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      高中物理解題中挖補法的有效應用研究

      2021-12-26 08:35:46洪瑞敏
      數(shù)理化解題研究 2021年34期
      關鍵詞:球體場強電勢

      洪瑞敏

      (安徽省桐城中學 231400)

      挖補法是一種分析問題的重要方法,尤其在解答高中物理電磁學習題中有著廣泛的應用.通過挖補可化陌生為熟悉,迅速找到解題思路與方法,提高解題效率,因此,教學中應注重為學生講解挖補法,使其更好的把握挖補的技巧,尤其應圍繞學生所學,結(jié)合具體的例題,講解挖補法在解題中的具體應用,給其以后解答相關物理習題帶來良好的啟發(fā),在解題中少走彎路,促進其解題能力的顯著提升.

      一、用于求解引力

      萬有引力定律是高中物理的重點知識,其概念以及計算公式不難記憶.但要想實現(xiàn)靈活應用并非易事,尤其當遇到無法直接求解物體引力的情況時則需要進行特殊處理,采用挖補法進行解答.教學中為使學生更好的應用挖補法求解物體引力,教師可以與學生一起分析、求解相關的例題,使學生親身感受挖補法的具體應用,掌握求解特殊情境引力的思路,使其在以后解答類似問題時能夠迅速想到應用挖補法求解.

      圖1

      根據(jù)題意可知其符合萬有引力定律情境,可使用萬有引力計算公式求解.但給出的并非是完整的球體,因此,需要使用挖補法將其補充成一個完整的球體,即,計算出大球體未挖之前對P的引力,減去挖掉部分對P的引力即為所求.

      二、用于求解單一場強

      求解某一點的場強是高中物理中較為常見的題型.如符合庫倫定律則可直接套用公式,如情況較為特殊則應使用挖補法,使其滿足庫倫定律條件進行間接的求解.教學中為加深學生印象,應將相關問題展示給學生,在課堂上留下一定的時間先要求學生根據(jù)自己的理解進行作答,檢驗學生能否靈活應用挖補法.

      例2均勻帶電的球殼,在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場.如圖2所示,在半球面AB上均勻分布正電荷,總電荷量為q,球面半徑為R,CD為通過半球頂點與球心O的軸線,在軸線上有M、N兩點,OM=ON=2R.已知M點的場強大小為E,則N點的場強大小為( ).

      圖2

      三、用于求解合場強

      求解高中物理復合場強問題時時常應用到挖補法.教師需要為學生講解分析合場強問題的知識,即,場強為矢量,對其進行合成與分解時遵循矢量三角形或平行四邊形法則.同時,為學生講解特殊情境的合場強,如帶電荷的球體其球心的合場強為零,為學生應用挖補法求解合場強問題做好鋪墊.

      例3如圖3所示,A、B、C、D、E是半徑為r的圓周上等間距的五個點,在這些點上各固定一個點電荷,除A點處的電荷量為-q外,其余各點處的電荷量均為+q,則圓心O處的場強大小與方向( ).

      圖3

      四、用于求解電勢

      圖4

      分析可知,運用挖補法求解該題時可在AB細棒的右側(cè)補充一個與其一樣的細棒EF,其所帶電荷量也為+Q.由對稱性可知EF在C點產(chǎn)生的電勢也為φ0.根據(jù)所學可知,電勢為標量,電勢的疊加為電勢數(shù)值之和,因此,C點的總電勢為2φ0,即,帶電量為+2Q的細棒AF在其上方h出產(chǎn)生的電勢為2φ0.類比可知,帶電量+Q的AB細棒,在其中點上方h/2處的電勢也為2φ0,因此,正確選項為D.

      高中物理解題方法多種多樣,其中挖補法是一種常用的解題方法.教學中為提高學生的解題能力,應做好挖補法理論的講解,尤其應優(yōu)選、精講相關例題,通過挖補法在解題中的應用講解,使學生認識到挖補法重要性的同時,掌握應用挖補法解題的思路與細節(jié),養(yǎng)成運用挖補法求解物理習題的意識,促進其解題水平以及學生物理成績的進一步提升.

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