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例題如圖1所示,用粗細相同導線繞制的邊長為L閉合導體線框,以v勻速進入右側磁感應強度為B的勻強磁場,如圖所示.在線框進入磁場的過程中,M、N兩點間的電勢差大小為U,下列判斷中正確的是( ).
A.U=14BLv
B. U=34BLv
C. U=BLv
D. U=12BLv
易錯解法
同學在剛開始學習時,經常這樣解題:
解根據導體平動切割磁感線產生感應電動勢
E=BLv①
設每邊的電阻為R,根據閉合電路歐姆定律
I=E4R②
根據部分電路歐姆定律,MN邊的電阻為R,
兩端電壓為U=IR③
由以上三式解得 U=14BLv
最后選A.
正確的解法:
解根據導體平動切割磁感線產生感應電動勢
E=BLv①
設每邊的電阻為R,根據閉合電路歐姆定律:
I=E4R ②
根據部分電路歐姆定律.MN兩端電壓為路端電壓,U=3IR③
由以上三式解得: U=34BLv
最后選B
分析過程
第一、從兩種解法對比分析,可以很明顯地看出,同學對路端電壓的理解不到位,路端電壓應該是外電路的總電壓,而不是內電阻的電壓,在本題中,MN邊切割磁感線產生感應電動勢,則MN邊就是電路中的電源,它本身的電阻就是內電阻,所以要想做對本題,需要理解好電路中電源和內阻由什么充當,內電壓和外電壓怎么求.這樣才能做對.
第二、從含源電路歐姆定律角度進一步分析.從上邊的分析來看,學生能夠理解上邊的基本概念和計算方法,但是學生還是不理解直接從MN求為什么不對,問題出在了哪里.
補充知識
一段含源電路歐姆定律:電路中任意兩點間的電勢差等于連接這兩點的支路上各電路元件上電勢降落的代數和,其中電勢降落的正、負符號規定如下:
a.當從電路中的一點到另一點的走向確定后,如果支路上的電流流向和走向一致,該支路電阻元件上的電勢降取正號,反之取負號.
b.支路上電源電動勢的方向和走向一致時,電源的電勢降為電源電動勢的負值(電源內阻視為支路電阻).反之,取正值.
如圖2所示,對某電路的一部分,由一段含源電路歐姆定律可求得
UA-UB=I1R1-ε1+I1r1+ε2-I2r2-I2R2-ε3-I2R3
根據以上知識能很好地解決同學的疑問,可以解釋為什么直接計算MN邊的電壓U=IR不對.正確的計算,應該是一段含源的歐姆定律,MN本身就是一個電源,它兩端的電壓應該除了內阻電壓降之外,還要加上產生的感應電動勢,所以直接從MN邊計算的方程應該是U=-IR+E,就可以得出正確答案.
鞏固練習
例(選自2007年,山東理綜卷)用相同導線繞制的邊長為L或2L的四個閉合導體線框,以相同的速度勻速進入右側勻強磁場,如圖所示.在每個線框進入磁場的過程中,M、N兩點間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是( ).
A. Ua
B.Ua
C.Ua=Ub
D.Ub
答案B
本文就一道路端電壓問題,分析了學生易出現的錯誤,并從一段含源電路歐姆定律進一步分析了產生錯誤的原因.從正反兩面的分析過程、補充知識點的講解再加上鞏固練習,因此夯實了學生的相關知識,分析與解決問題的能力都得到相應的提高.
