試析如何通過填補(bǔ)法解決高中物理電學(xué)非對稱問題

劉仲源

摘要：現(xiàn)今在高中各學(xué)科教育中學(xué)生學(xué)習(xí)方法在一定程度上都有創(chuàng)新，特別是物理學(xué)習(xí)方面，因高中物理電學(xué)非對稱相關(guān)問題進(jìn)行解決時(shí)是很復(fù)雜也很繁瑣的過程，同時(shí)對于高中生來說解決物理電學(xué)非對稱問題是很困難的，更是不愿意去面對此類問題。那么在高中物理學(xué)習(xí)過程中就需要探尋既簡便又實(shí)用的解決方法，尤其是更為科學(xué)有效的電學(xué)非對稱問題的解決方法是非常重要的。由此，通過不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐證明，運(yùn)用填補(bǔ)法進(jìn)行解決高中物理的電學(xué)非對稱問題，就是最為簡化實(shí)用并科學(xué)有效的解決辦法了。因此本文主要分析如何通過填補(bǔ)法來進(jìn)行解決高中物理中的電學(xué)非對稱的問題，并通過實(shí)例進(jìn)行相關(guān)的闡述，希望可以為高中生學(xué)習(xí)物理課中的填補(bǔ)法提供有效的參考資料。

關(guān)鍵詞：高中物理學(xué)習(xí) 電學(xué)非對稱問題 填補(bǔ)法 分析與論述

這些年來，高中物理學(xué)習(xí)一直都是高中學(xué)科學(xué)習(xí)難度較強(qiáng)的，特別是在高中物理電學(xué)非對稱問題的解決辦法上很有難度，因此下文著重通過實(shí)例分析并闡述如何通過填補(bǔ)法來進(jìn)行解決高中物理中的電學(xué)非對稱的問題。

一、論述在高中物理學(xué)習(xí)中填補(bǔ)法解題的重要作用

在高中物理學(xué)習(xí)中相關(guān)電磁場的計(jì)算往往會(huì)遇到挖空的問題。就比如說將較為均勻的帶電球整體中挖去了一個(gè)較小球體亦或?qū)⑤^長的直載流導(dǎo)體進(jìn)行挖去小柱體的操作等等，這樣就會(huì)破壞了原來對稱性，即為電學(xué)非對稱問題。而電學(xué)非對稱問題產(chǎn)生后需求出相應(yīng)剩余的部分產(chǎn)生的電磁場，而且為了可以使電學(xué)非對稱問題解決起來簡單并實(shí)用，就需要對挖除部分進(jìn)行填補(bǔ)由此才可以重新處理為整體的部分，這樣就可以很簡單的進(jìn)行相關(guān)計(jì)算并整理出求解的過程了，而這樣的方法就是填補(bǔ)法即為等效疊加法，此方法不僅僅可以應(yīng)用在高中物理學(xué)習(xí)中的電磁場相關(guān)計(jì)算，還可以應(yīng)用與其它的學(xué)習(xí)方面，可見在高中物理學(xué)習(xí)中填補(bǔ)法解題的重要性了。

二、運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行分析通過填補(bǔ)法進(jìn)行解決高中物理的電學(xué)非對稱問題

在進(jìn)行高中物理的學(xué)習(xí)過程中，填補(bǔ)法能解決物理學(xué)習(xí)中很多比較復(fù)雜的問題，并且在高中物理學(xué)習(xí)中是很簡單實(shí)用的方法，下文通過實(shí)例分析填補(bǔ)法解決高中物理的電學(xué)非對稱的問題。

（一）實(shí)例一

在真空中有一個(gè)半徑長R的均勻性帶電的球面，該球面總的電量是大于0的Q。而球面進(jìn)行挖去一個(gè)帶電荷的小面積△S。那么假如在此面積進(jìn)行挖去操作后沒有影響到原電荷分布的情況下，當(dāng)挖去△S時(shí)，球心O是處在多大的電場強(qiáng)度，哪個(gè)方向。

通過填補(bǔ)法進(jìn)行解決時(shí)的過程是：假如補(bǔ)上所挖去部分的面積，在運(yùn)用電場矢量的疊加方法，整體均勻性帶電的球面所在球心的位置產(chǎn)生電場的強(qiáng)度E其實(shí)是挖去的面積和所剩下的面積在球心的位置產(chǎn)生出電場的強(qiáng)度為E1和E2矢量的和即E=E1+E2，再運(yùn)用靜電場相關(guān)的高斯定理可求出E=0，也就是E1+E2=0，然后再把挖去那部分帶電體作為點(diǎn)電荷在球心（即O點(diǎn)的位置）產(chǎn)生電場的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，方向是由△S為中心向球心（即O點(diǎn)）的位置指向。所進(jìn)行挖去的△S部分之后，電場強(qiáng)度在球心（O點(diǎn)）位置的方向?yàn)橛蓤A心O點(diǎn)向△S中心的指向。

