高中物理電磁學解題方法研究

周乾坤

(甘肅省定西市通渭縣第一中學 743300)

1 高中物理電磁學基礎知識概述

高中物理是有其自身的知識結構的，電磁學雖自成一章，與力學還有能量守恒定理是有關聯的，所以需要聯合進行講述.電磁學的相關理論最初是在近代社會被提出的，從廣義上進行解釋，電磁學主要涉及電學與磁學；但是從狹義的角度去分析，電磁學其實是研究電性和磁性的交互關系的一門十分重要的學科，電磁學研究的具體內容為電磁波.電荷、電磁場與帶電物體動力學等.

在學習電磁學的相關理論知識的同時，還需要注重學生學習習慣的培養，比如說畫圖的時候需要畫出受力的方向，需要注意能量守恒，然后需要注意電場的方向等等，有了良好的學習習慣，才能更好地進行學習.在授課的時候，也應該向同學傳授相關的解題方法以及解題技巧，出一些相關的例題，讓同學掌握，讓同學可以學會如何分析電磁現象的規律，如何將理論知識應用到實際做題中.而在解析題目的時候，應該先讓同學自己分析一下解題思路，解題的關鍵等等，然后在分析題目時，可以從粒子運動的軌跡、受力等和電場方向兩個層面出發，讓同學在解題的過程中掌握粒子在電磁場中的運動規律、電場和磁場的不同運行規律和電磁間的實際聯系，就是粒子是否受到了力的作用，力是否做功以及粒子是在哪些力的作用下形成怎么樣的運動軌跡等等，這些都是電磁學需要掌握的基本知識，掌握這些基本的知識才能幫助學生更好的分析題目、解答題目.

2 高中物理電磁學相關知識點以及易錯點

2.1 知識點

在解題中，主要需要運用到以下的知識點

首先是如何應用楞次定律判斷感應電流方向的步驟，主要是分析出磁場方向、磁通量變化，然后對感應電流的磁場方向做出判斷，最后用安培定則對感應電流方向進行判斷.

其次是右手定則和左手定則，這是很重要的一個內容，經常會用到，要注意不要弄混淆這兩個方法，一個是在電磁感應中部分導體做切割磁感線運動時會應用到，另一個是磁場對運動電荷以及電流有作用力的時候會用到，應用準確才能有正確的做題思路，然后還需要掌握楞次定律與右手定則的關系，一般用楞次定律能判斷的，并不是用右手定則都能判斷出來.

2.2 易錯點

在電磁場的學習中，初學者犯的錯誤主要集中在分不清楚電場磁場的區別，哪些是改變粒子運動的，哪些不會，例如粒子在磁場中運動時，磁場不改變粒子的運動速度的大小，而電場會；不能畫出粒子的運動軌跡；對一些準則的應用范圍與應用場合不夠熟悉，然后分析粒子在電場磁場中的受力情況時分析錯誤；計算時可能出現錯誤，可能對數學中的一些幾何知識運用不熟練﹔不善于進行整體分析，忽略了能量守恒還有電荷守恒等等.

(電路一定要閉合)從原有大小、方向逐漸變化;有電阻:并聯電路中電流方向改變(電表反轉、圖像正負躍遷)，大小是否會增大(燈泡閃亮?)﹔無電阻:并聯電路被短路(燈泡熄滅)

3 高中物理電磁學解題方法以及技巧

通過對實際問題進行分析，在面對電磁學的相關題目時，主要的解題方法以及技巧有畫圖法、對稱法、微分法和隔離法等等，不同的方法對應的題目類型不一樣，解題思路也不有所差異，需要學生根據實際情況選擇對應的方法或者混合使用這些方法.例如，如果試題是電場與磁場的結合，需要在題目給出的圖內畫出電場的方向，粒子受力的方向以及需要畫出粒子運動的軌跡，才能更好的做題，而且有的題目也需要學生給出粒子最后到達的地方，所以需要對粒子進行受力分析，這些力做了多少功等等，受磁場的影響粒子會怎樣運動等等；有的試題則是需要通過粒子的運動軌跡分析電場磁場的情況等等.

3.1 圖像法

圖像法是解答物理題目最常用的一類方法，可以在畫圖的時候對粒子的受力進行分析，也可以借助粒子的運動軌跡分析題目，這樣就可以將題目所要表達的意思完整地呈現在學生面前，便于學生理解題目，梳理思路，以及分析出解題思路.而在電磁學的學習過程中，也需要不斷的總結經驗，很多題目都需要借助圖像法進行求解，因為需要粒子的運動軌跡才能解題，圖像可以使學生的解題思路更清晰，從而快速得到解題方案.