如圖1所示,取小車和砝碼(包括砝碼盤)組成的系統為研究對象,由牛頓第二定律得 a=mgM+m=mg1M+m=
F1M+m(前提條件:平衡了小車的摩擦力)
物理是一門以實驗為基礎的學科,物理實驗也一直是高
考考查的重要內容,由于電學實驗具備開放性、設計性、探究
性、靈活性和思想性等多個維度的考查功能,所以電學實驗
是高考實驗考查的“寵兒”,然而不少學生最害怕的、失分最
多的就是電學實驗,怎樣更好地復習電學實驗,讓學生不再
懼怕甚至拿高分是一個值得思考與研究的問題。
2 電學實驗復習的策略的幾點思考
2.1 依綱扣本,研究真題,提高復習的針對性
筆者認為要更好地復習電學實驗,首先必須研讀高考考
試說明,并緊扣教材內容,以準確把握復習范圍,研究近幾年
江蘇省和其他新課標地區的高考真題,挖掘其中考查的內涵
以及信息,并進行橫向、縱向的對比、分析、總結,這樣在復習
中才能做到重點、難點了然于胸,才能避免無原則地拓展、延
伸,尤其是對教輔資料的內容進行合理取舍,從而達到有的
放矢地進行復習的目標。
比如,研讀江蘇省2012年高考考綱,其中“電阻的串聯
與并聯”考點是工級要求,那么在具體實驗題中,所使用的
電壓表、電流表改裝問題不宜深挖;涉及電表最小分度是“2”
或“5”的讀數問題較為復雜,通過研讀高考試題,不難發現高
考對此讀數要求不高,所以教學時宜粗不宜細。
2.2 掌握電學實驗的基礎知識和基本技能,保證雙基落實
實驗題的基礎知識和基本技能主要是指能明確實驗目
的,能理解實驗原理和實驗方法,能控制實驗條件,會使用儀
器,會觀察、分析實驗現象,會記錄處理實驗數據,并得出實
驗結論,近幾年的高考電學實驗題,有很多考查學生的基礎
知識、基本技能,不少試題源于教材,是教材實驗的組合與改
裝,如2010年江蘇高考題中測定電源電動勢和內阻實驗,所
以在高三復習時應確保雙基落實。
2.2.1 基本儀器的原理及使用
正確選用實驗儀器是進行實驗的前提,要想正確選用儀
器,就要對實驗儀器原理及使用非常了解,電學實驗的基本
儀器主要包括:電壓表、電流表、歐姆表等測量儀器以及滑動
變阻器、電阻箱等控制儀器,使用時要注意滑動變阻器的分
壓式與限流式接法的合理選用,要正確選擇電流表內接法、
外接法,這是實驗順利進行并得出準確的實驗結論的前提。
2.2.2
電學實驗的原理與方法
2012年江蘇高考大綱要求考查的電學實驗有:決定導體
電阻的因素、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測定電源的電動
勢和內阻、練習使用多用表等四個,其實驗原理主要是:部分
電路歐姆定律、電阻定律、閉合電路歐姆定律等,這些規律的
理解和掌握是圓滿完成實驗的保證,同時也為今后實驗的變
式、延伸提供了可能。
2.2.3 實驗數據的分析與處理
實驗操作過程是為了得出實驗數據,對數據進行分析處
理得出結論才是實驗最終的目的,這要求學生熟練運用列表
法、公式法、圖象法等方法,在處理中能發現并剔除問題數
據,從而最終得出實驗結論。
2.3
抓住電學實驗的核心,構建知識網絡
要立足基礎,重視教材,引導學生注重知識點之間的聯
系,抓住各個知識點的共性與核心,從實驗原理的角度上說,
電學實驗的核心是:歐姆定律,這在考綱上的四個電學實驗
中都能有所體現,因此電學實驗復習時要抓住歐姆定律這個
“綱”對這些實驗進行歸納總結,使看似零散的知識點形成知
識網絡,例如,如圖1所示電路圖,可能進行的實驗有哪些?
①測定定值電阻的阻值
②測電池的電動勢和內阻
③測定電阻材料的電阻率
通過歐姆定律這個核心,建立起
較為牢固的知識網絡體系,再根據學
生的實情組織教學復習,總之雖然電
學實驗形式多樣、豐富多彩,但只要提綱挈領,抓住了那個
綱,就可以綱舉目張。
2.4 重視典型例題的講解、引導,促進學生知識遷移、能力
提升
2.4.1 電學實驗例題講解,思路要“看”得見
電學實驗教學中筆者發現,一些電學實驗題難度稍大,
學生便感覺無從下手,教師的解題過程只是一個認識的過
