高中物理電磁學的解題方法研究

沈 軍

(江蘇省宿遷市馬陵中學 223800)

電磁學能和高中物理的很多知識點聯系在一起，相關習題創設的情境較為復雜.為增強學生的解題自信，既要注重電磁學相關理論的講解，又要通過引導與啟發使學生深入理解電磁學相關知識本質，并通過與學生一起分析相關的習題，使其積累豐富的解題經驗以及解題方法.

一、電磁感應電路習題解題方法

導體棒在磁場中運動會產生感應電動勢，如此便可與電路知識聯系在一起.解答該類習題的方法如下：其一，認真審題，明確哪一部分導體產生感應電動勢以及產生感應電動勢的導體運動規律，運用右手定則以及相關的計算公式，得出感應電動勢的大小、電流方向等.其二，搞清楚電路中和電學元件的串并聯關系，相關參數的具體數值，針對較為復雜的電路可畫等效電路圖輔助分析.其三，運用所學的電學知識，如閉合電路歐姆定律、串并聯電路知識、電功率公式、焦耳定律等，求解出最終的參數.課堂上會使學生感受相關習題的解題思路，應注重如下例題的講解：

如圖1(a)所示，一間距為2L，上端連接一電阻R的U型導軌豎直放置.內部存在兩個邊長為L的正方形區域，區域內均存在垂直紙面向外的磁場.其中區域P的磁場按照圖1(b)變化(圖中坐標值均為已知量)，區域Q內部磁場大小為B0，一長為2L質量為m，電阻為r的金屬棒穿過區域Q放置且剛好處于靜止狀態.金屬棒和導軌接觸良好，忽略導軌電阻.則以下結論正確的是( ).

(a) (b)圖1

二、電磁感應動力學習題解題方法

電磁感應中安培力的產生使得其能夠與運動學知識聯系起來.但其比單純的運動學類的習題更為復雜.解答該類習題的方法主要分為四步：第一步，為更好的把握安培力的方向與大小，仍應先分析導體在磁場中的運動狀況，把握產生感應電流的規律，為更好的計算安培力做好鋪墊.第二步，做好內電路與外電路的分析，在分析外電路時應明確電學元件的串并聯關系，準確的計算出感應電流.第三步，運用牛頓第二定律，對研究對象的受力情況進行分析，明確其運動狀態.第四步，運用運動學公式求解出相關的參數.課堂上為使學生掌握該類習題的解題方法，可與學生一起分析如下習題：

如圖2所示，一足夠長的左側連接一大小為R=0.4Ω電阻的U形導軌水平放置，導軌寬L=0.5m.垂直導軌平面存在一豎直向上，磁感應強度B=5T的磁場.一質量m=2kg，電阻r=0.5Ω的導體棒ab跨放在導軌上.導體棒和導軌接觸良好，兩者間的動摩擦因數μ=0.2，忽略其他電阻.導體棒ab在F=10N的水平外力作用下，由靜止運動x=40cm后達到最大速度.求：

圖2

(1)導體棒ab運動的最大速度；(2)導體棒ab的速度v=1m/s時，導體棒ab的加速度；

三、電磁感應能量習題解題方法

電磁感應涉及到物體的動能、勢能、電能、熱能的相互轉化，解答該類習題既要注重電磁感應規律的應用，又要注重從能量的角度進行分析.解答該類習題的方法為：將物體受到的安培力考慮在內，對研究對象進行受力分析，明確所受的力是做正功還是負功，根據所學的功的計算公式進行定量計算.同時，把握能量的轉化方向與轉化形式，當研究對象的能量增加時并分析有哪些能量轉化而來，相反當其能量減少時應明確能量的去處.靈活應用動能定理、動量定理、機械能守恒定律、動量守恒定律等，構建相關的物理方程.為使學生牢固的掌握該類習題的解題方法，應注重為學生做好解題的示范，如下題：

如圖3所示，ABCD為固定的，兩端均連接有阻值為R電阻的水平光滑矩形金屬導軌，AC和BD的間距為L，處在豎直向下磁感應強度為B的磁場中.一質量為m，長為L，且不計電阻的導體棒MN放在導軌上，與導軌始終接觸良好.左側和一固定在O點的彈簧相連構成彈簧振動系統.開始時彈簧處于自然長度，導體棒MN獲得水平向左的初速度v0，經過一段時間后，導體棒第一次運動到最右端，這一過程中AB上的電阻R上產生的焦耳熱為Q，則( ).

圖3

電磁學在高中物理中占有舉足輕重的地位，在高考中相關習題常作為壓軸題出現.為幫助學生更好的突破各類電磁學類的習題，既要做好不同習題解題過程的示范，又要鼓勵學生積極總結，把握不同電學習題的解題規律，以及解題的切入點.同時，在訓練的過程中應多進行反思，嘗試著進行一題多解，并積極與其他學生交流學習心得，學習他人高效的解題方法.