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如何学好高中物理的电磁学内容;

2019-02-21 16:14

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提起高中的物理来,绝大部分的高中学生都感觉难,表示大学专业再也不要选物理了。有的同学说,高中物理课上分明就是物理老师和学霸在秀恩爱;也有的 同学说,物理课上我与我的灵魂时不时就来一场说走就走的旅行;更有的同学说,当年就因为低头捡了个笔帽,再抬头就跟不上老师的节奏了。而高中物理之难尤以 电磁学内容为最。

  高中物理的确是比其它科目要难一些,但它也绝不像大家描述的那样难。它的难是因为:一、综合性大。一个力学综合题的解决几乎要用到大部分力学知识和方 法,一个电磁学综合题的解决几乎要用到绝大部分力学和电磁学的知识和方法,好多同学往往会顾此失彼;二、逻辑思维强。物理问题的分析和解决,一环套一环, 步步为营。有些同学的逻辑思维可能天生就要弱一些,在面对物理问题时的推理能力就差一些。

  高中物理无论是多难,大家都得学好它。因为现在的高考,物理是理综的半壁江山,得物理者得理综,得理综者得高考。新课改的高考,也对物理学科提出了明 确的要求,80%多的高校设限专业要求物理。也就是说,不选物理你将与一些好大学好专业无缘。之所以如此是因为物理学科在国家的科技建设中起着举足轻重的 作用。

  既然高中物理这么重要,电磁学内容在同学们眼中又难于上青天,那么接下来彭老师就给你搭建上天梯。要学好高中物理的电磁学内容,彭老师觉得应从以下几方面着手。

  一、基本的储备知识。

  1、最基本的动力学储备知识、规律和方法;

  高中物理的电磁学内容,实质上就是一个动力学问题,起点是电磁,落点在力学,正所谓,电磁搭台,力学唱戏。电磁学问题的解决,虽说不能用到所有的力学知识,但力学中一些最基本的知识、规律和方法还是要熟练掌握的,否则你很难学好电磁学内容。

  最基本的动力学储备知识、规律和方法:匀变速直线运动的规律,重力弹力摩擦力大小和方向的确定,力的合成与分解及其动态矢量三角形、正交分解法,共点 力的平衡条件,牛顿第二定律的基本应用,连接体问题的受力分析方法:整体法和隔离法,曲线运动的条件及其处理方法:运动的合成与分解,平抛运动的规律,圆 周运动的描述物理量及其关系式,竖直面内的绳模型和杆模型,功的大小计算、正负功判定,平均功率和瞬时功率的计算,重力势能、动能和弹性势能大小的计算, 动能定理的熟练应用,机械能守恒定律的条件和应用,常见的几个功能关系,动量和冲量的概念及其计算,动量定理的应用,动量守恒定律的条件和熟练应用等。

  2、娴熟的动力学三大解题思路;

  在解决一个动力学综合问题时,我们有三大解题思路:①动力学的观点:运动学规律+牛顿运动定律;②功能观点:动能定理+机械能守恒定律或能量守恒定 律;③动量观点:动量定理+动量守恒定律。在解决一个电磁学综合问题时,我们的解题原则和方法同样是这三大思路和方法。这三方面的内容是我们力学内容的重 点和核心,不但要学得好,而且要学得好。如果你这三面没学好,请你在课后狠下功夫。

  3、基本的数学储备知识。

  有人说,数学物理不分家,这话不假。一个物理问题的解决,必然离不开数学这个工具。但高中物理问题的解决,用到的高中数学知识还是有限的,也是最基本的一些。下面我说到的一些数学知识是大家必须要掌握好的。

  基本的高中数学储备知识:基本的初等函数(正比例函数、反比例函数、一次函数、二次函数、三角函数、指数函数、幂函数)的性质、标准解析式和图像,导 数的概念、几何意义和简单运算,微积分的概念和简单运算,常用的三角函数定义、诱导公式、和差化积公式、积化和差公式、二倍角公式,正弦定理、余弦定理, 等差数列和等比数列的通项公式和求和公式,圆的面积、球的表面积和体积计算,长方体、正方体、柱体的体积计算,一些求极值的方法:二次函数方法、辅助角公 式法、求导方法、均值不等式方法(两个实数的情况必须掌握,三个实数的情况最好也掌握)。此外,解方程、解不等式的功夫要绝对地好,要不一个大综合题10 几个方程摆到你面前,你会无从下手。