程,解題的結果是認知的成果,而元認知是對認知過程的認
知,因此在教學中,教師應該通過出聲思維,讓學生“看見”教
師思維的過程,“看見”教師在讀到題目時頭腦中激活哪些相
關的信息,會出現哪些可能的方案,怎樣做出評價和選擇,
“看見”教師有時也會進入死胡同但有能力自己走出來,“看
見”教師有時也會犯錯誤,但在元認知監控下能夠意識到錯
誤并改正之,當然還可以在教學過程中通過學生對實驗的分
析(有正確或有錯誤)暴露學生自己的思維過程,給教師反饋
信息。
2.4.2 引導學生解決問題,方向要清晰
第一找出實驗有用的資料,明確實驗目的;第二分析儀
器在實驗中的特點(如電表的阻值)、作用(如定值電阻的用
途)及優缺點;第三實驗中存在的數據進行分析、處理;第四
對實驗進行評價,評價實驗的優缺點、存在的問題、改進的措
施等等,如此一來才能在解答試題時穩操勝券。
2.4.3 知識遷移、能力提升,技巧要掌握
例如,當電表內阻已知時,電表功能可以互換,當電流表
一、電磁學的發展歷程
人類很早就認識了磁現象和電現象,我國在戰國末期就發現了磁鐵礦吸引鐵的現象,在東漢初期就有帶電的琥珀吸引輕小物體的記載。但是,人類對電磁現象的系統研究,卻是在歐洲文藝復興之后開展起來的,到19世紀才建立了完整的電磁學理論。在電磁學發展過程中,涌現了無數科學家通過科學假說、實驗驗證、理論分析等研究過程,一步步對自然規律進行揭示。其中比較典型的有:1785年庫侖定律的發現,使電學進入了定量研究階段,真正成為一門科學;1820年奧斯特電流磁效應的發現,揭示了電流能夠產生磁場;1821年安培的分子電流假說,揭示了磁現象的電本質;1831年法拉第電磁感應定律的發現,進一步揭示了電和磁的密切聯系;19世紀60年代,英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象成果的基礎上,建立了完整的電磁場理論,并成功預言了電磁波的存在,1888年赫茲的實驗證實了麥克斯韋的電磁場理論,從而電磁學發展到了頂峰。
二、電磁學的知識結構和知識規律
1.知識結構
2.知識規律
“電場”一章是學好電磁學的基礎和關鍵,基本概念多,且抽象,如電場強度、電場線、電勢和電勢能等。教材從電荷在電場中受力和電場力做功兩個角度研究電場的基本性質,許多知識要在力學知識的基礎上學習。
“恒定電流”一章是在初中基礎上的充實、擴展和提高,重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律,電路的等效處理方法和實驗的設計是本章的重點。
“磁場”一章闡明了磁與電的統一性,用研究電場的方法進行類比,可較好地解決磁場和磁感強度的概念。由安培力導出洛侖茲力,由洛侖茲力導出帶電粒子在勻強磁場中的運動規律等,因此,分析推理是本章的特點。
“電磁感應”一章的重要物理規律是法拉第電磁感應定律和愣次定理,這部分知識中,能量守恒定律是將各知識點串起來的主線。由于楞次定律較抽象,要通過實驗進行分析、歸納,需加強學生的抽象思維能力。
“交變電流”和“電磁波”是在電場和磁場基礎上結合電磁感應的理論和實踐。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推到電磁波,從而對物質的波動性的認識提高了一步。
三、電磁學的研究方式:“場”和“路”
電荷周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著,運動電荷的周圍除了電場還存在磁場,磁體的周圍也存在磁場。現在的科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明了電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形式,是物質相互作用的特殊方式,也是電磁運動的實質。教材中以場為主線,主要有電場、磁場和電磁場。電場強度和電勢是描述電場性質的兩個重要物理量。磁感強度是描述磁場性質的重要物理量。電磁感應規律是反映電場和磁場間密切聯系的一種物理現象。麥克斯韋從理論上指出了變化的電場和磁場總是相互聯系的,一個不可分割的統一體,這就是電磁場。庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律為建立麥克斯韋理論,提供了基礎和實驗規律。
