèn)題的求解過(guò)程.在實(shí)際的運(yùn)用中,對(duì)稱法可以迅速準(zhǔn)確地求解電場(chǎng)強(qiáng)度、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、對(duì)稱電路等類型問(wèn)題.在使用對(duì)稱法解題時(shí),學(xué)生要注意審題,分析研究對(duì)象的屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),尋找研究對(duì)象的對(duì)稱性特點(diǎn),并依照物理規(guī)律進(jìn)行求解[2].

例6 如圖6所示,帶電量為+q的點(diǎn)電荷與均勻帶電薄板相距為2d,點(diǎn)電荷到帶電薄板的垂線通過(guò)板的幾何中心.若圖中a點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,根據(jù)對(duì)稱性,帶電薄板在圖中b點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為_(kāi)___,方向____.(靜電力恒量為k).

圖6 均勻帶電薄板的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)稱性原理

本題主要考查的知識(shí)點(diǎn)為電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)線的相關(guān)內(nèi)容,在解題時(shí)學(xué)生可以利用對(duì)稱法進(jìn)行解題.本題的解題思路是利用電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加結(jié)合對(duì)稱性去判別場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向[3].因此,可以得出q在a點(diǎn)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E1=kq/d2, 方向向左,且因a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零,故薄板在a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向向右,大小也為kq/d2,再由對(duì)稱性可知薄板在b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是kq/d2,方向向左.

2.4 等效法解題技巧

在解決電學(xué)問(wèn)題時(shí),等效法可以將復(fù)雜電路轉(zhuǎn)化為等效電路,從而簡(jiǎn)化問(wèn)題的求解過(guò)程.在做題時(shí),學(xué)生要明確題目中由哪些條件與范圍可以進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換.等效法解題一般涉及物理等效、物理模型等效、物理過(guò)程等效三種,靈活利用等效法解題技巧有利于提升學(xué)生的變通意識(shí)、明確解題思路.

3 結(jié)束語(yǔ)

總之,在高中電學(xué)部分的教學(xué)中,教師可以采用模型法、圖像法、等效法、對(duì)稱法、極端法等解題技巧幫助學(xué)生解題,讓電學(xué)部分較為抽象的知識(shí)點(diǎn)變得較為容易理解,逐步提升高中生解題水平.