  二、五大章电磁学内容具体指导

  高中物理的电磁学内容主要由五章组成:静电场、恒定电流、磁场、电磁感应、交变电流。每一章内容在学习时,方法也不尽相同,下面针对每一章我给一些具体的学习原则和建议。

  1、静电场:这一章主要内容是静电场两方面的性质——力的性质和能的性质,还有带电粒子在静电场(非匀强和匀强 两种情况)中的运动。学好这一章的关键,是对描述静电场力和能的性质几个抽象物理量的理解:场强、电场力、电场力做功、电势能、电场力做功和电势能变化的 关系、电势、电势差、场强与电势差的关系。要准确理解这几个抽象的物理量,最有效的方法就是类比,将静电场和熟悉的重力场去类比。这几个概念分别对应于重 力场中的:重力场强度(即重力加速度)、重力、重力做功、重力势能、重力做功与重力势能变化的关系、高度、高度差、重力加速度与高度差的关系。如果这几个 物理量理解上没问题了,那么在解决带电粒子在静电场中运动的问题时,就按照我们之前的力学思维处理就好了。只要你的力学基础扎实没问题,那么静电场的这部 分也没问题的。

  2、恒定电流:这一章主要讲了三方面的内容:基本概念、基本规律和电学实验。基本概念这一块儿主要有:电流强 度、电动势、电阻、电功、电功率、电热等。这几个概念重点是把握好电流强度和电动势,特别是电动势,它是本章比较重要也是最不好理解的一个物理量,注意电 阻率的微观原理,其它几个都是初中物理接触过的,不足为虑。基本规律有部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、串并联电路的特点、电阻定律、焦耳定律等。重 难点是闭合电路欧姆定律,还有电阻热功率的微观解释,其它的一般都没什么问题。实验这一块儿,是恒定电流这一章的重点,它的重要性要远远高于前两部分内 容。电学实验的重点是:描绘小灯泡的伏安特性曲线、测金属导体的电阻率、电表的改装、测电源的电动势和内阻、多用电表的使用这几个实验。其中,伏安法测电 阻中的内外接和滑动变阻器的限流分压接法是最基本的实验基础知识,必须熟练掌握。关于电学实验的掌握应从下面几方面着手:实验原理、器材、步骤、数据处 理、误差分析、注意事项、仪表选择和读数、电路图的连接、实验的设计与创新。其中,图像法处理实验数据、误差分析、实验的设计与创新是难点,仪表的读数和 电路图的连接是大多数同学易错的。

  3、磁场:经过了前面静电场的学习,磁场就好多了,最起码在重要物理量的理解上不会有什么太大的问题。而且磁场 这一章初中也接触了一些皮毛,所以大多数同学在学习起来感觉会好于静电场那一章。在学习这一章时,我们同样可以采用类比的方法,将磁场和静电场的某些知识 去做对比。磁场和静电场都是场,既有相同的地方,也有不同的地方,通过比较,就会对之前静电场知识的理解更深入一步,同时也会更好地学习磁场的内容。比 如,将磁感应强度和电场强度类比、将磁感线和电场线类比、将磁场力(安培力和洛伦兹力)和电场力来类比。这一章的重点是磁场对电流的作用——安培力、磁场 对带电粒子的作用——洛伦兹力、组合场和复合场问题。其中,安培力在这一章不是太重要,相应的问题也较简单,重点是带电粒子在有界匀强磁场、组合场、复合 场中的运动,同时它们也是本章的难点。要想学好它们,不光要有扎实的物理知识,还要有熟练的几何知识。只要你能将带电粒子的运动轨迹准确地画出来,那这个 问题就解决了大半,因此,请将你的圆规和尺子放在手边,尽量把图画准确,尤其是刚开始学这部分内容、空间想象能力不好的同学。图画准确了,一些关键性的几 何关系就很容易发现。剩下的就是之前的动力学解题套路和方法了。如果你在解决这类综合问题时,苦于带电粒子复杂的运动轨迹的找寻,请你参看彭老师所写的 《动量定理在磁场洛伦兹力综合题中的妙用》文章,那会让你山重水复疑无路,柳暗花明又一村。