電路知識具有廣泛的實用價值,以路為主線,主要有直流電路、交流電路(包括振蕩電路)。歐姆定律是從實驗中總結出來的一條重要規律,是解決電路問題的重要依據。要會分析電路的連接方式(串聯或并聯)及等效處理方法,電功和電功率的計算,不僅能解決直流電路問題,還可以解決交流電路的問題。
四、電磁學問題的解決途徑:“力”和“能”
【關鍵詞】課堂教學優勢;課堂教學資源;課堂教學管理;課堂教學評價;創新教學
“創新是不斷進步的靈魂”。在新技術革命的嚴峻挑戰面前,教育要創新機制,教師要創新教學。而如何將創新精神貫徹落實到日常教學實踐中去,增強素質教育的可操作性,發揮課堂教學的資源優勢,提高教育教學質量,結合《電工基礎》教學,我認為可以從以下兩個方面入手。
1.從整體上全面把握教材,教會學生輕松學習
《電工基礎》是職業中等專業學校許多專業必修的一門專業基礎課。《電工基礎》的主要內容是分析直流電路、磁與電磁、正弦交流電路、三相正弦交流電路、非正弦周期電路等。由于電路和現象種類繁多,結構各異,解題方法也各不相同,教師應該結合專業要求、企業需要和學生實際整合教學內容,教會學生輕松學習。我總結了四個方面的知識包。
1.1 掌握電路的兩個定律及三個元件的電壓電流關系。
電路的兩個定律是指歐姆定律和基爾霍夫定律,三個定律是指電阻元件、電容元件和電感元件。兩個定律和三個元件的電壓電流關系是分析計算各種電路的基本依據,所以要熟練掌握歐姆定律、基爾霍夫定律以及電阻、電容、電感這三個元件的電壓電流定律。掌握歐姆定律,不僅要掌握部分電路的,還要掌握全電路的。掌握基爾霍夫定律,不僅要掌握電壓定律,還要掌握電流定律。在正弦交流電路中,要注意掌握電阻、電感、電容這三個元件的電壓電流相量之間、有效值之間、相位之間的關系。
1.2 掌握磁與電磁的兩手定則及三個定律。
磁與電磁的兩手定則,是指左手定則和右手定則,三個定律是指磁路歐姆定律、楞次定律和電磁感應定律。兩手定則及三個定律是學習電磁學的基礎,也是學習交流電路的基本條件,所以必須掌握運用左手定則、右手定則、磁路的歐姆定律、楞次定律和電磁感應定律。明確左手定則是判斷通電導體在磁場中受力方向的依據,右手定則是判斷導體產生感應電流方向的依據,磁路歐姆定律是定性分析磁路的依據,楞次定律是判斷線圈產生感應電流方向的依據,電磁感應定律是確定感應電動勢大小的依據。
1.3 掌握分析線性電阻電路的三大類方法。
由線性電阻、獨立電源組成的電路叫線性電阻電路。分析線性電阻電路有三大類方法:等效變換法、網絡方程法、網絡定理法,這三大類方法同樣適用于正弦交流電路、三相正弦交流電路、非正弦周期電路。所以,掌握分析線性電阻電路的三大類方法是至關重要的。
等效變換法就是利用等效網絡的互換,將電路簡化來分析計算。要重點掌握電流源和電壓源的定義、串聯和并聯的概念以及等效條件。在解題時要正確畫出等效電路圖,可先把電路中尚未進行等效變換的部分按照原樣畫出,再找出等效網絡所接的端紐,然后在端紐間換上等效網絡,進行分析計算。
網絡方程法就是選擇一些未知量為未知數,列出方程組進行求解,它包括節點法、網孔法和支路法。要重點掌握它們分別以什么為未知數,需要列幾個方程,怎樣列方程,列出的方程有何規律可循。
網絡定理法就是應用疊加定理和戴維寧定理來解題。用疊加定理分析線性電阻電路時,首先要畫出每一獨立電源單獨作用下的電路圖,然后求出每一獨立電源單獨作用下的結果,最后疊加。用戴維寧定理解題時,首先將電路分為待求支路和有源二端網絡兩部分,然后求出有源二端網絡的開路電壓和等效電阻,畫出等效電路,最后根據等效電路求解。
1.4 掌握各種類型電路的定義,選用正確的解題方法。
