高中物理电磁学学习方法浅析

张晓阳

摘 要：电磁学是高中物理课的重要内容之一，概念抽象，内容复杂，学习起来比较困难。文章从不同角度对本人学习中的一些方法进行浅析，以期为同学提供参考借鉴。

关键词：高中物理；电磁学；学习方法

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2017）03B-0066-02

电磁学理论不仅在科研生产实践中广泛应用，为促进人类社会进步发挥了重要作用，而且在量子物理、相对论等现代物理领域及对宇宙的研究中也占有重要位置。将类比、归纳等方法灵活运用到电磁学学习中，可以提高学习效率，为将来的学习研究奠定基础。

一、类比法在电磁学学习中的应用

类比法是各学科学习中常用的方法，运用得当，可以使电磁学的学习变难为易、化繁为简，帮助我们有效建立电磁学知识体系和探究物理规律的思维模式。

（一）因果类比法的运用

因果类比法就是两个或两类类比对象存在相同或相似的因果关系，通过分析、联系、想象等思维方式将已知对象与学习对象之间建立类比关系，从而学习和掌握新的知识和规律。比如，我们已经熟悉的由于重力场而形成一系列物理现象及规律，而电磁学中同样由于电场而形成一系列物理现象及规律。两者引起的结果存在相似的因果关系，而重力场及其相关的物理知识是我们已经熟悉和掌握的，通过类比可以帮助我们有效掌握电场有关知识并形成有条理的知识体系：

由于重力场作用对地球周围物体产生引力——重力，重力的大小遵循万有引力定律；重力与物体自身质量之间存在关系——G=mg（由此引出重力加速度概念）；进一步推广，由于重力场作用而使物体存在重力势能，质量相同物体的相同重力势能点组成等高线，物体有向重力势能低的方向运动的趋势，由于存在重力势能差，所以，使水向重力势能低的方向运动而形成水流。

通过类比，我们可以很容易理解点电荷电场对其中的电荷产生引力——库仑力（在电场中叫电场力），库仑力的大小遵循库仑定律；电场力与电荷自身电量之间存在关系——F=qE（由此引出电场强度概念）；同样类比可以掌握：由于电场作用而使其中电荷存在电势能，电量相同电荷的相同电势能点组成等势面，电荷有向电势能低的方向运动的趋势，由于存在电势差（即电压）使电荷向电势能低的方向运动形成电流。

（二）相似性类比法的运用

相似性类比法是指两个概念或知识点存在很大程度的交叉、重叠和相似关系，通过比较它们的异同，使知识链条更加清晰紧密。比如，通过电荷在电场中所受力和在磁场中所受力的相似性类比，我们可以掌握它们之间的相同点和不同点：

1.电荷在电场中受到电场力作用，电场力的存在、大小与电场强度及电荷所带电量有关、方向与电场方向相同或相反，与电荷运动与否及运动速度的大小、方向无关；而在磁场中只有速度与磁场方向不平行的运动电荷才能受到洛伦兹力作用，由洛伦兹力计算公式f=Bqvsinα可知其大小与电荷运动速度大小、方向均有关，方向始终与磁场方向和速度方向垂直。

2.从力的作用效果来看，电场力能对电荷做功，可以改变电荷的动能和速度、方向；而洛伦兹力不对电荷做功、不改变电荷动能，只能改变电荷的速度方向、不能改变速度。

3.在匀强电场中，运动电荷在电场力作用下运动轨迹为抛物线或直线；在匀强磁场中，垂直于磁场方向运动的电荷在洛伦兹力作用下所作的运动轨迹为圆弧。

二、归纳法在电磁学学习中的应用

对高中生来说，不论是对知识的记忆和理解，还是对现象和问题的分析、解决都有很大难度，但也并不是没有规律可循，如果认真分析，将特征相同的概念、知识或变化规律相同的现象进行归类总结，归纳提炼成简单易记的口诀或条理简明清晰的提纲，不仅能够巩固记忆、避免混淆，还能加深对知识的理解，方便解释物理现象、解决有关问题。

比如，高中物理选修3-2中的楞次定律，内容表述抽象，不容易理解，是电磁感应部分的重点和难点。教材中楞次定律原文表述为：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。根据楞次定律，我们要判断是否产生感应电流、产生感应电流的方向，首先需要判断通过闭合回路的磁通量是否发生了变化、按照什么规律变化，这不仅要分析变化前产生原磁通量的原因及大小、方向，还得判断变化后引起磁通量变化的原因及变化的大小、方向。

