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      如何學好高中物理的電磁學內容;

      2019-02-21 16:14

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      提起高中的物理來,絕大部分的高中學生都感覺難,表示大學專業再也不要選物理了。有的同學說,高中物理課上分明就是物理老師和學霸在秀恩愛;也有的 同學說,物理課上我與我的靈魂時不時就來一場說走就走的旅行;更有的同學說,當年就因為低頭撿了個筆帽,再抬頭就跟不上老師的節奏了。而高中物理之難尤以 電磁學內容為最。

        高中物理的確是比其它科目要難一些,但它也絕不像大家描述的那樣難。它的難是因為:一、綜合性大。一個力學綜合題的解決幾乎要用到大部分力學知識和方 法,一個電磁學綜合題的解決幾乎要用到絕大部分力學和電磁學的知識和方法,好多同學往往會顧此失彼;二、邏輯思維強。物理問題的分析和解決,一環套一環, 步步為營。有些同學的邏輯思維可能天生就要弱一些,在面對物理問題時的推理能力就差一些。

        高中物理無論是多難,大家都得學好它。因為現在的高考,物理是理綜的半壁江山,得物理者得理綜,得理綜者得高考。新課改的高考,也對物理學科提出了明 確的要求,80%多的高校設限專業要求物理。也就是說,不選物理你將與一些好大學好專業無緣。之所以如此是因為物理學科在國家的科技建設中起著舉足輕重的 作用。

        既然高中物理這么重要,電磁學內容在同學們眼中又難于上青天,那么接下來彭老師就給你搭建上天梯。要學好高中物理的電磁學內容,彭老師覺得應從以下幾方面著手。

        一、基本的儲備知識。

        1、最基本的動力學儲備知識、規律和方法;

        高中物理的電磁學內容,實質上就是一個動力學問題,起點是電磁,落點在力學,正所謂,電磁搭臺,力學唱戲。電磁學問題的解決,雖說不能用到所有的力學知識,但力學中一些最基本的知識、規律和方法還是要熟練掌握的,否則你很難學好電磁學內容。

        最基本的動力學儲備知識、規律和方法:勻變速直線運動的規律,重力彈力摩擦力大小和方向的確定,力的合成與分解及其動態矢量三角形、正交分解法,共點 力的平衡條件,牛頓第二定律的基本應用,連接體問題的受力分析方法:整體法和隔離法,曲線運動的條件及其處理方法:運動的合成與分解,平拋運動的規律,圓 周運動的描述物理量及其關系式,豎直面內的繩模型和桿模型,功的大小計算、正負功判定,平均功率和瞬時功率的計算,重力勢能、動能和彈性勢能大小的計算, 動能定理的熟練應用,機械能守恒定律的條件和應用,常見的幾個功能關系,動量和沖量的概念及其計算,動量定理的應用,動量守恒定律的條件和熟練應用等。

        2、嫻熟的動力學三大解題思路;

        在解決一個動力學綜合問題時,我們有三大解題思路:①動力學的觀點:運動學規律+牛頓運動定律;②功能觀點:動能定理+機械能守恒定律或能量守恒定 律;③動量觀點:動量定理+動量守恒定律。在解決一個電磁學綜合問題時,我們的解題原則和方法同樣是這三大思路和方法。這三方面的內容是我們力學內容的重 點和核心,不但要學得好,而且要學得好。如果你這三面沒學好,請你在課后狠下功夫。

        3、基本的數學儲備知識。

        有人說,數學物理不分家,這話不假。一個物理問題的解決,必然離不開數學這個工具。但高中物理問題的解決,用到的高中數學知識還是有限的,也是最基本的一些。下面我說到的一些數學知識是大家必須要掌握好的。

        基本的高中數學儲備知識:基本的初等函數(正比例函數、反比例函數、一次函數、二次函數、三角函數、指數函數、冪函數)的性質、標準解析式和圖像,導 數的概念、幾何意義和簡單運算,微積分的概念和簡單運算,常用的三角函數定義、誘導公式、和差化積公式、積化和差公式、二倍角公式,正弦定理、余弦定理, 等差數列和等比數列的通項公式和求和公式,圓的面積、球的表面積和體積計算,長方體、正方體、柱體的體積計算,一些求極值的方法:二次函數方法、輔助角公 式法、求導方法、均值不等式方法(兩個實數的情況必須掌握,三個實數的情況最好也掌握)。此外,解方程、解不等式的功夫要絕對地好,要不一個大綜合題10 幾個方程擺到你面前,你會無從下手。