《電工基礎》分析的電路有直流電路、正弦交流電路、三相正弦交流電路、非正弦周期電路。
直流電路是電流和電壓的大小和方向都不隨時間變化的電路,它分為簡單直流電路和復雜直流電路兩種。簡單直流電路用歐姆定律和電阻串聯、并聯、混聯的知識來進行分析計算。復雜直流電路用基爾霍夫定律和等效變換法、網絡方程法和網絡定理法來計算。正弦交流電路是電流和電壓的大小和方向都隨時間接正弦規律變化的電路。分析和計算正弦交流電路,主要是確定電阻、電容、電感電路中電壓與電流之間的數值關系、相位關系及功率。三相正弦交流電路是由三相電源供電的正弦交流電路。要掌握線電壓和相電壓的關系,線電流和相電流的關系,特別是負載作星形聯結和三角形聯結時電壓和電流的關系。非正弦周期電路是電流和電壓的大小和方向隨時間不按正弦規律做周期性變化的電路。分析非正弦周期電路,要應用正弦交流電路的基本定律,把非正弦周期電路轉化為正弦交流電路和線性電阻電路來分析計算。
2.從層次上進行教學創新,努力提高教學效果
《電工基礎》是一門實踐性較強的專業技術基礎課程,它的目的和任務是使學生獲得電工技術方面的基本理論,基本知識和基本功技能,為學習后續課程以及今后的工作打下必要的基礎。如何使學生獲得這些理論、知識和技能,培養他的分析能力、運算能力和創新能力,我認為應從以下四個層次進行教學創新。
2.1 進行教學方法創新,以思維訓練為主線,引導學生在主體活動中發展創新個性。
教師是創新教育的操作者,必須樹立教學就是引導學生學會學習、提高自主探索學習能力的教學觀念,注重開發學生的智力因素與非智力因素,促進學生素質的持續協調全面發展。在《電工基礎》教學實踐中,我體會到教師在作教學設計時,對教學內容安排既要源于教材,又要不囿于教材,強化教學內容的可研究性,注重充實教學內容的信息量,增強教學內容與實際生活的聯系,豐富學生的直觀感受。要改變現有教材中對知識點的陳述性排列結構為小課題探索研究性矩陣結構,強化知識點的建立過程教學,將平鋪直敘、權威定論式描述方法改變為論證求解、層層剝筍、曲徑通幽、引人入勝的問題研討方法。把教學的著重點放在啟發、引導學生尋找發現問題并加以探究解決問題的思路、方法上來,變學生被動接受教材權威論斷性知識點的繼承性學習為學生主動探索、發現現象、總結規律的開拓性學習。
如我在設計“電磁感應現象”定性研究磁場產生電流的教案時,積極引導學生進行發散思維,充分發揮空間想象力并通過猜想提出自己的觀點,創新設計導體運動、磁場不動的實驗和磁場運動、導體不動的實驗,獨自進行驗證并評價觀點。把操作研究和理論研究結合起來,自主探索發現變化的磁場產生感應電流的規律,讓學生分享創新發現的成功樂趣,培養了學生的創新意識和創新精神。
在“感應電流的方向”這一節課的教學設計中,我沒有直接給學生介紹陳述性的知識答案,而是努力創設“望梅止渴”的情境教學,把“梅子”(知識點)打扮得引人注目一些,激發學生的學習心理需求,吸引學生主動進入教學環境,啟發引導學生在列舉磁鐵插入線圈或拔出線圈時會遇到幾種情況,分析比較各種情況下產生的感應電流方向的異同,從而加深對所學理論的理解。
2.2 進行教學手段創新,將多媒體計算機引進課堂,提高學生的學習興趣和創新認識。
教學手段是多種多樣的,原有的教學手段諸如掛圖、幻燈片、錄像帶等曾經在課堂教學中發揮了重大的作用。現在隨著計算機的普及,我把多媒體技術引進課堂,更便于創設情景,促進學生的認識活動。由于它能夠實現文字、圖像、聲音、動畫的結合,使原來抽象、乏味的知識變得形象、生動起來,從而引導學生運用創造性思維和想象力去理解事物的本來面貌,培養其創新認識,特別在認知微觀世界方面,它能發揮非常巨大的作用,激發學生的求知欲望和學習興趣。
比如在“電動勢,閉合電路歐姆定律”這一節教學中,電動勢的形成是學生最難接受的知識點。僅僅依靠教師的口頭敘述和傳統掛圖,學生普遍感到難以理解。非靜電力移動正電荷這一難點,通過一個程序控制正電荷在電源兩極間移動的速度和數目,運用電路動畫的手段,逼真地模仿出電源兩極建立電場的全過程。正電荷運動的立體動畫,形象生動地展現在學生面前,加深了學生對微觀世界的創新認識和真實理解。