3.2 微元法

微元法的本質其實是將靜止的物理模型分析成為運的，將曲線分解為直線，最終達到將變量化為不變的方法，微元法不僅在高中適用，在大學也被廣泛應用，是微積分的一種思想，需要利用到極限的相關知識，還會有關于無窮大無窮小的問題，應用很有效，但是使用的時候是有條件的，主要的應用方法就是抓住變化的規律，然后解析物體的運動，微分本身是數學概念，但是在物理中也有廣泛的應用.

例如，如圖1所示，有一個被水平放置的金屬圓環，圓環的圓半徑設為a，另外在圓環中心有一豎直的金屬細長圓柱體，圓柱體上表面圓的圓心為點O，點O即是圓柱體上表面圓的圓心，也是圓環上表面圓的圓心，然后有一均勻的質量為m的導體棒，其電阻設為R，導體棒的一端固定在O點，另一端沿著圓環進行圓周運動，導體棒非光滑，圓環是固定的，其與導體棒的摩擦系數為μ，圓環在一個恒定的磁場中，磁感應強度大小B=Kr(K>0)，磁場方向豎直向上，設磁場中的任意一點到圓柱體軸線的距離為r，其它量圖中均已給出，圓環電阻、感應電流磁場可忽略不計，問用多大的力可以使得導體棒沿著圓環做勻速圓周運動.

圖1

解析如果要使得導體棒做圓周運動，就要使得其受力平衡，所以導體棒受到的外力(即所求的力)與導體棒所受的安培力方向相反，大小相同，所以需要求出安培力，求安培力就需要求出導體棒在磁場運動中產生的電動勢，因為磁感應強度在本題中是不固定的，所以需要采取微元法，在某一點上面進行分析，在這一點上對應有一個固定的磁感應強度，就可以求出導體在這一點上所受到的安培力，然后對整體進行求和，就是將所有的小點的力都加起來，就可以得到最終的安培力大小，這一題需要應用到極限的思想，以及可能會涉及到積分求和.

而且微元法現在不僅在高考試題中多有運用，在物理競賽中也時常被運用，學好微元法對日后大學的學習也很有幫助，所以老師在進行授課時可以適當地進行拓展，比如說如何對變量進行無限的分割，如何進行求和等等.

3.3 綜合法

綜合法就是先將已知的條件列出來，然后求出目前可以求出的條件，然后運用這些條件進行綜合分析推導，最終求出問題所需要的答案.一般來說，綜合法和微分法是對立的，微分法是將整體化為部分，展開分析；而綜合法是將部分整合為一個整體，從而進行推導工作，比如說能量守恒定律，就是運用綜合法的最好例子.

3.4 等效代替法

在做題時，我們其實可以發現，有些題目是大同小異的，類型相同，所以這時候可以使用等效替代法，將不熟悉的題目化作我們的熟悉的，然后就可以用相同的套路進行求解.

例如,如圖2，在均勻磁場中存在一個細導線組成了一個等邊三角形，然后磁場的磁感應強度為B，磁場是繞著導線MN做周期運動，角速度為ω，磁場方向與MN水平垂直，三根導線的電阻都是R，現在磁場正好與導線平面平行，設這個時間點為t=0,試求：

圖2

(1)任意時刻t導線中的電流

(2)若M點的電動勢為0，當t=0時，求三角形線框上任意一點A的電動勢.

3.5 守恒轉化法

經常用到的就是能量守恒定律、質量守恒定律還有電荷守恒.能量守恒定理是因為有的時候力的方向是在變化的，所以做功一直在變化，如果根據相關條件直接進行解題，無疑是復雜且繁瑣的，最后可能還求不出想要的答案，但是做功的本質就是能量守恒，分清楚在運動中誰做的正功，誰做的負功，在運動中進行了怎樣的能量轉化，就可以將題目進行簡化，比如說要了解在沒有外力的變化下，電勢能的變化與其他能量的變化關系.

高中物理學習一直需要嚴謹的邏輯，清晰的解題思路，在電磁學的學習中更是如此，所以需要掌握好基本的解題方法和技巧，分清楚在哪些題目中運用何種方法，才能化繁為簡，將物理變得簡單.教師在授課時不僅需要講述基本的理論知識，還要將這些解題方法也一一交給學生，并用相應的例子去進行闡述，在題目分析時也可以進行講授，方便學生形成自己的知識體系.本文只是對這些方法的應用進行簡述，希望能對日后的工作有所裨益.