新課標(biāo)下安培力題型分析及解題策略

福建省寧德市福安市第八中學(xué) 詹 玲

縱觀近幾年的高考題，有關(guān)安培力的題型出現(xiàn)很多、難度很大，對學(xué)生的物理情境構(gòu)建能力要求很高，對知識的理解應(yīng)用和遷移能力要求也很高，還對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有一定要求。這就導(dǎo)致這類型的題目難度很高，往往學(xué)生的錯誤率也很高，沒法達到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。本文將簡單分析一下安培力的相關(guān)題型，并提出幾點解題策略。

一、安培力的高考要求及地位

安培力及安培力的方向?qū)儆冖蚣壱螅才嗔Φ挠嬎阒幌抻陔娏髋c磁感應(yīng)強度垂直的情形。

安培力屬于力學(xué)，高考對力學(xué)都是Ⅱ級要求，所以在高考中肯定會涉及受力分析，自然受力分析是高考的重中之重。安培力的應(yīng)用還會涉及電磁學(xué)（電磁感應(yīng)、楞次定律、電學(xué)等）、運動學(xué)知識。綜上所述，安培力知識點是綜合性很強的一個考點，對學(xué)生的能力（信息獲取能力、物理情境構(gòu)建能力、知識遷移能力等）要求很高。

二、學(xué)生存在的問題

1.死記硬背。大部分學(xué)生存在的問題是只在形，不在意，簡單來講就是學(xué)生只背公式，沒有真正理解公式的應(yīng)用，所以就出現(xiàn)學(xué)生記了公式卻不懂得如何去應(yīng)用的情況。

2.獲取信息能力不足。有些學(xué)生一看到題目長就煩，沒有信心讀取題目，典型的“畏題生”，還沒做題就已經(jīng)放棄了。

3.構(gòu)建物理情境能力不足。物理題目很多都會涉及運動過程，需要學(xué)生對這一過程有大致的判斷，能重現(xiàn)及預(yù)判之后的運動情況。大部分學(xué)生缺乏這種能力，所以認(rèn)為物理學(xué)科很難，這也是物理學(xué)科教學(xué)的一個特點。

4.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不牢。很多學(xué)生之所以學(xué)不好物理，原因之一是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不行。很多物理公式應(yīng)用過程都需要數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)不行，則沒辦法很好地學(xué)習(xí)物理。

5.知識遷移能力不足。物理考試經(jīng)常會出現(xiàn)一種題型，這種題都是由所學(xué)的課本例題改編而來的，基本的知識點一樣，但是，根據(jù)以往的考試結(jié)果來看，仍然有不少學(xué)生對這類題很陌生，不懂如何去做。知識沒法做到遷移，不懂得如何舉一反三。

三、安培力考題題型分析及解題策略

（一）類型一：斜面題型

例：如圖，在與水平面成θ 角的平面上有兩條光滑且相互平行的軌道，不計兩軌道的電阻。在虛線框ab、cd 間存在垂直該區(qū)域向上的勻強磁場。現(xiàn)有兩根相同的PQ、MN 導(dǎo)體棒先后從導(dǎo)軌的同一位置靜止釋放，兩導(dǎo)體棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。從PQ 進入ab 開始計時，到MN 離開cd 為止，下圖有關(guān)流過PQ 導(dǎo)體棒的I-t 圖像可能正確的有（ ）

試題分析：斜面上兩導(dǎo)體棒切割磁感線問題。

考查知識：受力分析、平衡條件的應(yīng)用、法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、安培力等知識點，是一道綜合性很強、難度系數(shù)很高的應(yīng)用題。

考查能力：獲取信息能力；數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；情境構(gòu)建能力；知識綜合應(yīng)用能力。

