模型法在电磁学解题中的应用
摘要:习题教学在教学中占有重要地位,模型法在物理解题中起到了重要作用。文章首先总结了通电直导线间相互作用力的模型;其次研究了“磁铁转换成导线”的方法;最后通过对典型习题的解析,使学生认识到不仅要掌握基础知识,而且要学会总结解题方法。教师不仅要教会解题,还要让学生知道为什么这样解题。
关键词:模型法;习题教学;转换;导线
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2014)06-0092-02
物理解题是教学的重要环节,也是学生学习的一个重要目标。模型法在解题中起到重要的作用,关键在于如何让学生理解、转化用以解决实际问题,促使学生积极、主动地归纳解题方法,变“被动”为“主动”。本文试图通过对通电导线间、通电导线和磁铁间的相互作用模型的分析,提出对通电导线间作用力知识的记忆方法,利用模型法解决通电直导线间和导线与磁铁间相互作用力的问题。将题目转化为熟悉的模型,缩短思考时间,提高学生研究物理解题方法的兴趣,为习题教学提供一定的研究方法。
一、模型法
1.模型法在习题教学中的途径和方法。学生学习物理的过程中经常感觉知识点都清楚、教师的讲解也听得懂,但独自解题就没有思路,形成“懂而不会”的状态。其实很多题目都是由某种模型变换而来,教师应利用科学方法对题型进行归类分析,引导学生独自分析、演算,让他们通过自身感受明白归类的原因,学生便容易将所学知识应用到实际题目中。
下面通过模型和例题来介绍教师在习题教学中的方法,平行通电导线模型和相互垂直导线模型在教材、参考书中已有分析。
2.平行通电导线模型。我们知道“同向通电直导线相互吸引,异向通电导线相互排斥”,在学习这个知识点之前,对于电荷和磁铁都是记得同种排斥,异种吸引,因此,学生容易记混淆。如图1将同向通电导线相互吸引记忆为“同性恋”,这样与生活接近,容易记住。
3.互相垂直导线模型。如图2,通电导线mn固定,通电导线ab与mn垂直且与mn相隔一段距离,导线ab可以自由转动,分析导线ab的运动情况。
分析:(参考解析)分析固定通电导线mn的磁感线的分布情况,然后用左手定则分析通电导线ab在磁场中的受力方向,导线ab沿逆时针方向转动。当导线ab转动时,导线ab与mn就有同向的成分,根据“同性恋”,导线ab在逆时针转动的同时还要向导线mn平移。
4.磁铁与导线的转换法。水平桌面上放一条形磁铁,磁铁上方磁感线沿顺时针,磁铁下方磁感线沿逆时针,如图3所示。通电直导线周围的磁感线也是环形的,因此,将条形磁铁等效成上下两条直导线,如图4所示。如图5、6所示蹄形磁铁也可以等效成通电导线。
利用磁场的相似,将磁铁转化为导线,便可以利用通电直导线平行和垂直间的相互作用力(简记为“同性恋”)来分析磁铁与导线间的作用力。在习题教学中,教师应多给学生归纳总结模型,并教会学生如何记忆,知道适用的条件。
5.适用范围。任何模型都有一定的局限性,在习题教学中,要让学生认识到模型的使用范围,不硬套,不混用。本文介绍的模型法一般在选择题中应用,适用于解决通电导线间或者导线与磁铁间作用力的问题。
二、利用模型法解题
教师利用模型法讲解习题,容易理解,可以加强学生对知识的迁移能力。在习题教学中,教师要多拓展新的解题思路和方法,不仅限于常规解答,可以培养学生的解题兴趣。下面运用“同性恋”和“磁铁转换成导线”方法对典型题目进行分析(部分题目采用两种解法,解析一是参考解答,解析二是利用“同性恋”的模型及“磁铁转换成导线”的方法)。
1.“同性恋”的例题分析。
【例1】(2008宁夏理综,14,6分) 在等边三角形的三个顶点a、b、c处,各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图7所示。过c点的导线所受安培力的方向( )
A. 与ab边平行,竖直向上
B. 与ab边平行,竖直向下
C. 与ab边垂直,指向左边
D. 与ab边垂直,指向右边
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