高中物理一例電磁學(xué)的解題探討

張永剛

【摘要】在高中物理教學(xué)中，電磁學(xué)知識(shí)是重要構(gòu)成，也是教學(xué)中的難點(diǎn).學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，需掌握科學(xué)的解題方法，才可提高學(xué)生解電磁學(xué)相關(guān)習(xí)題的能力.文中結(jié)合具體例題，分析電磁學(xué)中常見(jiàn)的解題方法，為學(xué)生更好地開(kāi)展電磁學(xué)題目解題，提供重要指導(dǎo).

【關(guān)鍵詞】高中物理；電磁學(xué)；解題

高中物理學(xué)科中包含的知識(shí)點(diǎn)眾多且系統(tǒng)復(fù)雜，而電磁學(xué)知識(shí)與該學(xué)科中其他不少知識(shí)之間存在密切聯(lián)系.在設(shè)置相關(guān)題目時(shí)，情境更加復(fù)雜，學(xué)生解題難度也更大［1］.為了增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)對(duì)電磁學(xué)相關(guān)題目時(shí)的解題自信，在傳輸電磁學(xué)理論知識(shí)的同時(shí)，還需通過(guò)啟發(fā)、引導(dǎo)的方式，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析題目，掌握科學(xué)的解題方法［2］.研究中以電磁學(xué)電路相關(guān)習(xí)題為例，分析具體解題思路和過(guò)程.

1 電磁感應(yīng)電路題目解題思路

磁場(chǎng)中的導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，由此就可以聯(lián)想到電路內(nèi)容.此類(lèi)題目通常按照以下思路解題：

（1）認(rèn)真審題.通過(guò)題目找到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的導(dǎo)體具體是什么？找出導(dǎo)體后，分析導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.可采用右手定則與計(jì)算方法，計(jì)算電流方向、電動(dòng)勢(shì)數(shù)值.

（2）找到題目設(shè)置電路中涉及的不同電子元件關(guān)系，即屬于并聯(lián)或者串聯(lián)，計(jì)算具體參數(shù)的結(jié)果.若遇到題目中涉及的電路關(guān)系比較復(fù)雜，可以繪制等效電路圖作為解題輔助.

（3）運(yùn)用自身掌握的電學(xué)知識(shí)，比如焦耳定律、串并聯(lián)電路內(nèi)容、歐姆定律等內(nèi)容，計(jì)算題目的最終結(jié)果.

2 認(rèn)真審題，把握題目含義

高中物理電磁學(xué)涵蓋內(nèi)容眾多，題目通常會(huì)結(jié)合多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，考查學(xué)生綜合能力.如果學(xué)生部分知識(shí)點(diǎn)掌握不到位，可能會(huì)導(dǎo)致題目無(wú)法順利解出.這需要學(xué)生在看到題目后，先找出題目中的要素，準(zhǔn)確把握題目意思.再結(jié)合自己掌握的物理知識(shí)，挖掘隱藏條件.比如：

例題 根據(jù)圖1顯示，在均勻磁場(chǎng)中由直角三角形導(dǎo)線(xiàn)框abc，其中ab是均勻?qū)Ь€(xiàn)，電阻為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)；ac與bc電阻可以忽略不計(jì)，ac長(zhǎng)度用L2表示.磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B，方向與紙面向里垂直.現(xiàn)有電阻為R2，長(zhǎng)度是L2的均勻?qū)w棒MN架到導(dǎo)線(xiàn)框上.最開(kāi)始與ac靠近，又沿著ab方向通過(guò)恒定速度v移動(dòng)到B端.在導(dǎo)體棒MN滑動(dòng)過(guò)程中，始終和ac保持平衡，并且與導(dǎo)線(xiàn)框接觸狀態(tài)良好.計(jì)算：當(dāng)MN滑動(dòng)距離達(dá)到L3時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)ac的電流方向是什么？電流多大？

從題目中的“均勻磁場(chǎng)”“導(dǎo)線(xiàn)框abc”，有“導(dǎo)體棒MN架到導(dǎo)線(xiàn)框”等關(guān)鍵文字，可以確定此道題目想要考查的知識(shí)點(diǎn)，即：導(dǎo)體或者磁通量將磁感線(xiàn)明確切割后，產(chǎn)生改變的情況類(lèi)似于電源，而別的部分則屬于外電路.由此判定題目主要考察電磁感應(yīng)知識(shí)與直流電路內(nèi)容的結(jié)合.

3 根據(jù)題目，調(diào)動(dòng)理論知識(shí)

解答高中物理電磁學(xué)相關(guān)題目過(guò)程中，不僅需要從題干中獲得有用信息，還需將題目中獲得的有用信息，轉(zhuǎn)化成電磁學(xué)理論知識(shí)［3］.因?yàn)槊}人在設(shè)置題目時(shí)，很多情況下，不會(huì)告知所有信息，會(huì)有一些隱藏條件，需要學(xué)生進(jìn)行轉(zhuǎn)換.根據(jù)題目中的“磁場(chǎng)感應(yīng)方向與紙面向里垂直”“導(dǎo)體棒從ac沿著ab方向靠近b端”.調(diào)動(dòng)相關(guān)理論知識(shí)，通過(guò)楞次定律或者右手定測(cè)明確感應(yīng)電流的方向.在電源或?qū)w內(nèi)部，電流是從低電勢(shì)（負(fù)極）流向高電勢(shì)（正極），而在導(dǎo)體或電源外部，則是從正極流到負(fù)極.根據(jù)題目設(shè)置的問(wèn)題，“MN滑動(dòng)距離達(dá)到L3時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)ac的電流方向是？”，在圖中標(biāo)出L3位置，用點(diǎn)P表示，如圖2所示.

