張曉陽

摘 要：電磁學(xué)是高中物理課的重要內(nèi)容之一，概念抽象，內(nèi)容復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來比較困難。文章從不同角度對本人學(xué)習(xí)中的一些方法進(jìn)行淺析，以期為同學(xué)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高中物理；電磁學(xué)；學(xué)習(xí)方法

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2017）03B-0066-02

電磁學(xué)理論不僅在科研生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，為促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步發(fā)揮了重要作用，而且在量子物理、相對論等現(xiàn)代物理領(lǐng)域及對宇宙的研究中也占有重要位置。將類比、歸納等方法靈活運(yùn)用到電磁學(xué)學(xué)習(xí)中，可以提高學(xué)習(xí)效率，為將來的學(xué)習(xí)研究奠定基礎(chǔ)。

一、類比法在電磁學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

類比法是各學(xué)科學(xué)習(xí)中常用的方法，運(yùn)用得當(dāng)，可以使電磁學(xué)的學(xué)習(xí)變難為易、化繁為簡，幫助我們有效建立電磁學(xué)知識(shí)體系和探究物理規(guī)律的思維模式。

（一）因果類比法的運(yùn)用

因果類比法就是兩個(gè)或兩類類比對象存在相同或相似的因果關(guān)系，通過分析、聯(lián)系、想象等思維方式將已知對象與學(xué)習(xí)對象之間建立類比關(guān)系，從而學(xué)習(xí)和掌握新的知識(shí)和規(guī)律。比如，我們已經(jīng)熟悉的由于重力場而形成一系列物理現(xiàn)象及規(guī)律，而電磁學(xué)中同樣由于電場而形成一系列物理現(xiàn)象及規(guī)律。兩者引起的結(jié)果存在相似的因果關(guān)系，而重力場及其相關(guān)的物理知識(shí)是我們已經(jīng)熟悉和掌握的，通過類比可以幫助我們有效掌握電場有關(guān)知識(shí)并形成有條理的知識(shí)體系：

由于重力場作用對地球周圍物體產(chǎn)生引力——重力，重力的大小遵循萬有引力定律；重力與物體自身質(zhì)量之間存在關(guān)系——G=mg（由此引出重力加速度概念）；進(jìn)一步推廣，由于重力場作用而使物體存在重力勢能，質(zhì)量相同物體的相同重力勢能點(diǎn)組成等高線，物體有向重力勢能低的方向運(yùn)動(dòng)的趨勢，由于存在重力勢能差，所以，使水向重力勢能低的方向運(yùn)動(dòng)而形成水流。

通過類比，我們可以很容易理解點(diǎn)電荷電場對其中的電荷產(chǎn)生引力——庫侖力（在電場中叫電場力），庫侖力的大小遵循庫侖定律；電場力與電荷自身電量之間存在關(guān)系——F=qE（由此引出電場強(qiáng)度概念）；同樣類比可以掌握：由于電場作用而使其中電荷存在電勢能，電量相同電荷的相同電勢能點(diǎn)組成等勢面，電荷有向電勢能低的方向運(yùn)動(dòng)的趨勢，由于存在電勢差（即電壓）使電荷向電勢能低的方向運(yùn)動(dòng)形成電流。

（二）相似性類比法的運(yùn)用

相似性類比法是指兩個(gè)概念或知識(shí)點(diǎn)存在很大程度的交叉、重疊和相似關(guān)系，通過比較它們的異同，使知識(shí)鏈條更加清晰緊密。比如，通過電荷在電場中所受力和在磁場中所受力的相似性類比，我們可以掌握它們之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)：

1.電荷在電場中受到電場力作用，電場力的存在、大小與電場強(qiáng)度及電荷所帶電量有關(guān)、方向與電場方向相同或相反，與電荷運(yùn)動(dòng)與否及運(yùn)動(dòng)速度的大小、方向無關(guān)；而在磁場中只有速度與磁場方向不平行的運(yùn)動(dòng)電荷才能受到洛倫茲力作用，由洛倫茲力計(jì)算公式f=Bqvsinα可知其大小與電荷運(yùn)動(dòng)速度大小、方向均有關(guān)，方向始終與磁場方向和速度方向垂直。

2.從力的作用效果來看，電場力能對電荷做功，可以改變電荷的動(dòng)能和速度、方向；而洛倫茲力不對電荷做功、不改變電荷動(dòng)能，只能改變電荷的速度方向、不能改變速度。

3.在勻強(qiáng)電場中，運(yùn)動(dòng)電荷在電場力作用下運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線或直線；在勻強(qiáng)磁場中，垂直于磁場方向運(yùn)動(dòng)的電荷在洛倫茲力作用下所作的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。

二、歸納法在電磁學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

對高中生來說，不論是對知識(shí)的記憶和理解，還是對現(xiàn)象和問題的分析、解決都有很大難度，但也并不是沒有規(guī)律可循，如果認(rèn)真分析，將特征相同的概念、知識(shí)或變化規(guī)律相同的現(xiàn)象進(jìn)行歸類總結(jié)，歸納提煉成簡單易記的口訣或條理簡明清晰的提綱，不僅能夠鞏固記憶、避免混淆，還能加深對知識(shí)的理解，方便解釋物理現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。

比如，高中物理選修3-2中的楞次定律，內(nèi)容表述抽象，不容易理解，是電磁感應(yīng)部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)。教材中楞次定律原文表述為：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。根據(jù)楞次定律，我們要判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流、產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向，首先需要判斷通過閉合回路的磁通量是否發(fā)生了變化、按照什么規(guī)律變化，這不僅要分析變化前產(chǎn)生原磁通量的原因及大小、方向，還得判斷變化后引起磁通量變化的原因及變化的大小、方向。