通過多媒體教學,化解了教學難點。既節省了板書和畫圖時間,又使得抽象的概念具體化,微觀的物質宏觀化,靜態的效果動態化,平面的圖形立體化,從而激發了學生的學習興趣,培養了學生的創新認識,提高了課堂的教學質量。
2.3 進行教學管理創新,滿足學生個性化的學習需求,引導學生在自主活動中激活創新思維。
在《電工基礎》教學中,我充分調動學生在學習中的主體作用。不僅在教學過程中穿插企業對職專生的要求和當前就業形勢的分析,讓學生重分認識到隨著就業形勢的嚴峻,社會對職業的挑戰將更加復雜多變,職專生要有關注自身未來前途命運發展的危機感,從而增強進取意識和開拓精神;教育學生要胸懷愛國之志,增強勤奮學習,努力成才的緊迫感。并且列舉本校優秀畢業生的自主成才的具體事例,從而激勵學生增強創業成才的自信心。
我在課堂上保證學生有 10分鐘左右的自主探索學習時間,做到啟發引導學生在活動中自主學習,在師生、生生互動交流中相互學習,與課本中的教學內容建立直接的聯系,從思維辨別中感悟學習。以思維訓練為目的,采用分組合作學習,讓學生能夠通過多種學習方式激活自己的創新思維。積極鼓勵學生大膽暴露自己的思維過程,及時對學生的創新觀點及合理想法進行評價。允許學生采取逆向學習法,從質疑中學習,從體驗中學習,從論辯中學習。
通過上述方式組織課堂教學,平時言談上唯唯諾諾、精神上恍恍惚惚、思想上閉門造車的學生少了,教師與學生間的相互信任增加了,課堂氣氛活躍了,教學效率提高了。
2.4 進行教學評價創新,重視學習過程評價與非智力因素的評價,走出單一以分數評價的誤區,用發展的眼光多角度評價學生。
更新傳統的以掌握知識量的多少及考試成績作為唯一的學生學習質量好差的絕對靜態評價標準,代之以學生的學習態度、進取精神、課堂協作、學習行為表現、自主探索能力、成績上升幅度等發展過程的多角度、多層次的相對動態評價標準。力求全面地、客觀地、科學地評價學生的學習。
我在《電工基礎》課教學中,以課堂教學在多大程度上給學生提供了個發展和思維能力發展為評估依據,發揮評價的正確導向作用。在做學科成績評價時,將課堂上學生主動參與協作學習時的行為表現、自主探索的學習習慣、是否積極完成作業等作出定性評價,按照 20-30 %的比例納入考試總成績,作為平時學生學習行為表現成績分數,以解除一部分學習基礎較差的學生在心理上的后顧之憂,改變原來的“辛勤耕耘者未必有好收獲”為“辛勤耕耘者一定有好回報”。讓理論基礎較差、學習態度端正的學生獲得一定的發展潛力分或教師的心理期待發展分,從而保護一部分學生的學習上進心,通過優化學生的非智力因素促進學生智力因素的發展。
“教學有法,教無定法”,時代呼喚創新人才,教育擔負著培養創新人才的重任,在《電工基礎》課教學中我努力給學生營造一個平等、民主、活潑的學習氛圍,用自己的語言教會學生輕松學習,取得了較好的教學效果。
參考文獻
關鍵詞:高中;電磁感應;常規題型;歸類解析
物理知識與文學類知識存在本質區別,在解決物理問題時需要學生具備一定的抽象思維能力與分析能力。電磁感應是物理學科的難點,也是歷年高考的重點,那么要想在高考中輕松應對這些題目,要了解電磁感應的常規題型及該題所要考查電磁感應的知識點,以此找出問題的突破點。
一、高中電磁感應的常規題型概述
電磁感應內容可以是每年高考物理學科必考的重點內容,就這幾年的物理命題而言,從命題方向上來看,重點對學生感應電流方向判定、法拉第電磁感應定律、導體切割磁感線時電動勢的相關計算、楞次定律等物理知識進行考查,從高考命題形式上來看,既有單獨對一項物理知識點的考查,同時也有物理綜合知識考查的計算題,并且一般都是物理綜合命題的分值比較高,具有一定的難度。高考物理例題中常見的綜合物理題型有電磁感應與力學綜合規律的綜合、電磁感應與電路規律的綜合、電磁感應與能量守恒的綜合等等。
二、高中電磁感應常規題型的歸類解析
1.電磁感應與力學規律的綜合題型解析