結(jié)合右手定則理論知識(shí)，確定MP感應(yīng)電流是從P流到M，所以L(fǎng)ac電流的方向是從a流向c.

這就是很簡(jiǎn)單的對(duì)物理基本定理的考查，需要學(xué)生牢牢掌握定理的內(nèi)容.否則學(xué)生會(huì)因?yàn)榛径ɡ碚莆詹坏轿?，出現(xiàn)一些本可以解出來(lái)的基礎(chǔ)題目無(wú)法順利解出，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性降低.

4 引入相關(guān)定律，繪制等效電路圖

為了將題目中的信息轉(zhuǎn)化成更容易解決的形式，可以根據(jù)題目求解需求，繪制輔助電路圖.根據(jù)題中給出的信息，MN移動(dòng)到L3位置時(shí)，和bc接觸點(diǎn)，使用點(diǎn)P表示.再結(jié)合直角三角形幾何特點(diǎn)，可得出MP與AC的關(guān)系為MPAC=23，MP的長(zhǎng)度是L3，等同于電路當(dāng)中的電源作用，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算結(jié)果為：E=13BLv，內(nèi)阻計(jì)算結(jié)果為：r=13R.

為進(jìn)一步計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)ac中的電流，可繪制出等效電路圖.將求解ac電流數(shù)值的過(guò)程轉(zhuǎn)化成電路問(wèn)題.這是因?yàn)橛?jì)算電路相關(guān)問(wèn)題過(guò)程中，可能會(huì)遇到不同開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合狀態(tài)，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)變阻器滑片出現(xiàn)在多個(gè)不同位置等情況，增加了學(xué)生求解相關(guān)問(wèn)題時(shí)的難度，使得學(xué)生對(duì)題目出現(xiàn)誤判行為.繪制等效電路圖，可以讓原本看起來(lái)復(fù)雜的題目，變得更加簡(jiǎn)單，也在一定程度上提高了學(xué)生解題的正確率［4］.

等效電路圖繪制過(guò)程中，需要注意幾點(diǎn)：第一，結(jié)合題目，繪制電路元件關(guān)系，開(kāi)關(guān)狀態(tài)燈；第二，結(jié)合電流路徑情況，使用橡皮擦擦掉電流未經(jīng)過(guò)的元件和斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)等；第三，要對(duì)題目中的電路方式給出正確分析和判斷，明確電流與電壓的情況，整理電路圖，即可獲得等效電路圖［5］.

根據(jù)該題目中的題干信息，如圖3所示：

根據(jù)轉(zhuǎn)化后的電路圖，發(fā)現(xiàn)其屬于閉合電路，再使用歐姆定律、串并聯(lián)電路理論知識(shí)，為此題目解決提供思路.外電路并聯(lián)電阻計(jì)算結(jié)果為：

R并=13R×23R13R+23R=29R.根據(jù)閉合電路歐姆定律內(nèi)容可知，MP中電流為：I=ER并+r，導(dǎo)線(xiàn)ac中的電流計(jì)算公式為：IAC=23I.將上述公式聯(lián)合后，可以計(jì)算出ac的電流大小.即：IAC=2BLv5R.

此題目綜合考查了電磁感應(yīng)問(wèn)題與電路問(wèn)題，解題的關(guān)鍵點(diǎn)是整理清楚電源與外電路構(gòu)造的問(wèn)題.再根據(jù)掌握的電磁學(xué)、電學(xué)相關(guān)理論知識(shí)，完成逐層求解.

5 結(jié)論

高中物理電磁學(xué)知識(shí)與該學(xué)科其他知識(shí)關(guān)系密切，是重要的教學(xué)內(nèi)容，在高考題目設(shè)計(jì)中常以壓軸題形式出現(xiàn).題目設(shè)計(jì)綜合性色彩顯著，增加了學(xué)生的解題難度.研究中結(jié)合一例電磁學(xué)電路相關(guān)體系，分析了高中物理電磁學(xué)相關(guān)題目的解題思路和方法.需要認(rèn)真分析題目，找出關(guān)鍵詞；根據(jù)題目，運(yùn)用理論知識(shí)；引入相關(guān)定律，繪制等效電路圖.通過(guò)分析，展示解題思路和過(guò)程，鼓勵(lì)學(xué)生扎實(shí)掌握理論知識(shí)，積極總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，探究解題規(guī)律，希望能為學(xué)生解題能力提升提供支持.

參考文獻(xiàn)：

［1］洪天勝.高中物理電磁學(xué)的解題方法［J］.數(shù)理天地：高中版，2023（16）：18-20.

［2］周乾坤.高中物理電磁學(xué)解題方法研究［J］.數(shù)理化解題研究，2022（28）：134-136.

［3］張俊杰.生活化教學(xué)在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐研究——以“電磁學(xué)”為例［J］.高考，2022（18）：147-150.

［4］朱小宏.高中物理電磁相關(guān)問(wèn)題解題技巧探究［J］.數(shù)理天地：高中版，2023（4）：5-7.

［5］高超.探究高中物理電磁感應(yīng)解題技巧［J］.數(shù)理化解題研究，2022（16）：109-111.