模型法在电磁学解题中的应用(2)
解析:根据“同性恋”,导线c受到导线a、b的吸引力,且竖直分量大小相等,方向相反,因此合力水平向左,故选C。
【例2】(2011年上海单科,13,3分)如图8所示,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a( )
A. 顺时针加速旋转
B. 顺时针减速旋转
C. 逆时针加速旋转
D. 逆时针减速旋转
解析:由于圆环b具有收缩的趋势,根据“同性恋”,圆环a和b具有同向电流,因此圆环a中的电流是顺时针的。根据楞次定律,b环产生了顺时针电流,所以a环内磁场应向里减弱或者向外增强,故选B。
在习题教学中,利用“同性恋”的模型,缩短思考时间,提高解题速度和学生的解题兴趣。使学生不再是一味解题,而更能感受到解题的快乐。
2.将“磁铁转换成导线”,再利用“同性恋”解答的例题分析。
【例3】如图9,将一条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠近S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒,图9中只画出此棒的截面图,并标出此棒中的电流是流向纸内的,在通电的一瞬间可能产生的情况是( )
A. 磁铁对桌面的压力减小
B.磁铁对桌面的压力增大
C. 磁铁受到向右的摩擦力
D. 磁铁受到向左的摩擦力
解析一(参考解答):在通电瞬间,根据左手定则,导体棒受到斜向左下的安培力,根据牛顿第三定律,磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上,磁铁对桌面的压力减小,磁铁受到向左的摩擦力,A、D正确。
解析二:导线在磁铁的右上方,根据图3、图4所示的转换模型,将条形磁铁转换成垂直纸面向里的通电导线,将图9转化成图10所示的导线,根据“同性恋”的模型,桌面上的导线受到右上方的吸引力,所以桌面对导线的支持力减小,摩擦力向左。
【例4】如图11所示,把一重力不计的直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)( )
A. 顺时针方向转动,同时下降
B. 顺时针方向转动,同时上升
C. 逆时针方向转动,同时下降
D. 逆时针方向转动,同时上升
解析一(参考解答):电流元法:把直线电流等效为AO′、O′O、OB三段(O′O段极短)电流元,O′O段电流方向与该处磁场方向相反,不受安培力作用;依据左手定则,AO′段所受安培力方向垂直于纸面向外;OB段所受安培力方向垂直纸面向里。综上可知,导线将顺时针转动(俯视)。特殊位置法:导线转过90°的特殊位置,所受安培力方向向下,因此导线在顺时针转动同时向下运动,A正确。
解析二:将蹄形磁铁转换成垂直纸面向外的导线,如图12所示,将问题转换成相互垂直的通电导线间的作用关系,导线AB顺时针转动且同时下降。
将条形磁铁和蹄形磁铁转换成导线,再利用“同性恋”分析,缩短了试题的分析过程。通过模型在习题教学中的应用,使学生乐学物理,善学物理,可以在教学中达到事半功倍的效果。
习题教学在教学中起到重要的作用,物理解题又需要模型来支撑,因此,教师不应拘泥于习题的常规解答,多总结模型,让学生理解并应用。将“同向通电导线相互吸引”看成“同性恋”,学生容易记住;将条形磁铁和蹄形磁铁转化成导线,学生容易理解。掌握科学的解题方法可以为学生拓宽思路,达到触类旁通的效果,让学生体验以此解题的乐趣。教师在习题教学中要引导学生独自推导记忆模型,让学生明白模型的本质,培养学生探究其它模型的兴趣,为以后研究物理解题方法奠定基础。
参考文献:
[1]徐萍华.物理解题中几个思维问题的研究[D].苏州大学,2007.
[2]人民教育出版社,课程教材研发所,物理课程教材研发中心.普通高中物理实验教科物理 选修3-1[M].北京:人民教育出版社,2009:91-93.
[3]曲一线主编.5年高考3年模拟物理[M].北京:首都师范大学出版社,2009:154-155.
[4]曲一线主编.5年高考3年模拟物理[M].北京:首都师范大学出版社,2012:128-129.
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