引起磁通量变化的原因很多，可以是电流变化，也可以是磁场强度变化，磁场或闭合回路可以是运动的，也可以是静止的；对应产生的物理现象千变万化，相关考试题型变化层出不穷，只要有一个因素分析判断错误，就会得出错误甚至相反的结论。为此，对引起磁通量变化的各种情况进行对比分析，不妨将其分为三种类型，并将磁通量变化与引起感应电流变化的规律归纳成口诀，帮助我们快速准确地解答相关问题。

一是“增反减同”。口诀中的“增”和“减”是指通过闭合回路的磁通量的变化规律；“反”和“同”是引起感应电流方向的变化规律。即通过闭合回路的磁通量比原来增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反（即抵消增加的磁通量）；相反，当通过的磁通量比原来减少时，感应电流产生磁场方向与原磁场方向相同（即弥补减少的磁通量）。这一规律也可用来判断线圈自感产生感应电流的变化规律。

二是“来拒去留”。口诀中的“来”“去”是指引起磁通量变化的磁场的运动规律；“拒”“留”是产生感应电流磁场与原磁场的作用规律。即由于磁场运动而引起通过闭合回路磁通量的变化，由此产生的感应电流会阻碍这种运动，当原磁场靠近闭合回路时，感应电流产生的磁场与原磁场排斥；相反，则与原磁场吸引。

三是“增缩减扩”。这是针对闭合回路大小可以随外力变化的情况而言的。口诀中的“增”“减”是指通过闭合回路中磁通量的变化规律；“縮”“扩”是感应电流引起外力从而造成闭合回路面积大小变化的规律。即当闭合回路原磁通量增大时，由于产生的感应电流在磁场中受到力的作用而使闭合回路的面积有收缩的趋势；相反，当闭合回路的原磁通量减少时，闭合回路面积有扩大的趋势。

三、巧用右手定则判断有关物理量方向

高中物理电磁学需要学习三个定则：安培定则用来判断通电直导线周围或通电螺旋管产生磁场的方向，左手定则用来判断通电导线或运动的电荷在磁场中受力的方向，右手定则用来判断闭合回路（或部分回路）在磁场中运动产生感应电流的方向。在学习中，感觉这三个定则在运用时容易混淆，常常把左、右手用反，给学习和考试带来很大困惑。下面在分析电流、磁场、运动、力的方向之间关系的基础上，对原有的定则改进为统一使用右手进行判断，从而为快速准确判断各有关物理量方向提供帮助。

（一）用安培定则代替左手定则

左手定则是用来判断通电导体或运动电荷在磁场中受力方向的。定则中包含三个方向：磁场方向、电流或正电荷运动方向、电磁力（或洛伦兹力）方向。我们不妨把电磁力这三个字拆开，“电”代表电流或正电荷运动方向、“磁”代表磁场方向、“力”代表电磁力（或洛伦兹力）方向，通过分析发现“电”“磁”“力”这三个方向之间与三维坐标x轴、y轴、z轴的正方向之间存在对应的一致规律——符合右手螺旋定则。于是我们可以对左手定则作如下改进：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直并和手掌在同一平面内，让四指指向电流或正电荷运动方向（相当于x轴），然后让四指指向磁场方向旋转弯曲（相当于由x轴向y轴方向旋转），大拇指所指的方向就是所要判断电磁力（或洛伦兹力）的方向。

（二）将左、右手定则统一为新的右手定则

由于电磁力（洛伦兹力）方向总是与磁场方向和电流方向（正电荷运动方向）决定的平面垂直，而且在运用左、右手定则进行未知量方向判断时都是让磁力线垂直穿入手心，我们可以将左、右手定则改进为如下新的右手定则：

判断电磁力（或洛伦兹力）方向：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直并和手掌在同一平面内，让四指指向电流或正电荷运动方向，让四指弯曲成与手掌垂直并指向磁场方向，此时大拇指所指的方向就是所要判断电磁力（或洛伦兹力）的方向。

判断感应电流方向：开头操作与上面相同，只是让四指指向磁场中导体运动方向，同样让四指弯曲成与手掌垂直并指向磁场方向，此时大拇指所指的方向就是所要判断感应电流的方向。

电磁学不仅在高中物理学习中非常重要，而且在生产、科研实践中和对宇宙的探索中都占有重要位置。只要我们多思考，勤总结，就一定会总结出适合自己的学习方法，使学习效果和分析运用能力不断提高。

参考文献：

[1]王乃玉.活用右手定则解决高中物理电磁学问题[J].中华少年，2016，（17）.

[2]陳银.类比法在高中物理电磁学复习中的应用浅析[J].祖国，2016，（20）.