力電綜合問題分析

從歷年高考試題中可以看出:力電綜合命題多以帶電粒子在復合場中的運動#65380;電磁感應中導體棒動態分析#65380;電磁感應中能量轉化等為載體考查學生理解能力#65380;推理能力#65380;綜合分析能力及運用數學知識解決物理問題的能力;命題在能力立意下，慣于物理情景的重組翻新，設問的巧妙變幻，即所謂舊題翻新，具有不回避重復的考查特點;綜合能力考試更多地考慮學科內的綜合，即考查學生對學科內不同部分#65380;環節#65380;要素之間內在聯系的掌握程度，以及運用學科知識和方法，分析#65380;解決實際問題的能力#65377;學科內綜合仍將成為近年綜合測試的重要內容#65377;因此，力電綜合問題是綜合測試的命題熱點，應引起師生的充分重視#65377;

一#65380;力電綜合問題解題思路

力電綜合類題目以力和能量為主線，以力學知識和電學知識的串接滲透為背景進行綜合命題，其解題思路和步驟可以“口訣”的形式加以概括總結:

畫草圖，想情景；

選對象，建模型；

分析狀態和過程#65377;

找規律，列方程;

檢驗結果行不行#65377;

1.畫草圖，想情景:在全面審視題目的條件#65380;解答要求的基礎上，對題目的信息進行加工處理，畫出示意圖（包括受力分析圖，運動情景圖和軌跡圖），借助圖示建立起清晰的物理情景#65377;

2.選對象，建模型:通過對整個題目的情景把握，選取研究對象，通過抽象#65380;概括或類比等效的方法建立相應的物理模型，并對其進行全面的受力分析#65377;如后面典型例題分析中的例題將金屬桿等效為電源模型，其電路等效為一個含電容器的電流回路模型，從而使解題思路顯性化#65377;

3.分析狀態和過程：對物體參與的全過程層層分析，對每一個中間過程的特點規律加以研究，分析挖掘相鄰過程中的臨界狀態和條件，尋找各階段物理量的變化與聯系#65377;

4.找規律#65380;列方程:在對物理狀態和過程深刻把握的基礎上，尋找題設條件與所求未知物理量的聯系，按照力或能量的觀點，根據物理規律（牛頓第二定律，能的轉化與守恒，動量守恒定律等）列出方程求解#65377;

5.檢驗結果行不行:對題目的所求結果進行檢驗，并對其進行物理意義上的表述和討論#65377;

此外，在解題過程中，要特別注意以下兩點:第一，對物體受力分析要全面，切忌漏力，要時刻關注電場力（F=qE）#65380;安培力（F=BIl）#65380;洛倫茲力(F=qvB)在具體情景中隨物體帶電屬性（電荷的正負）#65380;運動狀態（速度的大小和方向）變化的特點;第二，力學的規律普遍適于力電綜合問題的求解#65377;利用能量觀點分析求解時，不要拘泥于機械能間的轉化，要總攬全局，站在更高的角度來分析能量間（機械能與電勢能#65380;磁場能#65380;內能等）的轉化途徑與方向，從而列出能量轉化和守恒方程#65377;

二#65380;力電綜合典型例題分析

如圖所示，在豎直放置的兩條平行光滑長導軌的上端，接有一個電容為C#65380;擊穿電壓為U_B的電容器，有一勻強磁場與導軌平面垂直，磁感應強度為B.現在有一根質量為m#65380;長為L的金屬桿ef，在t=0時以初速度v_u沿導軌下滑#65377;問:金屬桿ef下滑多長時間電容器就被擊穿?假設圖中任何部分的電阻均可忽略不計#65377;

命題意圖:考查考生綜合分析能力及實際應用能力#65377;B級要求#65377;

錯解分析:對題目中呈現的物理過程缺乏細致的綜合分析，弄不清過程中充電電流#65380;導體棒下滑加速度及充電電壓三者間的邏輯制約關系，尤其找不到I=CBLa這一問題切入點，從而陷入絕境#65377;

解題方法與技巧:先分析金屬桿的運動情況#65377;由于電路中電阻忽略不計，所以電容器兩端電壓U_c等于金屬桿兩端的感應電動勢，即

U_C=BLv ①

在金屬桿的運動方向上有

mg-BLI=ma ②

②式中的I為電容器的充電電流，因此I=ΔQΔt=C·ΔU_CΔt=CBLΔvΔt=CBLa ③

③式代入②式

a=mg(m+CB²+L²) ④

④式表明金屬桿做勻加速運動，因此t時刻的速度

v_t=v_o+at=v_o[mgt/(m+CB²L²) ⑤

當電容器兩端電壓U_C=U_B時，電容器被擊穿，由①式可知此時速度

v=U_B/BL ⑥

⑥代入⑤可知當t=(U_B/BL-v_o)(m+CB²L²)mg時，電容器將被擊穿#65377;

(責任編輯 李 婧)