        二、五大章電磁學內容具體指導

        高中物理的電磁學內容主要由五章組成:靜電場、恒定電流、磁場、電磁感應、交變電流。每一章內容在學習時,方法也不盡相同,下面針對每一章我給一些具體的學習原則和建議。

        1、靜電場:這一章主要內容是靜電場兩方面的性質——力的性質和能的性質,還有帶電粒子在靜電場(非勻強和勻強 兩種情況)中的運動。學好這一章的關鍵,是對描述靜電場力和能的性質幾個抽象物理量的理解:場強、電場力、電場力做功、電勢能、電場力做功和電勢能變化的 關系、電勢、電勢差、場強與電勢差的關系。要準確理解這幾個抽象的物理量,最有效的方法就是類比,將靜電場和熟悉的重力場去類比。這幾個概念分別對應于重 力場中的:重力場強度(即重力加速度)、重力、重力做功、重力勢能、重力做功與重力勢能變化的關系、高度、高度差、重力加速度與高度差的關系。如果這幾個 物理量理解上沒問題了,那么在解決帶電粒子在靜電場中運動的問題時,就按照我們之前的力學思維處理就好了。只要你的力學基礎扎實沒問題,那么靜電場的這部 分也沒問題的。

        2、恒定電流:這一章主要講了三方面的內容:基本概念、基本規律和電學實驗?;靖拍钸@一塊兒主要有:電流強 度、電動勢、電阻、電功、電功率、電熱等。這幾個概念重點是把握好電流強度和電動勢,特別是電動勢,它是本章比較重要也是最不好理解的一個物理量,注意電 阻率的微觀原理,其它幾個都是初中物理接觸過的,不足為慮?;疽幝捎胁糠蛛娐窔W姆定律、閉合電路歐姆定律、串并聯電路的特點、電阻定律、焦耳定律等。重 難點是閉合電路歐姆定律,還有電阻熱功率的微觀解釋,其它的一般都沒什么問題。實驗這一塊兒,是恒定電流這一章的重點,它的重要性要遠遠高于前兩部分內 容。電學實驗的重點是:描繪小燈泡的伏安特性曲線、測金屬導體的電阻率、電表的改裝、測電源的電動勢和內阻、多用電表的使用這幾個實驗。其中,伏安法測電 阻中的內外接和滑動變阻器的限流分壓接法是最基本的實驗基礎知識,必須熟練掌握。關于電學實驗的掌握應從下面幾方面著手:實驗原理、器材、步驟、數據處 理、誤差分析、注意事項、儀表選擇和讀數、電路圖的連接、實驗的設計與創新。其中,圖像法處理實驗數據、誤差分析、實驗的設計與創新是難點,儀表的讀數和 電路圖的連接是大多數同學易錯的。

        3、磁場:經過了前面靜電場的學習,磁場就好多了,最起碼在重要物理量的理解上不會有什么太大的問題。而且磁場 這一章初中也接觸了一些皮毛,所以大多數同學在學習起來感覺會好于靜電場那一章。在學習這一章時,我們同樣可以采用類比的方法,將磁場和靜電場的某些知識 去做對比。磁場和靜電場都是場,既有相同的地方,也有不同的地方,通過比較,就會對之前靜電場知識的理解更深入一步,同時也會更好地學習磁場的內容。比 如,將磁感應強度和電場強度類比、將磁感線和電場線類比、將磁場力(安培力和洛倫茲力)和電場力來類比。這一章的重點是磁場對電流的作用——安培力、磁場 對帶電粒子的作用——洛倫茲力、組合場和復合場問題。其中,安培力在這一章不是太重要,相應的問題也較簡單,重點是帶電粒子在有界勻強磁場、組合場、復合 場中的運動,同時它們也是本章的難點。要想學好它們,不光要有扎實的物理知識,還要有熟練的幾何知識。只要你能將帶電粒子的運動軌跡準確地畫出來,那這個 問題就解決了大半,因此,請將你的圓規和尺子放在手邊,盡量把圖畫準確,尤其是剛開始學這部分內容、空間想象能力不好的同學。圖畫準確了,一些關鍵性的幾 何關系就很容易發現。剩下的就是之前的動力學解題套路和方法了。如果你在解決這類綜合問題時,苦于帶電粒子復雜的運動軌跡的找尋,請你參看彭老師所寫的 《動量定理在磁場洛倫茲力綜合題中的妙用》文章,那會讓你山重水復疑無路,柳暗花明又一村。