試題解析：（1）從題目中獲得的信息看，圖像信息作為這道題的突破口，這道題設(shè)計的突破口很巧妙地結(jié)合在了選項的圖像中。圖像是物理學(xué)科中應(yīng)用數(shù)學(xué)工具、為表現(xiàn)物理的一些規(guī)律而提供的一個很好的窗口。從四個選項中能夠得到一個信息，就是PQ 棒從斜面加速進入磁場后處在一種什么樣的狀態(tài)，這個信息很重要，也是這道題的切入口。從中得到一個很重要的信息就是導(dǎo)體棒PQ 進入磁場就勻速了，也就是加速度a=0，導(dǎo)體棒進入磁場就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E=BLv，進而產(chǎn)生感應(yīng)電流I=E/R，得到安培力F=BIL，導(dǎo)體棒在斜面上只受重力與支持力是不平衡的，所以從受力分析可以得到這個安培力與其他兩力組成三力平衡。從中也能體現(xiàn)學(xué)生讀題的能力及應(yīng)用知識獲得信息的能力。這是解這道題的第一個難點。（2）第二個難點就是選項中間I=0的那段，如何得到有用的信息也是考查學(xué)生構(gòu)建物理情境的能力。從中可以得到：PQ 棒穿過磁場后，MN 棒再穿過磁場，兩次穿過磁場的速度及狀態(tài)都一樣，產(chǎn)生的感應(yīng)電流都相同。所以A 答案是對的。（3）第三個難點就需要學(xué)生進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鏊伎迹紤]到第一種情況的同時，還應(yīng)該考慮到另一種情況，即兩導(dǎo)體棒同時在磁場中。知道這種情況還要懂得判斷兩導(dǎo)體棒切割磁感線過程中處于什么運動狀態(tài)、兩導(dǎo)體棒是共同加速還是繼續(xù)勻速等問題。兩導(dǎo)體棒在磁場中運動，兩者的速度相同導(dǎo)致兩導(dǎo)體棒中無電流不受安培力，從而得出兩導(dǎo)體棒受重力的分力作用加速運動，直到PQ出磁場，與A選項不同的是，此時的MN速度比前面的速度大，在安培力的作用下做減速運動，從而導(dǎo)致電流減小。

試題解答：由于PQ 進入磁場時加速度為零：

A、B：若PQ 出磁場時，MN 仍然沒有進入磁場，則PQ 出磁場后至MN 進入磁場的這段時間，因磁通量φ 不變，故無感應(yīng)電流。因PQ、MN 在同一位置釋放，故MN 進入磁場時與PQ 進入磁場時的速度相同，所以電流大小相同，A 正確，B錯誤。

C、D：若PQ 出磁場前，MN 已經(jīng)進入磁場，由于磁通量φ 不變，故PQ、MN 均加速運動。PQ 出磁場后，MN 加速，故電流比PQ 進入磁場時電流大，D 正確，C 錯誤。

（二）類型二：平面類型

例：如a 圖所示，水平放置且平行的兩長直金屬導(dǎo)軌，L ＝0.4m 間距，有阻值R ＝1Ω 的電阻接在導(dǎo)軌右端，導(dǎo)軌上垂直放置一根導(dǎo)體棒，接觸良好，忽略導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻，導(dǎo)軌間有方向豎直向下的正方形區(qū)域abcd 的勻強磁場，導(dǎo)軌與bd 連線垂直，bd=L。如圖b 所示是B-t 圖像，0 時刻起，導(dǎo)體棒從左端開始向右勻速運動，經(jīng)1s 后恰好進入磁場區(qū)域，要使導(dǎo)體棒一直以速度v ＝1m/s 在導(dǎo)軌上做直線運動，問：（1）棒進入磁場前，回路中的電動勢E。（2）棒受到的最大安培力F，以及棒通過abd 三角形區(qū)域時，電流i-t關(guān)系式。

試題分析：平面導(dǎo)體棒切割磁感線問題。

考查知識：受力分析、法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、安培力等知識點。

考查能力：獲取信息能力；數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；情境構(gòu)建能力；知識綜合應(yīng)用能力。

解題策略：（1）對安培力公式的認(rèn)識，高考試題一般在求安培力時都會涉及三個公式E=BLv，I=E/R，F(xiàn)=BIL 的同時應(yīng)用，同時三者還會相互影響，知道電流判斷安培力、電動勢，通過安培力判斷電流與電動勢。這道題就很好地應(yīng)用了三者的關(guān)系，同時還考查了學(xué)生其他方面的能力。學(xué)生對任何公式的理解都要深刻，而不是只停留在公式的表面，應(yīng)通過各種實例去應(yīng)用理解公式。（2）每年的高考除了考查物理知識本身外，還會考查學(xué)生數(shù)學(xué)工具在物理中的應(yīng)用，這需要學(xué)生在平時的實驗數(shù)據(jù)處理方面多下功夫。很多給出的圖像題源于實驗的數(shù)據(jù)圖像處理，所以平時教師在實驗課后，應(yīng)該多讓學(xué)生自己分析并處理數(shù)據(jù)，學(xué)生自然會對這些圖像有一定的認(rèn)識。（3）對于該題出現(xiàn)的兩種情境，學(xué)生需要對物理科學(xué)現(xiàn)象多認(rèn)識、多思考才能夠考慮到這些可能。學(xué)生應(yīng)該通過思考練習(xí)，多多磨煉思維的敏捷性，提升思維維度。