高中物理电磁学的解题方法研究

沈 军

(江苏省宿迁市马陵中学 223800)

电磁学能和高中物理的很多知识点联系在一起，相关习题创设的情境较为复杂.为增强学生的解题自信，既要注重电磁学相关理论的讲解，又要通过引导与启发使学生深入理解电磁学相关知识本质，并通过与学生一起分析相关的习题，使其积累丰富的解题经验以及解题方法.

一、电磁感应电路习题解题方法

导体棒在磁场中运动会产生感应电动势，如此便可与电路知识联系在一起.解答该类习题的方法如下：其一，认真审题，明确哪一部分导体产生感应电动势以及产生感应电动势的导体运动规律，运用右手定则以及相关的计算公式，得出感应电动势的大小、电流方向等.其二，搞清楚电路中和电学元件的串并联关系，相关参数的具体数值，针对较为复杂的电路可画等效电路图辅助分析.其三，运用所学的电学知识，如闭合电路欧姆定律、串并联电路知识、电功率公式、焦耳定律等，求解出最终的参数.课堂上会使学生感受相关习题的解题思路，应注重如下例题的讲解：

如图1(a)所示，一间距为2L，上端连接一电阻R的U型导轨竖直放置.内部存在两个边长为L的正方形区域，区域内均存在垂直纸面向外的磁场.其中区域P的磁场按照图1(b)变化(图中坐标值均为已知量)，区域Q内部磁场大小为B0，一长为2L质量为m，电阻为r的金属棒穿过区域Q放置且刚好处于静止状态.金属棒和导轨接触良好，忽略导轨电阻.则以下结论正确的是( ).

(a) (b)图1

二、电磁感应动力学习题解题方法

电磁感应中安培力的产生使得其能够与运动学知识联系起来.但其比单纯的运动学类的习题更为复杂.解答该类习题的方法主要分为四步：第一步，为更好的把握安培力的方向与大小，仍应先分析导体在磁场中的运动状况，把握产生感应电流的规律，为更好的计算安培力做好铺垫.第二步，做好内电路与外电路的分析，在分析外电路时应明确电学元件的串并联关系，准确的计算出感应电流.第三步，运用牛顿第二定律，对研究对象的受力情况进行分析，明确其运动状态.第四步，运用运动学公式求解出相关的参数.课堂上为使学生掌握该类习题的解题方法，可与学生一起分析如下习题：

如图2所示，一足够长的左侧连接一大小为R=0.4Ω电阻的U形导轨水平放置，导轨宽L=0.5m.垂直导轨平面存在一竖直向上，磁感应强度B=5T的磁场.一质量m=2kg，电阻r=0.5Ω的导体棒ab跨放在导轨上.导体棒和导轨接触良好，两者间的动摩擦因数μ=0.2，忽略其他电阻.导体棒ab在F=10N的水平外力作用下，由静止运动x=40cm后达到最大速度.求：

图2

(1)导体棒ab运动的最大速度；(2)导体棒ab的速度v=1m/s时，导体棒ab的加速度；

三、电磁感应能量习题解题方法

电磁感应涉及到物体的动能、势能、电能、热能的相互转化，解答该类习题既要注重电磁感应规律的应用，又要注重从能量的角度进行分析.解答该类习题的方法为：将物体受到的安培力考虑在内，对研究对象进行受力分析，明确所受的力是做正功还是负功，根据所学的功的计算公式进行定量计算.同时，把握能量的转化方向与转化形式，当研究对象的能量增加时并分析有哪些能量转化而来，相反当其能量减少时应明确能量的去处.灵活应用动能定理、动量定理、机械能守恒定律、动量守恒定律等，构建相关的物理方程.为使学生牢固的掌握该类习题的解题方法，应注重为学生做好解题的示范，如下题：

如图3所示，ABCD为固定的，两端均连接有阻值为R电阻的水平光滑矩形金属导轨，AC和BD的间距为L，处在竖直向下磁感应强度为B的磁场中.一质量为m，长为L，且不计电阻的导体棒MN放在导轨上，与导轨始终接触良好.左侧和一固定在O点的弹簧相连构成弹簧振动系统.开始时弹簧处于自然长度，导体棒MN获得水平向左的初速度v0，经过一段时间后，导体棒第一次运动到最右端，这一过程中AB上的电阻R上产生的焦耳热为Q，则( ).

图3

电磁学在高中物理中占有举足轻重的地位，在高考中相关习题常作为压轴题出现.为帮助学生更好的突破各类电磁学类的习题，既要做好不同习题解题过程的示范，又要鼓励学生积极总结，把握不同电学习题的解题规律，以及解题的切入点.同时，在训练的过程中应多进行反思，尝试着进行一题多解，并积极与其他学生交流学习心得，学习他人高效的解题方法.