高中物理電學(xué)知識的解題技巧分析

陳小麗

(福建省三明市清流縣第一中學(xué),福建 三明 365300)

高中物理電學(xué)部分的內(nèi)容,具有實踐性與知識性雙線并進(jìn)的特點,要求學(xué)生能夠熟練地掌握相關(guān)規(guī)律概念,并具有較強(qiáng)的電路分析能力.同時電學(xué)部分的考點較多且考查形式靈活,學(xué)生在解題時需要一定的解題技巧才能有效地提升做題速度與準(zhǔn)確率.下面就高中物理教學(xué)中學(xué)生電學(xué)部分的易錯題型進(jìn)行分析,并提出相對應(yīng)的解題思路與技巧.

1 高中物理電學(xué)部分易錯題型

1.1 帶電粒子在電場中的運動問題

帶電粒子在電場中的運動相關(guān)題目的考查對學(xué)生來說是常見的易錯點,因為此類題目是一個綜合電場力和電勢能的力學(xué)問題,而且對學(xué)生來說做題難度比較大,且屬于易錯題型.

例1 某靜電場中的電場線如圖1所示,帶電粒子在電場中僅受電場力作用,其運動軌跡如圖1中虛線所示,由M運動到N,以下說法正確的是( ).

A.粒子可能是負(fù)電荷

B.粒子在M點的加速度大于它在N點的加速度

C.粒子在M點的電勢能大于它在N點的電勢能

D.由M運動到N的過程中電場力對該粒子做負(fù)功

圖1 帶電粒子在電場中的運動軌跡

答案:C

1.2 磁場相關(guān)問題

在磁場相關(guān)問題中,學(xué)生容易混淆磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,導(dǎo)致做題錯誤.

例2 如圖2所示,某時刻LC振蕩電路自感線圈L中電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖2所示.下列說法正確的是( ).

A.若電容器正在放電,電容器上極板帶正電

B.若電容器正在充電,線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度也在增大

C.若磁場正在增強(qiáng),電容器兩極板間的電場強(qiáng)度也在增大

D.若磁場正在減弱,則電場能也在減小

圖2 LC振蕩電路圖

本題考查磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度在減小,電容器正在充電.若磁場正在減弱,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,則電場能在增大.因此,對選項進(jìn)行分析,A.若電容器正在放電,電路中電流減小,線圈中磁通量減小,根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可知,回路中的電流為逆時針方向,則電容器上極板帶正電,A符合題意.

在解決這類問題時,學(xué)生需要明確兩者的概念“磁場強(qiáng)度是指單位磁極所受的磁場力,而磁感應(yīng)強(qiáng)度是指單位面積垂直于磁場方向的磁通量.”并根據(jù)具體情況選擇合適的公式進(jìn)行計算.此外,學(xué)生還容易忽略洛倫茲力的方向,導(dǎo)致計算結(jié)果錯誤.

1.3 以電磁感應(yīng)為核心的綜合應(yīng)用問題

在以電磁感應(yīng)為核心的綜合應(yīng)用問題中,學(xué)生容易忽略法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,導(dǎo)致解題出現(xiàn)錯誤.

例3 如圖3所示是法拉第研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗裝置,將兩個線圈繞在同一個鐵環(huán)上,線圈A與直流電源和開關(guān)S組成回路,線圈B與電流計組成閉合回路.當(dāng)開關(guān)S接通的瞬間,電流計中有沒有電流通過?當(dāng)開關(guān)S閉合,電路穩(wěn)定后,電流計中有沒有電流通過?

圖3 探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗

本題考查的知識點是利用磁通量的變化可以判斷感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.在本題中,當(dāng)開關(guān)S接通的瞬間,A線圈中電流從無到有, 穿過B線圈中的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流從負(fù)極流入,指針向左偏.開關(guān)閉合穩(wěn)定后,線圈B中磁通量不發(fā)生變化,不產(chǎn)生感應(yīng)電流.

2 高中物理電學(xué)知識解題技巧研究

2.1 模型法解題技巧

模型法是一種化難為易解題方法.在解決電學(xué)問題時,學(xué)生能夠利用題目條件將復(fù)雜的電路轉(zhuǎn)化為簡單的電路模型[1],從而簡化問題的求解過程.此技巧的核心是通過審題將復(fù)雜的物理問題轉(zhuǎn)化為一個或多個自己熟悉的理想化物理模型,然后再運用自己熟悉的物理原理與規(guī)律解答題目.模型法的解題步驟為審題→分析→再現(xiàn)→建模→運算.

