淺析高中物理競賽中電磁學的解題方法

吳敬寶

摘要：在高中物理教學過程中，解題技巧是其重要的教學部分，同時因為是物理競賽過程中的重點考察部分。物理競賽是提高學生物理學習能力的一種競爭機制，但是若想要提高競賽能力就需要老師及時向學生傳授競賽題目解題技巧。對此本文，筆者便根據(jù)自身的教學經(jīng)驗，以高中物理競賽中的電磁學為例，對相關的解題方法進行了初步的探討。

關鍵詞：高中物理;物理競賽;電磁學;解題技巧

前言：推導相關條件，解決問題，開闊學生的相關思路，提高學生競賽能力。

電磁學是高中物理教學和相關競賽的一個重點考查內容，同時它也是物理學習中的難點之一。若想很好的解決這一章節(jié)的相關問題，除了掌握相關的理論知識之外，還要注意相關解題技巧的學習。電磁學主要涉及電場和磁場問題，所以解決問題的關鍵可以從這兩方面入手。對此，筆者根據(jù)自身教學經(jīng)驗，針對這兩方面提出了以下幾種方案，希望為大家提供參考。

一、利用相關圖像，解決問題

由于高中物理知識比較抽象，不利于學生理解相關內容。所以在高中物理解題過程中，適當?shù)氖褂脠D像法能夠讓學生更加直觀觀察到題目中的信息。通過相關信息的系統(tǒng)整合，節(jié)約了學生的解題時間，是問題能夠有效的解決。

例如在相關的物理競賽題目中，有一個容器，半徑為 R、軸線為O 點。其中，圓筒內存在勻強磁場，磁場的方向與軸線平行，電磁感應強度為b，此時c處有一帶電粒子e，質

量為 m、電荷量為 q，以某一速度進入圓筒，然后又經(jīng)過小孔飛出，求相應的速率以及時間均是多少？（彈性碰撞）

根據(jù)相應的題目我們得知，帶電粒子需要和容器發(fā)生多次碰撞才能發(fā)生上述延小孔飛出的結果。同時若是只發(fā)生一次，那就說明帶電粒子是勻速直線運動，而在磁場的作用下，受洛倫茲力的影響，相應的軌跡絕對不可能是勻速直線運動有題目我們可以得知，該碰撞為彈性碰撞，簡言之，速度大小并不會發(fā)生相應的改變，那么相關粒子的運動軌跡是彼此對稱的。那就需要找到圓弧的三等分點，通過運動軌跡確定相應的圓心，在依靠相關的幾何關系完成相關問題的解答。通過相關圖像，學生可以直觀的記錄相應的物理條件，節(jié)約思考分析的時間，一定程度上提高學習效率。

二、利用微元轉化，解決問題

微元法是指以特殊位置代替一般位置從而進行解題的一種方法?？梢詫⒁恍碗s的物理問題逐漸簡單化。同時這種方法還可以將曲面上的相關問題轉化為平面，便于學生理解。利用這種方法可以將物理問題用較為簡單的物理規(guī)律進行表示，進而解決復雜問題，提高學習效率，培養(yǎng)自信心。

例如老師可以設置相關問題，對學生加以訓練，一個金屬環(huán)水平放置，其以c為半徑，此時有一個圓柱豎直放置，這兩個物體在同一平面內，圓柱的細軸通過中心點p，有一個質地均勻的導體棒，它的質量是a、以R為電阻，導體棒與圓環(huán)共面，另一端A沿著圓環(huán)可以圍繞金屬圓柱進行的圓周運動。摩擦系數(shù)為s，金屬圓環(huán)在恒定磁場中，電磁感應強度為B=Km（k>0），方向豎直朝上，m為磁場中一點到軸線之間的長度，導線以及圓環(huán)的磁場和電阻可以忽略不計，那么在金屬棒?A 端需要施加多大外力才能維持導體棒以相應的角速度進行相關的勻速運動？

由題意我們可以知曉導體棒轉動時產(chǎn)生的相應電動勢是比較容易求解的，即我們常說的BLW，但是我們發(fā)現(xiàn)電磁感應德爾強度，卻一直在變動，所以常用的整體法已經(jīng)不能適用。這個時候我們可以采取微元法，即在導體棒上取比較細小的一段，因為其非常小，可以忽略，故可以看做這個物體在相關的位置所受到的的磁感應強度實際上是一個常數(shù)，那么就可以通過這種方式得到安培力表達式，然后將這件物體上所有的微元受到的安培力進行整合，就可以得出整體所受的安培力，進而完成問題的求解。

三、推導相關條件，解決問題

誘導法，又稱推導法。即根據(jù)已有的條件進行相應的推導，并得出新的條件。并利用新的條件解決相關問題的一種方法。在有些相關的物理競賽題目中，有時候會缺乏一些相關的直接的物理量，而學生由于整合能力薄弱，沒有建立有效的物理知識的網(wǎng)絡，從而造成解題困難。這個時候，老師可以帶領學生使用條件誘導法，進行相關題目講述。在電磁學教學過程中，經(jīng)常會涉及相應電子老師以及學生可以根據(jù)相關電子的運動情況列出相關的方程，并進行相應題目的分析。如經(jīng)常涉及的有，電子在加速電場中，電子一般做做勻加速直線運動，而在偏轉電場中一般做類平拋運動;三是以飛出一瞬間是在做勻速直線運動。在電磁學中我們可以根據(jù)電子運動過程結合相關的運動學規(guī)律方程根據(jù)其所包含的物理量以及物理條件，通過相關的物理方程，解決物理難題。通過這種解題方法，提高學生解題能力。

綜上所述，電磁學是高中物理競賽的重點考察內容。若想提高學生的解題效率，就需要使學生逐漸發(fā)現(xiàn)高中物理電磁學規(guī)律，知曉電磁學的解題技巧。這種首先需要老師引導學生利用相關的物理圖像，使相應條件更直觀的展現(xiàn)在學生面前;其次需要老師多多利用微元轉化法，以部分代替整體，降低解題難度;最后需要老師帶領學生推到相關條件，開闊思路，解決問題。

參考文獻：

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