  4、电磁感应:上一章磁场是电生磁,本章电磁感应是磁生电,同时它也是前面三章内容的综合,所以,它的难度也较 前面几章要大一些。只有在前面几章内容学好的前提下才能学好本章内容。本章的重点内容有:磁生电的条件、感应电流方向的两种判定方法——右手定则和楞次定 律、法拉第电磁感应定律、动生电动势和感生电动势本质、电磁感应中的图像问题、单双导体棒模型、导线框问题。重难点是楞次定律和法拉第电磁定律的综合应 用、图像问题、单双导体棒问题、导线框问题。楞次定律的准确理解在于定律中“阻碍”的理解:谁阻碍谁?阻碍什么?怎样阻碍?阻碍的结果怎样?它的几个重要 推论:增反减同、增缩减扩、来拒去留,在解题时很是简捷,应充分理解和熟练应用。法拉第电磁感应定律是用来计算感应电动势大小的工具,在具体计算时应区分 是动生电动势还是感生电动势,它们应用的公式不同。图像问题、单双导体棒问题、导线框问题是电磁感应知识的具体应用。解决这些问题时,注意在用楞次定律或 者右手定则判定感应电流方向、法拉第电磁感应定律确定感应电动势大小的基础上,有机结合动力学中的三大解题思路和方法,几方面通力合作,才能搞定这些综合 问题。

  5、交变电流:本章是上一章电磁感应内容的应用,类似于我们力学中万有引力与航天是圆周运动内容在天体中的应用 一样。所以,只要你上一章电磁感应内容没问题,那么这一章就肯定没问题。这一章的重点内容有:交表电流的产生、四值(最大值、瞬时值、平均值、有效值)的 计算、理想变压器、远距离输电、交变电流对电阻电容电感的影响。而且这一章也是高考的非重点,一般以选择题的形式考查出题,平时的同步学习考得会多一点 儿、细一点儿。

  三、电磁学内容学习高级晋升必备的几个物理思想和能力

  高中物理要想学得出乎其类拔乎其萃,也就是考试接近于满分,大家眼中艳羡的学霸,以下的几种物理思想方法和相应的能力必不可少。而且新高考的选拔愈来愈注重考生的能力和素质,其命题愈加明显地渗透着物理思想、物理方法的考查。

  1、运动的合成与分解的思想

  运动的合成与分解的思想和方法是处理一个复杂的运动,特别是曲线运动时经常采用的方法。将复杂的、陌生的运动分解成两个我们学过的简单、特殊运动,这 样便于问题的研究和解决。比如,平抛运动分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动、小船过河问题分解成为船在静水中的运动和船不动水流的 运动、牵连速度问题分解成为沿绳(杆)方向的运动和垂直于绳(杆)方向的运动,摆线运动分解成为匀速直线运动和匀速圆周运动,等等。在合成与分解中,平行 四边形定则或者三角形定则扮演者重要的角色。合久必分,分久必合,在分分合合中,问题便得到了解决。

  2、等效替代的思想。

  等效替代法是研究物理问题常用一种方法,它是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、陌生的、复杂的物理问题和物理过程用等效的、简单 的、易于研究的物理问题和物理过程代替来研究和处理的方法。掌握等效替代法及应用,体会物理等效思想的内涵,有助于提高考生的科学素养,初步形成科学的世 界观和方法论,为终身的学习、研究和发展奠定基础。

  高中物理中比较典型的等效替代思想内容有:质点、重心、理想气体、点电荷、平均速度(加速度、力等)、发电机模型、电动机模型、在处理复合场问题时的 等效重力场、在分析复杂的电路问题时的等效电路图、等效电源电动势和等效电源内阻、电学实验中的等效替代法测电阻,上面提到的运动的合成与分解实际上也是 一种等效的方法。

  3、宏观微观结合的思想;

  高中物理是研究物质的运动规律和基本结构的自然学科。在学习中,我们不仅要关注物体的宏观现象,更重要的还要看隐藏在宏观现象背后的微观本质,只有宏 观表现和微观解释结合在一起,才能更全面、更准确地反映物体的规律和本质。在平时的练习中和高考中也很注重这方面内容的考查。高中这方面的内容很多,比较 典型的有:电流的微观本质、安培力和洛伦兹力的关系、感生电动势和动生电动势的本质、电阻率的微观解释、电阻热功率的微观解释、气体压强的微观解释、光电 转化装置工作的相关计算,等等。

  4、微分求和的思想;

  我们知道,高中物理在研究物体的运动时,多是特殊的运动,比如匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动等,对于这些特殊的运动,呈现出 一定的规律,我们有相应的基本规律和公式来解决。但是,还有一些运动,比如一般的变速直线运动、一般的曲线运动,对于这样的运动,一般的规律便无能为力, 微积分便能应付自如。微积分最重要的思想就是“微元”与“无限逼近”,好比一个事物始终在变化,你就很难研究,但通过微元分割成一小块一小块,那就可以认 为是常量处理,最终加起来就行。在微分中,任何曲线运动都可以看成是直线运动,任何变速运动都可以看成是匀速运动。微积分学是微分学和积分学的总称。它是 一种数学思想,‘无限细分’就是微分,‘无限求和’就是积分。无限就是极限,极限的思想是微积分的基础,它是用一种运动的思想看待问题。微积分堪称是人类 智慧最伟大的成就之一。

