高中物理电学知识的解题技巧分析

陈小丽

(福建省三明市清流县第一中学,福建 三明 365300)

高中物理电学部分的内容,具有实践性与知识性双线并进的特点,要求学生能够熟练地掌握相关规律概念,并具有较强的电路分析能力.同时电学部分的考点较多且考查形式灵活,学生在解题时需要一定的解题技巧才能有效地提升做题速度与准确率.下面就高中物理教学中学生电学部分的易错题型进行分析,并提出相对应的解题思路与技巧.

1 高中物理电学部分易错题型

1.1 带电粒子在电场中的运动问题

带电粒子在电场中的运动相关题目的考查对学生来说是常见的易错点,因为此类题目是一个综合电场力和电势能的力学问题,而且对学生来说做题难度比较大,且属于易错题型.

例1 某静电场中的电场线如图1所示,带电粒子在电场中仅受电场力作用,其运动轨迹如图1中虚线所示,由M运动到N,以下说法正确的是( ).

A.粒子可能是负电荷

B.粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度

C.粒子在M点的电势能大于它在N点的电势能

D.由M运动到N的过程中电场力对该粒子做负功

图1 带电粒子在电场中的运动轨迹

答案:C

1.2 磁场相关问题

在磁场相关问题中,学生容易混淆磁场强度和磁感应强度的概念,导致做题错误.

例2 如图2所示,某时刻LC振荡电路自感线圈L中电流产生的磁场的磁感应强度方向如图2所示.下列说法正确的是( ).

A.若电容器正在放电,电容器上极板带正电

B.若电容器正在充电,线圈中的磁感应强度也在增大

C.若磁场正在增强,电容器两极板间的电场强度也在增大

D.若磁场正在减弱,则电场能也在减小

图2 LC振荡电路图

本题考查磁场能转化为电场能,线圈中的磁感应强度在减小,电容器正在充电.若磁场正在减弱,磁场能转化为电场能,则电场能在增大.因此,对选项进行分析,A.若电容器正在放电,电路中电流减小,线圈中磁通量减小,根据磁感应强度的方向可知,回路中的电流为逆时针方向,则电容器上极板带正电,A符合题意.

在解决这类问题时,学生需要明确两者的概念“磁场强度是指单位磁极所受的磁场力,而磁感应强度是指单位面积垂直于磁场方向的磁通量.”并根据具体情况选择合适的公式进行计算.此外,学生还容易忽略洛伦兹力的方向,导致计算结果错误.

1.3 以电磁感应为核心的综合应用问题

在以电磁感应为核心的综合应用问题中,学生容易忽略法拉第电磁感应定律的应用,导致解题出现错误.

例3 如图3所示是法拉第研究电磁感应现象的实验装置,将两个线圈绕在同一个铁环上,线圈A与直流电源和开关S组成回路,线圈B与电流计组成闭合回路.当开关S接通的瞬间,电流计中有没有电流通过?当开关S闭合,电路稳定后,电流计中有没有电流通过?

图3 探究电磁感应现象实验

本题考查的知识点是利用磁通量的变化可以判断感应电流产生的条件.在本题中,当开关S接通的瞬间,A线圈中电流从无到有, 穿过B线圈中的磁通量发生变化,产生感应电流,根据楞次定律可知,感应电流从负极流入,指针向左偏.开关闭合稳定后,线圈B中磁通量不发生变化,不产生感应电流.

2 高中物理电学知识解题技巧研究

2.1 模型法解题技巧

模型法是一种化难为易解题方法.在解决电学问题时,学生能够利用题目条件将复杂的电路转化为简单的电路模型[1],从而简化问题的求解过程.此技巧的核心是通过审题将复杂的物理问题转化为一个或多个自己熟悉的理想化物理模型,然后再运用自己熟悉的物理原理与规律解答题目.模型法的解题步骤为审题→分析→再现→建模→运算.

例4 如图4所示,均匀带电的圆弧AB带电量为Q,其圆弧对应圆心角为240°.若已知其在圆心O点产生的场强为E0,若将其沿对称轴切掉一半,只留下AC部分,则AC部分在圆心O点产生的电场强度大小为( ).

图4 不规则带电体

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

本题的难点是其形状是一个圆弧,并非学生熟知的模型,因此在解题时通过审题观察,学生可以采用模型法将题目构建成理想模型.具体来说,学生可以将圆环补全:即在AB之间补足一个圆心角为120°的均匀带电圆弧,此时形成一整个圆.由于对称性我们知道圆心O点的场强必定为0 ,再根据场强叠加原理我们知道补全部分在圆心的场强为-E0.(大小相等,方向相反).且巧妙的是,补全的部分恰好就是圆弧AB切掉一半以后的样子,即补全部分与AC部分完全一致,所以AC部分产生的场强实际上就是E0,因此得出答案为A选项.

2.2 图像法解题技巧

图像法是一种通过图像来解决问题的解题方法.比如,在解决电学问题时,可以通过画出电路图或者场线图来帮助理解问题,从而更好地解决问题.在日常的做题中,教师可以引导学生适当的使用图像法提升解题效率,在做题中从题目所给的图像中提取有效条件,补充题目信息,提高做题准确率.

例5 如图5(a)所示,电源的电动势为E,内阻为r,R为电阻箱.图5(b)为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像,电流表为理想电表,其中电流为I1、I2时对应的外电阻分别为R1、R2,电源的效率分别为η1、η2,输出功率均为P0.下列说法中正确的是( ).

图5 功率随电流变化关系

答案:C.

2.3 对称法解题技巧

对称法是一种通过对称性来解决问题的方法,这种解题方法能够有效地拓宽学生思路,让复杂的问题变得更加简洁.在解决电学问题时,可以通过电路的对称性或者场的对称性来简化问题的求解过程.在实际的运用中,对称法可以迅速准确地求解电场强度、带电粒子在电场中的运动、带电粒子在磁场中的运动、对称电路等类型问题.在使用对称法解题时,学生要注意审题,分析研究对象的属性、运动规律、运动特点,寻找研究对象的对称性特点,并依照物理规律进行求解[2].

例6 如图6所示,带电量为+q的点电荷与均匀带电薄板相距为2d,点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心.若图中a点处的电场强度为零,根据对称性,带电薄板在图中b点处产生的电场强度大小为____,方向____.(静电力恒量为k).

图6 均匀带电薄板的场强对称性原理

本题主要考查的知识点为电场强度和电场线的相关内容,在解题时学生可以利用对称法进行解题.本题的解题思路是利用电场强度的叠加结合对称性去判别场强的大小和方向[3].因此,可以得出q在a点形成的电场强度的大小为E1=kq/d2, 方向向左,且因a点场强为零,故薄板在a点的场强方向向右,大小也为kq/d2,再由对称性可知薄板在b点的场强是kq/d2,方向向左.

2.4 等效法解题技巧

在解决电学问题时,等效法可以将复杂电路转化为等效电路,从而简化问题的求解过程.在做题时,学生要明确题目中由哪些条件与范围可以进行等效转换.等效法解题一般涉及物理等效、物理模型等效、物理过程等效三种,灵活利用等效法解题技巧有利于提升学生的变通意识、明确解题思路.

3 结束语

总之,在高中电学部分的教学中,教师可以采用模型法、图像法、等效法、对称法、极端法等解题技巧帮助学生解题,让电学部分较为抽象的知识点变得较为容易理解,逐步提升高中生解题水平.