（二）實(shí)例二

以R為半徑的半圓弧的導(dǎo)線abc，在進(jìn)行均勻的磁場[B]中要求以[V]的速度并以勻速的方式向右側(cè)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這樣此磁場方向需要在紙平面向里側(cè)保持其垂直，而相應(yīng)的弧形導(dǎo)線的平面需要與磁場進(jìn)行垂直，運(yùn)用這些條件進(jìn)行計(jì)算，需要算出弧形導(dǎo)線的相關(guān)感應(yīng)的電動(dòng)勢。

通過填補(bǔ)法進(jìn)行求解時(shí)的過程是：利用所給出的公式進(jìn)行求解弧形導(dǎo)線abc所產(chǎn)生的感應(yīng)的電動(dòng)勢，可是若用公式計(jì)算的話是需要計(jì)算很多個(gè)量，過程就會(huì)很困難、繁瑣，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。為了使整體計(jì)算更為容易和簡單可以把曲線計(jì)算轉(zhuǎn)為直線計(jì)算，即可以將abc的三點(diǎn)之中的a與c兩點(diǎn)用同質(zhì)的導(dǎo)線進(jìn)行連接進(jìn)行形成閉合的一個(gè)回路，現(xiàn)根據(jù)法拉第定律進(jìn)行操作，當(dāng)連接出的閉合線運(yùn)動(dòng)在磁場內(nèi)部時(shí)所穿過的回路相關(guān)的磁通量是可以保持不間斷的，運(yùn)算過程就是整體回路內(nèi)部感應(yīng)的電動(dòng)勢，其總和為0，即abc+ca=0。所以曲線的abc和直線的ac之間所產(chǎn)生電動(dòng)勢的大小是相等的，同時(shí)方向是相反的，那么電動(dòng)勢大小計(jì)算為abc=-ca=2BR，其方向是沿著cba的方向。

（三）實(shí)例三

在正方形平面中，相關(guān)的邊長為a的垂線在距離中心位置的O點(diǎn)a2的地方，正點(diǎn)電荷的電量是q，按照已經(jīng)知道的條件進(jìn)行計(jì)算，算出所通過的正方形平面的相關(guān)電通量的情況。

通過填補(bǔ)法進(jìn)行求解時(shí)的過程是：從分析問題相關(guān)的意思可以看出，這些正方形平面的每個(gè)面相關(guān)的元和源電荷q的距離并不是相等的，這樣就不能使用公式進(jìn)行計(jì)算出q點(diǎn)的場強(qiáng)在通過正方形平面的相關(guān)電通量。這就需要采用填補(bǔ)法進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算了，過程是運(yùn)用正方形平面的6個(gè)邊長分別都為a進(jìn)行包圍q的操作，使正六面體的中心處于q的位置。再運(yùn)用高斯定理計(jì)算所經(jīng)過的任意一個(gè)閉合的曲面，其相關(guān)的電通量都會(huì)等于其曲面所包圍的相關(guān)電荷代數(shù)總和的十倍。由此進(jìn)行解決出現(xiàn)的問題，而正六面體所形成的閉合的曲面，其電通量就是q0，因正六面體的中心在q點(diǎn)位置所以可以通過些正六面體任何一個(gè)面相關(guān)的電通量就是總電通量的16即為q（60）。

三、結(jié)語

綜上所述，文章列舉三個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析填補(bǔ)法解決高中物理的電學(xué)非對稱相關(guān)的問題，直接說明了在高中物理的電學(xué)非對稱問題上采用填補(bǔ)法進(jìn)行解決是非常簡單并實(shí)用的，整體過程也很容易處理，而且很方便的運(yùn)用相關(guān)的公式以及定理，為高中物理學(xué)習(xí)中的電學(xué)非對稱問題的解決提供了很有效并很科學(xué)的方法。因此，在進(jìn)行實(shí)際高中物理學(xué)習(xí)的過程中可以全面的采用填補(bǔ)法進(jìn)行快速的解決電學(xué)非對稱問題，這樣不僅僅學(xué)生可以在高中物理課堂學(xué)習(xí)上采用創(chuàng)新的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，而且也在一定程度上也拓寬了高中學(xué)生對于解題的整體性思路，同時(shí)有利于更好的培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)合理性的解決問題的相關(guān)能力，進(jìn)而全面的提升他們學(xué)習(xí)物理的效率。

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（作者單位：東北育才高中）endprint