  在高中物理中,微积分思想多次发挥了重要作用,比如,相关图像中面积的物理含义、变力做功的计算、一些势能的计算、流体问题、动量定理在磁场和电磁感应综合问题中的应用,电荷量的计算,等等。

  高中物理中接触的微积分还是比较基础的、初级的内容,准确的说,就是微元求和的思想方法,和真正意义上的大学高数中的微积分还是有区别的。

  以上所说的是一些学好高中物理电磁学内容的软实力,光有这些还远远不够,还必须建立在下面这些硬件的基础之上。只有软硬结合,双管齐下,才能学好高中物理的电磁学内容。两手都要抓,两手都要硬。

  四、一些具体的学习原则。

  学无定法,但有常规。下面一些具体的学习原则,是学好高中物理电磁学内容的前提和基础,请大家努力做到。

  1、每天利用好课堂上的四十五分钟,充分保证其效率。否则你会在课后花三倍左右的时间和精力补回课上所学的内容,得不偿失。这就要求你每天必须要合理作息,科学计划,统筹安排学习任务。一切应以白天课上的高效学习为前提。

  2、及时复习、巩固课堂内容和做过的典型题目。这是一个老生常谈,但就是这一点,好多同学都做不到或者做不好,导致所学的内容一知半解,熟练度不够。 人都会遗忘,学的知识在刚开始阶段是遗忘最快的,以后会逐渐变慢,所以要及时复习巩固所学,正所谓温故知新,熟能生巧。每天所学的内容一定要在晚上睡觉之 前复习巩固一遍,一周的学习内容一定要在这周末过一遍。

  3、夯实基础,熟练记忆一些基本的公式,定理和定律的内容及成立的条件。电磁学内容的公式很多,尤其静电场和恒定电流这两章更多。有很大一部分同学,学不好物理的原因,是好多基本的内容没记住,或者记得不熟练,这在做题时自然就不太会了。

  4、适当增加题量的练习。物理成绩的提高,是通过一定量的题目训练换来的,但决不是提倡搞题海战术。力求弄懂一道题,解决一类题。考题的类型是有限 的,而题目的数量是无限的,你的精力又是有限的,将你有限的精力用到无限的题海战术中去,是最愚蠢的做法,必然事倍功半,得不偿失。明智的做法是,将你有 限的精力用到有限的考题类型的研究、总结、归纳和精练中去。

  5、多看课本。好多学生课上听不懂,课后又不看书,做题自然不会,时间长了就失去学习的兴趣了,一个恶性循环。上课你听老师的讲解可能一知半解,课后 你不妨认真去读课本,这时你往往会恍然大悟。现在好多学生都有一个不好的习惯,那就是很少看课本,这个习惯是不好的,必须改掉。正确的做法是,课前认真看 书,记下自己不明白的地方,课上认真听老师的讲解,解决自己预习时存在的问题,课后再认真看书,每看一遍课本就会有不同的收获。

  6、对于电磁学内容中那些抽象概念、有难度的规律的学习,比如电势、电动势、楞次定律等,一时半会掌握不了,可以先强行地记住它们,并在运用中慢慢掌 握。当你利用它们能够逐渐地解决一些相应的题目时,你就会对它们有了进一步的理解和更准确认识,发现它们原来也不过如此,其实这时候你已经基本上掌握它们 了。

  7、在平时物理学习中,要不断地强化物体的运动情况是由其受力情况决定的这一思想,从功能和动量的角度去认识和解决问题。物体的运动性质是外在的现 象,受力是内在的原因,透过现象看本质,是辩证唯物主义科学的认识论和方法论。在此基础上,我们还要从力对空间的积累角度——功和能方面、力对时间积累的 角度——动量冲量方面,去进一步挖掘运动的本质。因此,一个物理问题解决的科学步骤为:研究对象的受力分析,运动情况分析,从功和能的角度、动量的角度、 动力学的角度三方面去解决。

  8、买一本适合自己程度的、解析比较详细的教辅书。在做上面的练习题时,先自己认真思考,想不上来时再看答案的解析。久而久之,你的电磁学思维和能力就提高了。

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