高中物理电磁学解题方法分析

2017-06-05河北衡水第一中学053000

数理化解题研究 2017年13期

关键词：线框电磁学外力

河北衡水第一中学(053000)

杜芸菲●

高中物理电磁学解题方法分析

河北衡水第一中学(053000)

杜芸菲●

电磁学是高中物理学习的重点和难点内容之一，许多同学对这部分知识的学习感到非常困难，特别是在进行解答电磁学习题时更是束手无策，以致让许多同学对电磁学的学习失去信心.本文通过作者的学习体会和学习经验总结了电磁学的一些解题方法，以供同学们参考.

高中物理；电磁学；解题方法

电磁学作为高中物理学习的重点和难点内容之一，对这部分知识的理解和掌握让许多同学感到非常困难，特别是在解答电磁学的习题时，更是没有解题思路，也找不到解题方法. 这部分知识虽然难学，但只要掌握正确的方法，问题就能迎刃而解.

一、运用代替等效方法，使解题过程简单化

在高中物理电磁学的解题中，对于一些不同的物理问题，它们在某些方面具有一致性或相同性，在能实现同样目的的前提下可以采用代替的方法，这样就能把复杂问题简单化.在等效之前需要把两个物理量进行比较，找到它们的相同之处，然后把一个问题上使用的方法，就可以应用到另一个问题上使问题简化.

例1 如图1，使用均匀细导线做成边长是d的等边△MKN，在均匀恒定且磁感应强度是B的磁场中，围绕MN轴进行恒定转动，其角速度为ω，MN垂直磁场方向，三个线框电阻相等均为R，图中线框位置处于t=0的时刻.求如下问题：(1)对于线框在任意时刻t的电流.

(2)如果M点的电动势规定为0，那么在t=0时刻MK线框上任意点A的电动势UA是多少(A到M距离是x).

二、运用守恒转换方法，使问题迂回解决

因为自然界存在守恒规律，在高中物理电磁学的解题中，巧妙运用守恒转换思路和方法，就能把一些状态和过程比较复杂的习题，不能用一般方法求解或用普通方法解答繁琐时，可运用转换方法，从另一个角度间接或迂回解决问题.可根据能量守恒、质量守恒、电荷量守恒等定律来把问题转换间接求解问题，以提高解题效率.

例2 已知一个正电荷，带电量为q，其均匀分布在半径是R、质量大小为m的均匀绝缘的细圆环上面.此时给圆环一个外力，就能让它从静止开始动起来，并沿围绕过环心且垂直环面的中心线做匀加速转动.求：圆环从开始运动一直到其角速度为ω0的全部过程中外力做的功是多少？(假如带电圆环中的电流是I，其电流的磁场对圆环圆面磁通量为Ф=kI，k是常数，不考虑其它因素.)

解题方法分析在本题中如果直接计算外力做的功，非常困难，因为外力一直在变化，包括其大小和方向都在变.如果变换一下解题思路，可以从变力想到做功的原理，其实做功就是一种能量转化成另一种能量，如果求这个外力做的功，只要能计算出此外力做功后转化成的能量，就能使问题容易求解.此题中因为外力做了正功，才使圆环动能增加，转速ω增加，才使圆环中电流增大，从而有了电磁感应才使圆环产生感应电动势，之后圆环需克服这个感应电动势就需要做功.运用守恒转换的方法，可知外力做的正功等于圆环获得的动能与抵抗感应电动势所做的功这两项的和.

三、运用综合法解题，提高知识应用能力

运用综合方法就要从题目的已知条件出发，利用已知条件间的联系去寻找新的可用条件，在推导新条件时，要始终考虑：根据现有条件能求出哪个条件，依次进行求出所有新条件，从而最终创造出直接求解问题所需的条件.

图3

例3 把一个半径为0.1m的金属细圆环，按如图3所示，垂直放于一个金属细圆柱(其半径比0.1m小得多)的端面上，圆柱的轴通过圆环中心.将一个质量是10克的金属小球一头固定于金属棒(不考虑小球的质量和电阻)，另一端被圆环的端面支撑，小球可沿圆环作圆周运动，它们之间的摩擦系数是0.1，圆环放在恒定磁场中，其强度为4T，方向如图3所示，不考虑其它因素.开始时断开S1、并且S2在1位，R1=R3=4Ω，R2=R4=6Ω，C=30μF，求：

(1)当S1闭合后，在棒的A端施加多大垂直于棒的水平外力，在棒稳定后小球以ω=10rad/s匀速度转动？

(2)S1闭合稳定后，S2从1位搬到2位，施加的外力大小方向不变，在重新达到稳定匀速转动后，R3中的电量为多少？