        4、電磁感應:上一章磁場是電生磁,本章電磁感應是磁生電,同時它也是前面三章內容的綜合,所以,它的難度也較 前面幾章要大一些。只有在前面幾章內容學好的前提下才能學好本章內容。本章的重點內容有:磁生電的條件、感應電流方向的兩種判定方法——右手定則和楞次定 律、法拉第電磁感應定律、動生電動勢和感生電動勢本質、電磁感應中的圖像問題、單雙導體棒模型、導線框問題。重難點是楞次定律和法拉第電磁定律的綜合應 用、圖像問題、單雙導體棒問題、導線框問題。楞次定律的準確理解在于定律中“阻礙”的理解:誰阻礙誰?阻礙什么?怎樣阻礙?阻礙的結果怎樣?它的幾個重要 推論:增反減同、增縮減擴、來拒去留,在解題時很是簡捷,應充分理解和熟練應用。法拉第電磁感應定律是用來計算感應電動勢大小的工具,在具體計算時應區分 是動生電動勢還是感生電動勢,它們應用的公式不同。圖像問題、單雙導體棒問題、導線框問題是電磁感應知識的具體應用。解決這些問題時,注意在用楞次定律或 者右手定則判定感應電流方向、法拉第電磁感應定律確定感應電動勢大小的基礎上,有機結合動力學中的三大解題思路和方法,幾方面通力合作,才能搞定這些綜合 問題。

        5、交變電流:本章是上一章電磁感應內容的應用,類似于我們力學中萬有引力與航天是圓周運動內容在天體中的應用 一樣。所以,只要你上一章電磁感應內容沒問題,那么這一章就肯定沒問題。這一章的重點內容有:交表電流的產生、四值(最大值、瞬時值、平均值、有效值)的 計算、理想變壓器、遠距離輸電、交變電流對電阻電容電感的影響。而且這一章也是高考的非重點,一般以選擇題的形式考查出題,平時的同步學習考得會多一點 兒、細一點兒。

        三、電磁學內容學習高級晉升必備的幾個物理思想和能力

        高中物理要想學得出乎其類拔乎其萃,也就是考試接近于滿分,大家眼中艷羨的學霸,以下的幾種物理思想方法和相應的能力必不可少。而且新高考的選拔愈來愈注重考生的能力和素質,其命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查。

        1、運動的合成與分解的思想。

        運動的合成與分解的思想和方法是處理一個復雜的運動,特別是曲線運動時經常采用的方法。將復雜的、陌生的運動分解成兩個我們學過的簡單、特殊運動,這 樣便于問題的研究和解決。比如,平拋運動分解為水平方向上的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動、小船過河問題分解成為船在靜水中的運動和船不動水流的 運動、牽連速度問題分解成為沿繩(桿)方向的運動和垂直于繩(桿)方向的運動,擺線運動分解成為勻速直線運動和勻速圓周運動,等等。在合成與分解中,平行 四邊形定則或者三角形定則扮演者重要的角色。合久必分,分久必合,在分分合合中,問題便得到了解決。

        2、等效替代的思想。

        等效替代法是研究物理問題常用一種方法,它是在保證某種效果(特性和關系)相同的前提下,將實際的、陌生的、復雜的物理問題和物理過程用等效的、簡單 的、易于研究的物理問題和物理過程代替來研究和處理的方法。掌握等效替代法及應用,體會物理等效思想的內涵,有助于提高考生的科學素養,初步形成科學的世 界觀和方法論,為終身的學習、研究和發展奠定基礎。

        高中物理中比較典型的等效替代思想內容有:質點、重心、理想氣體、點電荷、平均速度(加速度、力等)、發電機模型、電動機模型、在處理復合場問題時的 等效重力場、在分析復雜的電路問題時的等效電路圖、等效電源電動勢和等效電源內阻、電學實驗中的等效替代法測電阻,上面提到的運動的合成與分解實際上也是 一種等效的方法。

        3、宏觀微觀結合的思想;

        高中物理是研究物質的運動規律和基本結構的自然學科。在學習中,我們不僅要關注物體的宏觀現象,更重要的還要看隱藏在宏觀現象背后的微觀本質,只有宏 觀表現和微觀解釋結合在一起,才能更全面、更準確地反映物體的規律和本質。在平時的練習中和高考中也很注重這方面內容的考查。高中這方面的內容很多,比較 典型的有:電流的微觀本質、安培力和洛倫茲力的關系、感生電動勢和動生電動勢的本質、電阻率的微觀解釋、電阻熱功率的微觀解釋、氣體壓強的微觀解釋、光電 轉化裝置工作的相關計算,等等。

        4、微分求和的思想;

        我們知道,高中物理在研究物體的運動時,多是特殊的運動,比如勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、勻速圓周運動等,對于這些特殊的運動,呈現出 一定的規律,我們有相應的基本規律和公式來解決。但是,還有一些運動,比如一般的變速直線運動、一般的曲線運動,對于這樣的運動,一般的規律便無能為力, 微積分便能應付自如。微積分最重要的思想就是“微元”與“無限逼近”,好比一個事物始終在變化,你就很難研究,但通過微元分割成一小塊一小塊,那就可以認 為是常量處理,最終加起來就行。在微分中,任何曲線運動都可以看成是直線運動,任何變速運動都可以看成是勻速運動。微積分學是微分