高中物理電磁學的解題方法分析

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  • 更新時間2018-06-23
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  【摘要】對于高中物理的學習,同學們普遍反映物理知識太過深奧,解答物理習題更是難乎其難。特別是電磁學部分,由于其所涉及的知識復雜且抽象,即便學生努力的理解了知識點也會在解答習題的過程遇到重重障礙。本文就對此介紹幾種解決電磁學習題的常用方法,并通過案例對部分方法進行詳細分析,希望對同學們的解題提供幫助。


  【關鍵詞】電磁學;解題方法


  一、解決電磁學習題的常用方法


  通過對高中物理電磁學習題的研究和總結,發現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,要根據每種解題方法的特點以及其適用的習題類型合理選擇。如圖像法比較適用于解決與洛倫茲力有關習題,等效替代法往往用于對復雜電路習題的解決,微元法多用于解決與安培力有關的習題等等。下面通過例題進一步了解部分解題方法。


  二、具體例題分析


  (一)圖像法


  在電磁學部分運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合場中的運動時,圖像法能直觀、形象的將復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系的熟練掌握。如對幾何關系掌握較差的同學可以努力學習來彌補或者不采用此方法解題。


  案例:如圖1,在x0y平面內,以0為中心的圓形區域內分布著勻強磁場,且磁場方向垂直于x0y平面。有一個帶電粒子質量為m所帶電荷量為q,以原點0為起點,沿x軸正方向以初速度v開始運動。當帶電粒子運動到p時其速度方向與y軸夾角為30。P到0的距離為L,不考慮重力的影響,求:


  (1)磁感應強度B的大小?(2)在x0y平面上磁場區域的半徑R?


  分析:帶電粒子垂直進入磁場,洛倫茲力充當向心力做勻速圓周運動,依據公式可得出軌道半徑。由帶電粒子入射點的速度方向及出射點的速度方向,可找到軌道的圓心在y軸正方向上。在圖中畫出圖像,根據幾何關系,找到軌道半徑和L的關系,求出磁場強度;找到軌道半徑和磁場區域半徑的關系,可得出磁場區域半徑。


  (二)等效替代法


  等效替代指的是將復雜物理過程轉化為具有等效效應的簡單過程的方法。其宗旨是將繁雜的物理過程轉換成一個或多個簡單而直接的物理過程,從而使物理問題變得簡單。在電磁學部分最常用到等效替代法的就是對復雜電路習題的處理。從題目中給的多個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,在電路當中,電源電動勢為E、內阻為r、電阻R1、R2的值未知,已知在R=10Ω時,電流表的示數為1A;在R=18Ω時,電流表的示數為0.5A;求:當電流表示數為0.1A時,R的取值?


  分析:此題如使用常規方法,會面臨許多的未知量,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,要學會變換思路,充分利用等效替代法。例2就是將圖中虛框部分看作整體,將其作為一個等效電源,這樣就避免了無關因素對解題的影響,使問題簡單化大大提高了解題效率。


  (三)對稱法


  在物理學習中我們不難發現對稱現象的存在,正因如此我們才能更快捷高效的探索物理現象尋找物理規律。在高中物理電磁學這部分,運用對稱法解決物理問題是非常便捷的。比如求解電場強度、對帶電粒子在電場或磁場中的運動軌跡判斷等都運用了對稱的思想。


  案例:如圖3,x0y平面是無限大導體的上表面,導體充滿z<0的空間,z>0空間是真空。在z=h處有一電荷量為q的點電荷,其會在導體表面產生感應電荷。空間任何一點的電場,均為點電荷同導體表面上的感應電荷共同激發。當靜電平衡時,導體內部場強為零。設在A=h/2處電場強度的大小為?


  三、總結


  通過對電磁學習題的分類總結,介紹了幾種常見的解題方法,旨在幫助同學們靈活解題開闊解題思路。當然要學會靈活自如的運用各種解題方法是一項系統而漫長的過程,不能一蹴而就,要根據同學們的實際水平循序漸進的掌握各種解題方法。并且在學習過程中,要及時溝通相互交流,對于好的巧妙的解題思路供大家學習,對于易錯或比較復雜的解題辦法,要學會另辟蹊徑,找到簡單有效的解題方法。相信通過大家不斷的努力和學習,對物理電磁學習題定能迎刃而解得心應手。


  【參考文獻】 

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

    作者:吳靜


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