例4 如圖4所示,均勻帶電的圓弧AB帶電量為Q,其圓弧對應(yīng)圓心角為240°.若已知其在圓心O點產(chǎn)生的場強(qiáng)為E0,若將其沿對稱軸切掉一半,只留下AC部分,則AC部分在圓心O點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為( ).

圖4 不規(guī)則帶電體

A.E0B.E0/2 C.E0/4 D.2E0/3

本題的難點是其形狀是一個圓弧,并非學(xué)生熟知的模型,因此在解題時通過審題觀察,學(xué)生可以采用模型法將題目構(gòu)建成理想模型.具體來說,學(xué)生可以將圓環(huán)補(bǔ)全:即在AB之間補(bǔ)足一個圓心角為120°的均勻帶電圓弧,此時形成一整個圓.由于對稱性我們知道圓心O點的場強(qiáng)必定為0 ,再根據(jù)場強(qiáng)疊加原理我們知道補(bǔ)全部分在圓心的場強(qiáng)為-E0.(大小相等,方向相反).且巧妙的是,補(bǔ)全的部分恰好就是圓弧AB切掉一半以后的樣子,即補(bǔ)全部分與AC部分完全一致,所以AC部分產(chǎn)生的場強(qiáng)實際上就是E0,因此得出答案為A選項.

2.2 圖像法解題技巧

圖像法是一種通過圖像來解決問題的解題方法.比如,在解決電學(xué)問題時,可以通過畫出電路圖或者場線圖來幫助理解問題,從而更好地解決問題.在日常的做題中,教師可以引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)?shù)氖褂脠D像法提升解題效率,在做題中從題目所給的圖像中提取有效條件,補(bǔ)充題目信息,提高做題準(zhǔn)確率.

例5 如圖5(a)所示,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,R為電阻箱.圖5(b)為電源的輸出功率P與電流表示數(shù)I的關(guān)系圖像,電流表為理想電表,其中電流為I1、I2時對應(yīng)的外電阻分別為R1、R2,電源的效率分別為η1、η2,輸出功率均為P0.下列說法中正確的是( ).

圖5 功率隨電流變化關(guān)系

答案:C.

2.3 對稱法解題技巧

對稱法是一種通過對稱性來解決問題的方法,這種解題方法能夠有效地拓寬學(xué)生思路,讓復(fù)雜的問題變得更加簡潔.在解決電學(xué)問題時,可以通過電路的對稱性或者場的對稱性來簡化問題的求解過程.在實際的運用中,對稱法可以迅速準(zhǔn)確地求解電場強(qiáng)度、帶電粒子在電場中的運動、帶電粒子在磁場中的運動、對稱電路等類型問題.在使用對稱法解題時,學(xué)生要注意審題,分析研究對象的屬性、運動規(guī)律、運動特點,尋找研究對象的對稱性特點,并依照物理規(guī)律進(jìn)行求解[2].

例6 如圖6所示,帶電量為+q的點電荷與均勻帶電薄板相距為2d,點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心.若圖中a點處的電場強(qiáng)度為零,根據(jù)對稱性,帶電薄板在圖中b點處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為____,方向____.(靜電力恒量為k).

圖6 均勻帶電薄板的場強(qiáng)對稱性原理

本題主要考查的知識點為電場強(qiáng)度和電場線的相關(guān)內(nèi)容,在解題時學(xué)生可以利用對稱法進(jìn)行解題.本題的解題思路是利用電場強(qiáng)度的疊加結(jié)合對稱性去判別場強(qiáng)的大小和方向[3].因此,可以得出q在a點形成的電場強(qiáng)度的大小為E1=kq/d2, 方向向左,且因a點場強(qiáng)為零,故薄板在a點的場強(qiáng)方向向右,大小也為kq/d2,再由對稱性可知薄板在b點的場強(qiáng)是kq/d2,方向向左.

2.4 等效法解題技巧

在解決電學(xué)問題時,等效法可以將復(fù)雜電路轉(zhuǎn)化為等效電路,從而簡化問題的求解過程.在做題時,學(xué)生要明確題目中由哪些條件與范圍可以進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換.等效法解題一般涉及物理等效、物理模型等效、物理過程等效三種,靈活利用等效法解題技巧有利于提升學(xué)生的變通意識、明確解題思路.

3 結(jié)束語

總之,在高中電學(xué)部分的教學(xué)中,教師可以采用模型法、圖像法、等效法、對稱法、極端法等解題技巧幫助學(xué)生解題,讓電學(xué)部分較為抽象的知識點變得較為容易理解,逐步提升高中生解題水平.