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高中物理学习中最为重要的内容就是物理电磁学,在实际解题过程中,学生会存在多种困难。本文针对高中物理电磁学解题方法进行详细分析,希望能够有效调动学生学习物理的兴趣。
一、以微元法解题为例
微元法就是將研究内容定位为整体中某一微小部分,研究其与整体之间的关系,从而有效解决事物整体,属于物理学习中涉及较少的思维方式之一。借助微元法解题,能够将复杂的物理问题借助简单熟悉的物理规律予以解决,促使非理想模型向理想模型转化,变曲面题目为平面题目,变曲线为圆或者直线,变非线性变量为线性变量或者恒量,将例题简单化。
例1如图1所示,将金属细圆环水平位置放置,设其半径为a,另将半径小于a的金属细圆柱竖直方向放置好,保证端面与金属圆环上表面处于同一平面,圆柱的细轴与圆环的中心(O)重合,将质量与电阻分别为m、R的均匀导体支撑于圆环平面之上,将细轴O位置处用细棒一端套上,设另一端为A,其能够以轴线为中心实现圆周运动。设圆环与棒之间产生的摩擦系数为μ,B=Kr为圆环在磁感应强度的大小,其同时存在于方向竖直的恒定磁场中(K>0),场点与轴线的距离用r表示,对导线与圆环之间的电阻、轴与棒之间产生的摩擦反应、感应电流的磁场等因素忽略不计,那么,在棒的A端位置需要多大的水平外力才能够保证ω实现匀速运转。
分析:此题为求安培力大小问题,因导体棒围绕轴旋转,且处于匀速状态,可得知切割磁感线的感应电动势,借助法拉第电磁感应定律得出E=12Bl2ω,但是,因磁感应强度处于不断变化中,此种方式无法求得正确解。在此过程中,就可以使用微元法进行解题,选择导体棒中极小的一部分称之为微元,对其大小可以忽略,选择定值作为此处磁感应强度大小,借助一般解题方法对其所受安培力的表达式进行求证,而后借助求和法,将导体棒上所有“微元”受到的安培力相加,得出导体棒最终所受的安培力总和,最后在转动平衡方程中将安培力的表达式代入,由此,就能够得到最终解。
二、图像解题法
在物理解题过程中,最为直接且形象的方法就是图像法,其能够借助几何完整地表达物理问题,借助几何关系的求证,就能够有效求得题解。
例2图2为半径为R、轴线为O的圆筒横截面,在此圆筒内分布匀强磁场,其平行于圆筒的轴线,设B为磁感应强度,选择一处于真空的小孔设为H,现假设出现带电粒子P,质量及电荷量分别为m、q,在进入圆筒时为初速度,并与圆筒发生碰撞,从小孔位置射出。当壁筒为光滑的,碰撞时有弹性,且电荷量不会发生变化,求:P的速率需要达到多少,P碰撞筒壁次数最少,P进入圆筒到射出时间是多少?
分析:因碰撞有弹性,且带电粒子大小、速度不会有任何变化,那么带点粒子碰撞后运动轨迹应该对称,由此,就可以在圆三等分点将带电粒子运动轨迹标出,并找出圆心,借助图像几何关系,就能够解出此题目。
三、结束语
综合上述分析得出,学生在物理思维能力方面的培养时,需要重点对其分析、解决问题的能力进行培养,注意发散性思维及批判性思维的锻炼,从而促使自己能够对高中物理竞赛问题更加深刻的剖析、解答。
作者单位:河南省郑州市中牟县第一高级中学1712班
一、以微元法解题为例
微元法就是將研究内容定位为整体中某一微小部分,研究其与整体之间的关系,从而有效解决事物整体,属于物理学习中涉及较少的思维方式之一。借助微元法解题,能够将复杂的物理问题借助简单熟悉的物理规律予以解决,促使非理想模型向理想模型转化,变曲面题目为平面题目,变曲线为圆或者直线,变非线性变量为线性变量或者恒量,将例题简单化。
例1如图1所示,将金属细圆环水平位置放置,设其半径为a,另将半径小于a的金属细圆柱竖直方向放置好,保证端面与金属圆环上表面处于同一平面,圆柱的细轴与圆环的中心(O)重合,将质量与电阻分别为m、R的均匀导体支撑于圆环平面之上,将细轴O位置处用细棒一端套上,设另一端为A,其能够以轴线为中心实现圆周运动。设圆环与棒之间产生的摩擦系数为μ,B=Kr为圆环在磁感应强度的大小,其同时存在于方向竖直的恒定磁场中(K>0),场点与轴线的距离用r表示,对导线与圆环之间的电阻、轴与棒之间产生的摩擦反应、感应电流的磁场等因素忽略不计,那么,在棒的A端位置需要多大的水平外力才能够保证ω实现匀速运转。
分析:此题为求安培力大小问题,因导体棒围绕轴旋转,且处于匀速状态,可得知切割磁感线的感应电动势,借助法拉第电磁感应定律得出E=12Bl2ω,但是,因磁感应强度处于不断变化中,此种方式无法求得正确解。在此过程中,就可以使用微元法进行解题,选择导体棒中极小的一部分称之为微元,对其大小可以忽略,选择定值作为此处磁感应强度大小,借助一般解题方法对其所受安培力的表达式进行求证,而后借助求和法,将导体棒上所有“微元”受到的安培力相加,得出导体棒最终所受的安培力总和,最后在转动平衡方程中将安培力的表达式代入,由此,就能够得到最终解。
二、图像解题法
在物理解题过程中,最为直接且形象的方法就是图像法,其能够借助几何完整地表达物理问题,借助几何关系的求证,就能够有效求得题解。
例2图2为半径为R、轴线为O的圆筒横截面,在此圆筒内分布匀强磁场,其平行于圆筒的轴线,设B为磁感应强度,选择一处于真空的小孔设为H,现假设出现带电粒子P,质量及电荷量分别为m、q,在进入圆筒时为初速度,并与圆筒发生碰撞,从小孔位置射出。当壁筒为光滑的,碰撞时有弹性,且电荷量不会发生变化,求:P的速率需要达到多少,P碰撞筒壁次数最少,P进入圆筒到射出时间是多少?
分析:因碰撞有弹性,且带电粒子大小、速度不会有任何变化,那么带点粒子碰撞后运动轨迹应该对称,由此,就可以在圆三等分点将带电粒子运动轨迹标出,并找出圆心,借助图像几何关系,就能够解出此题目。
三、结束语
综合上述分析得出,学生在物理思维能力方面的培养时,需要重点对其分析、解决问题的能力进行培养,注意发散性思维及批判性思维的锻炼,从而促使自己能够对高中物理竞赛问题更加深刻的剖析、解答。
作者单位:河南省郑州市中牟县第一高级中学1712班