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        高中物理電磁學(xué)解題方法分析

        2017-06-05 14:52:05河北衡水第一中學(xué)053000
        數(shù)理化解題研究 2017年13期
        關(guān)鍵詞:線框電磁學(xué)外力

        河北衡水第一中學(xué)(053000)

        杜蕓菲●

        ?

        高中物理電磁學(xué)解題方法分析

        河北衡水第一中學(xué)(053000)

        杜蕓菲●

        電磁學(xué)是高中物理學(xué)習的重點和難點內(nèi)容之一,許多同學(xué)對這部分知識的學(xué)習感到非常困難,特別是在進行解答電磁學(xué)習題時更是束手無策,以致讓許多同學(xué)對電磁學(xué)的學(xué)習失去信心.本文通過作者的學(xué)習體會和學(xué)習經(jīng)驗總結(jié)了電磁學(xué)的一些解題方法,以供同學(xué)們參考.

        高中物理;電磁學(xué);解題方法

        電磁學(xué)作為高中物理學(xué)習的重點和難點內(nèi)容之一,對這部分知識的理解和掌握讓許多同學(xué)感到非常困難,特別是在解答電磁學(xué)的習題時,更是沒有解題思路,也找不到解題方法. 這部分知識雖然難學(xué),但只要掌握正確的方法,問題就能迎刃而解.

        一、運用代替等效方法,使解題過程簡單化

        在高中物理電磁學(xué)的解題中,對于一些不同的物理問題,它們在某些方面具有一致性或相同性,在能實現(xiàn)同樣目的的前提下可以采用代替的方法,這樣就能把復(fù)雜問題簡單化.在等效之前需要把兩個物理量進行比較,找到它們的相同之處,然后把一個問題上使用的方法,就可以應(yīng)用到另一個問題上使問題簡化.

        例1 如圖1,使用均勻細導(dǎo)線做成邊長是d的等邊△MKN,在均勻恒定且磁感應(yīng)強度是B的磁場中,圍繞MN軸進行恒定轉(zhuǎn)動,其角速度為ω,MN垂直磁場方向,三個線框電阻相等均為R,圖中線框位置處于t=0的時刻.求如下問題:(1)對于線框在任意時刻t的電流.

        (2)如果M點的電動勢規(guī)定為0,那么在t=0時刻MK線框上任意點A的電動勢UA是多少(A到M距離是x).

        二、運用守恒轉(zhuǎn)換方法,使問題迂回解決

        因為自然界存在守恒規(guī)律,在高中物理電磁學(xué)的解題中,巧妙運用守恒轉(zhuǎn)換思路和方法,就能把一些狀態(tài)和過程比較復(fù)雜的習題,不能用一般方法求解或用普通方法解答繁瑣時,可運用轉(zhuǎn)換方法,從另一個角度間接或迂回解決問題.可根據(jù)能量守恒、質(zhì)量守恒、電荷量守恒等定律來把問題轉(zhuǎn)換間接求解問題,以提高解題效率.

        例2 已知一個正電荷,帶電量為q,其均勻分布在半徑是R、質(zhì)量大小為m的均勻絕緣的細圓環(huán)上面.此時給圓環(huán)一個外力,就能讓它從靜止開始動起來,并沿圍繞過環(huán)心且垂直環(huán)面的中心線做勻加速轉(zhuǎn)動.求:圓環(huán)從開始運動一直到其角速度為ω0的全部過程中外力做的功是多少?(假如帶電圓環(huán)中的電流是I,其電流的磁場對圓環(huán)圓面磁通量為Ф=kI,k是常數(shù),不考慮其它因素.)

        解題方法分析 在本題中如果直接計算外力做的功,非常困難,因為外力一直在變化,包括其大小和方向都在變.如果變換一下解題思路,可以從變力想到做功的原理,其實做功就是一種能量轉(zhuǎn)化成另一種能量,如果求這個外力做的功,只要能計算出此外力做功后轉(zhuǎn)化成的能量,就能使問題容易求解.此題中因為外力做了正功,才使圓環(huán)動能增加,轉(zhuǎn)速ω增加,才使圓環(huán)中電流增大,從而有了電磁感應(yīng)才使圓環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,之后圓環(huán)需克服這個感應(yīng)電動勢就需要做功.運用守恒轉(zhuǎn)換的方法,可知外力做的正功等于圓環(huán)獲得的動能與抵抗感應(yīng)電動勢所做的功這兩項的和.

        三、運用綜合法解題,提高知識應(yīng)用能力

        運用綜合方法就要從題目的已知條件出發(fā),利用已知條件間的聯(lián)系去尋找新的可用條件,在推導(dǎo)新條件時,要始終考慮:根據(jù)現(xiàn)有條件能求出哪個條件,依次進行求出所有新條件,從而最終創(chuàng)造出直接求解問題所需的條件.

        圖3

        例3 把一個半徑為0.1m的金屬細圓環(huán),按如圖3所示,垂直放于一個金屬細圓柱(其半徑比0.1m小得多)的端面上,圓柱的軸通過圓環(huán)中心.將一個質(zhì)量是10克的金屬小球一頭固定于金屬棒(不考慮小球的質(zhì)量和電阻),另一端被圓環(huán)的端面支撐,小球可沿圓環(huán)作圓周運動,它們之間的摩擦系數(shù)是0.1,圓環(huán)放在恒定磁場中,其強度為4T,方向如圖3所示,不考慮其它因素.開始時斷開S1、并且S2在1位,R1=R3=4Ω,R2=R4=6Ω,C=30μF,求:

        (1)當S1閉合后,在棒的A端施加多大垂直于棒的水平外力,在棒穩(wěn)定后小球以ω=10rad/s勻速度轉(zhuǎn)動?

        (2)S1閉合穩(wěn)定后,S2從1位搬到2位,施加的外力大小方向不變,在重新達到穩(wěn)定勻速轉(zhuǎn)動后,R3中的電量為多少?

        總之,在電磁學(xué)解題時只要打牢基礎(chǔ),靈活運用多種方法,就能快速找到解題的思路,使問題能容易解決.

        [1]田麗.高中物理競賽中電磁學(xué)的解題方法研究[J].湖南師范大學(xué).2014 (01)

        [2]謝占凱.新課標下高考物理試題分析[J].云南師范大學(xué).2014 (03)

        G632

        B

        1008-0333(2017)13-0074-02

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