赵佳 宋金萍 吴爱兄

(1.北京市育英学校 2.北京市陈经纶中学)

由微观视角分析宏观现象产生的本质原因是高中阶段学生应该掌握的重要思想方法中难度较大的一个,其难点在于微观模型的构建.微观模型构建的基本思路是根据宏观现象推测微观图景,进而深入分析微观本质.许多同学由于没有从本质上建立宏观与微观之间的关系而盲目套用一些已知结论,从而形成知识的负迁移.本文以两道北京高考题为例,从微观本质出发辨析易混模型,帮助同学们深入理解电磁感应中微观粒子的受力问题与能量转化问题.

1 从微观角度分析电磁感应中导体棒内部电子的受力问题

【原题呈现】(2014年北京24题(3))导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识.如图1所示,固定于水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F方向相同;导线MN始终与导线框形成闭合电路.已知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B.忽略摩擦阻力和导线框的电阻.

图1

经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞.展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型;在此基础上,求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表……