引起磁通量變化的原因很多，可以是電流變化，也可以是磁場強(qiáng)度變化，磁場或閉合回路可以是運(yùn)動(dòng)的，也可以是靜止的；對應(yīng)產(chǎn)生的物理現(xiàn)象千變?nèi)f化，相關(guān)考試題型變化層出不窮，只要有一個(gè)因素分析判斷錯(cuò)誤，就會(huì)得出錯(cuò)誤甚至相反的結(jié)論。為此，對引起磁通量變化的各種情況進(jìn)行對比分析，不妨將其分為三種類型，并將磁通量變化與引起感應(yīng)電流變化的規(guī)律歸納成口訣，幫助我們快速準(zhǔn)確地解答相關(guān)問題。

一是“增反減同”?？谠E中的“增”和“減”是指通過閉合回路的磁通量的變化規(guī)律；“反”和“同”是引起感應(yīng)電流方向的變化規(guī)律。即通過閉合回路的磁通量比原來增加時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反（即抵消增加的磁通量）；相反，當(dāng)通過的磁通量比原來減少時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場方向與原磁場方向相同（即彌補(bǔ)減少的磁通量）。這一規(guī)律也可用來判斷線圈自感產(chǎn)生感應(yīng)電流的變化規(guī)律。

二是“來拒去留”?？谠E中的“來”“去”是指引起磁通量變化的磁場的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；“拒”“留”是產(chǎn)生感應(yīng)電流磁場與原磁場的作用規(guī)律。即由于磁場運(yùn)動(dòng)而引起通過閉合回路磁通量的變化，由此產(chǎn)生的感應(yīng)電流會(huì)阻礙這種運(yùn)動(dòng)，當(dāng)原磁場靠近閉合回路時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場排斥；相反，則與原磁場吸引。

三是“增縮減擴(kuò)”。這是針對閉合回路大小可以隨外力變化的情況而言的。口訣中的“增”“減”是指通過閉合回路中磁通量的變化規(guī)律；“縮”“擴(kuò)”是感應(yīng)電流引起外力從而造成閉合回路面積大小變化的規(guī)律。即當(dāng)閉合回路原磁通量增大時(shí)，由于產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中受到力的作用而使閉合回路的面積有收縮的趨勢；相反，當(dāng)閉合回路的原磁通量減少時(shí)，閉合回路面積有擴(kuò)大的趨勢。

三、巧用右手定則判斷有關(guān)物理量方向

高中物理電磁學(xué)需要學(xué)習(xí)三個(gè)定則：安培定則用來判斷通電直導(dǎo)線周圍或通電螺旋管產(chǎn)生磁場的方向，左手定則用來判斷通電導(dǎo)線或運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場中受力的方向，右手定則用來判斷閉合回路（或部分回路）在磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向。在學(xué)習(xí)中，感覺這三個(gè)定則在運(yùn)用時(shí)容易混淆，常常把左、右手用反，給學(xué)習(xí)和考試帶來很大困惑。下面在分析電流、磁場、運(yùn)動(dòng)、力的方向之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，對原有的定則改進(jìn)為統(tǒng)一使用右手進(jìn)行判斷，從而為快速準(zhǔn)確判斷各有關(guān)物理量方向提供幫助。

（一）用安培定則代替左手定則

左手定則是用來判斷通電導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受力方向的。定則中包含三個(gè)方向：磁場方向、電流或正電荷運(yùn)動(dòng)方向、電磁力（或洛倫茲力）方向。我們不妨把電磁力這三個(gè)字拆開，“電”代表電流或正電荷運(yùn)動(dòng)方向、“磁”代表磁場方向、“力”代表電磁力（或洛倫茲力）方向，通過分析發(fā)現(xiàn)“電”“磁”“力”這三個(gè)方向之間與三維坐標(biāo)x軸、y軸、z軸的正方向之間存在對應(yīng)的一致規(guī)律——符合右手螺旋定則。于是我們可以對左手定則作如下改進(jìn)：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直并和手掌在同一平面內(nèi)，讓四指指向電流或正電荷運(yùn)動(dòng)方向（相當(dāng)于x軸），然后讓四指指向磁場方向旋轉(zhuǎn)彎曲（相當(dāng)于由x軸向y軸方向旋轉(zhuǎn)），大拇指所指的方向就是所要判斷電磁力（或洛倫茲力）的方向。

（二）將左、右手定則統(tǒng)一為新的右手定則

由于電磁力（洛倫茲力）方向總是與磁場方向和電流方向（正電荷運(yùn)動(dòng)方向）決定的平面垂直，而且在運(yùn)用左、右手定則進(jìn)行未知量方向判斷時(shí)都是讓磁力線垂直穿入手心，我們可以將左、右手定則改進(jìn)為如下新的右手定則：

判斷電磁力（或洛倫茲力）方向：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直并和手掌在同一平面內(nèi)，讓四指指向電流或正電荷運(yùn)動(dòng)方向，讓四指彎曲成與手掌垂直并指向磁場方向，此時(shí)大拇指所指的方向就是所要判斷電磁力（或洛倫茲力）的方向。

判斷感應(yīng)電流方向：開頭操作與上面相同，只是讓四指指向磁場中導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向，同樣讓四指彎曲成與手掌垂直并指向磁場方向，此時(shí)大拇指所指的方向就是所要判斷感應(yīng)電流的方向。

電磁學(xué)不僅在高中物理學(xué)習(xí)中非常重要，而且在生產(chǎn)、科研實(shí)踐中和對宇宙的探索中都占有重要位置。只要我們多思考，勤總結(jié)，就一定會(huì)總結(jié)出適合自己的學(xué)習(xí)方法，使學(xué)習(xí)效果和分析運(yùn)用能力不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

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