電磁感應與力學規律綜合應用是歷年來高考物理學科重點考查的知識點,那么解決這類問題的重點在于對物體運動的狀態進行分析,在分析過紅才呢過中尋找其臨界狀態,比如說速度變化、加速度變化、感應動勢變化、導體受力運動變化、安培力變化及電動勢變化等等,這些因素的變化有著密不可分的關系,相互影響。以下是筆者通過一道高考例題對電磁感應與力學規律的綜合應用解析。
例如:AB與CD是兩根固定的、足夠長的平行金屬導軌,兩金屬導軌之間距離為L,水平面與金屬導軌平面的夾角用θ表示。整個金屬導軌平面內部都有與金屬導軌平面斜上方垂直的均強磁場,該磁場的磁感應強度為B,在金屬導軌的AC端點連接一個電阻,電阻值為R,同時還要連接一個垂直于金屬導軌放置的、質量為m的金屬棒ab,從靜止狀態開始沿著金屬導軌進行下滑,求解在該運動過程中金屬棒ab的最大速度(金屬導軌之間的動摩擦因數用μ表示,金屬導軌與金屬棒之間的電阻大小可以忽略不計)。
解析:金屬棒ab在沿金屬導軌下滑時會受到四個作用力、分別是摩擦力Ff、支持力FN、重力mg與安培力F安,若金屬棒ab由靜止狀態開始進行下滑后,那么這個過程屬于變加速過程,當金屬棒ab下滑期間其加速度降低到a=0時,其本身的速度就會增大到v=vm。此時金屬棒ab與金屬導軌處于平衡狀態,以后金屬棒ab再下滑將按照vm勻速下滑。按照E=BLv、I=E/R、F安=BIL等公式的計算要求對金屬棒ab所受的力進行正交分解,FN=mgcosθ,Ff=μmgcosθ,根據E=BLv、I=E/R、F安=BIL可得,將金屬棒ab作為研究對象,再依照牛頓第二定律應為:mgsinθ-μmgcosθ=ma,金屬棒ab在做加速運動時,此時減小的是變加速運動,那么當a=0時金屬棒ab的運行速度處于最大值,金屬棒ab達到vm時有mgsinθ-μmgcosθ=0,根據此式計算出金屬棒ab在運動時的最大速度。
在求解這類題型時應在金屬棒受力分析基礎之上,根據牛頓定律,并結合電磁感應定律、安培力公式及歐姆定律等相關知識點,從而建立起金屬棒的運動狀況及受力狀況,理清金屬棒的運動變化與電磁感應規律之間的關系,這樣會使整個解題思路更加清晰,找到求解這類題型的突破口。
2.電磁感應與電路規律的綜合題型解析
電源內部電流一般都是由負極流向正極,而電源外部則是由高電勢向低電勢的方向流動,因此在求解電磁感應與電路規律綜合物理題時要明確等效電路相關內容,清楚的指出電源、內電路及外電路,在求解電磁感應電動勢過程中需要對 等相關內容,那么要解決此類物理問題,對于電源外路應根據其結構對其內部各元件的連接狀況進行分析,并畫好等效電路圖,這主要是利用閉合電路歐姆定律對其進行求解,當然在電磁感應與電路規律綜合物理題型求解中,還需要結合題目全面考慮該題材所要考查的知識點,綜合考慮電功率及電功等能量關系式,并對閉合電路的實際運行狀況進行分析。電磁感應與電路規律綜合考查是高考物理題型的重要形式,在求解過程中首先要清楚感應電動勢大小,其次要明確內外電路,畫出等效電路圖能夠明確解題思路,快速解出試題。
3.電磁感應與能量守恒的綜合題型解析
電磁感應與能量守恒綜合題型也是歷年高考物理科目考查的重點,一般高考例題主要是對能量轉化問題進行考查,利用導體切割運動及磁通量的變化等形式所產生的能量轉化為電能;電流在流動過程中在利用電場力做功也可將電能轉化為物體學中其他形式的能量,這就是電磁感應與能量守恒綜合題型考查,它詮釋了電磁感應與能量守恒之間的關系及相互轉換過程。比如在能量轉換去向分析中,可以通過導體棒切割磁感線運動對其進行分析,按照其做功及能量變化狀況作為依據點,將整個運動過程與理論結合在一起進行詳細的分析求解。
三、總結
電磁感應知識內容牽涉面較為廣泛,與力學規律、電路規律及能量守恒等知識也緊密相連,當然高考中的電磁感應相關知識點還有很多,但是其在求解中存在一定的共性。一般情況下,在電磁感應相關問題求解中,需要明確掌握兩個定律,抓住電磁感應相關運動中研究對象的受力及能量轉化狀況,從而對電磁感應相關問題進行靈活求解。
參考文獻:
[1]肖斌.高中物理電磁惑應常規題型酌解析[J].新課程,2010,9(28):19-20.