高三电磁学的复习Word下载.docx
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物理模型的建构过程通常需要三个阶段：
（1）科学的抽象：
学生在读题审题中发现的各种解题信息进行分析、判断，抽象出物理研究对象、状态和过程的本质特征和问题的实质含义。
（2）模型的再认：
将学生头脑中活跃着的有关的各种模型（包括解决相似问题的整体形象模式），与问题情景中抽象出来的物理对象、状态和过程的特征进行比较（或是与问题的实质含义进行比较），从中鉴别出适当的模型，对研究对象、状态和过程等进行表征（或是对问题作出整体表征）。
（3）合理的想象：
根据模型特征搜索出必要的物理概念和规律，在概念和规律的指导下展开对模型形象、过程和相互关系的想象，在头脑中形成三维的动态（或静态）图象。
这一经过科学抽象后在学生头脑中形成的图象就是物理情景，而这物理情景的形成过程就是物理模型的建构过程。
一般物理模型的构建，只是对以前学习过的模型的回忆和重现，是一种属于感知水平的再生性形象思维过程。
而物理问题解决活动中的物理情景的形成、物理模型的建构，则是一个概念、规律和各种表象的有机结合，是抽象思维和形象思维有机结合的思维过程。
这是学生常感到解物理问题难的症结所在，也是物理问题解决活动中能有效地促进学生智力发展的有利因数。
下面以06年高考题为例来说明。
有个演示实验，在上下面都是金属板的玻璃盒内，放了许多用锡箔纸揉成的小球，当上下板间加上电压后，小球就上下不停地跳动。
现取以下简化模型进行定量研究。
如图所示，电容量为C的平行板电容器的极板A和B水平放置，相距为d，与电动势为ε、内阻可不计的电源相连。
设两板之间只有一个质量为m的导电小球，小球可视为质点。
已知：
若小球与极板发生碰撞，则碰撞后小球的速度立即变为零，带电状态也立即改变，改变后，小球所带电荷符号与该极板相同，电量为极板电量的α倍（α＜＜1）。
不计带电小球对极板间匀强电场的影响。
重力加速度为g。
（1）欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动，电动势ε至少应大于多少？
（2）设上述条件已满足，在较长的时间间隔T内小球做了很多次往返运动。
求在T时间内小球往返运动的次数以及通过电源的总电量。
点评：
考生必须通过读题审题发现信息，并对问题情景作进一步分析，可以抽象出问题的特征：
小球电性改变；
小球向上或向下做匀变速直线运动；
小球把下极板电荷带给上极板，又把上极板电荷带给下极板。
将这些特征与考生头脑中已有的模型进行比较，确定可以用质点、匀加速直线运动这两个模型对研究的对象、过程来进行表征。
因此可以用质点做匀变速直线运动的运动学规律和动力学规律来指导考生进行想象小球的整个运动情景：
小球在下极板获得负电荷，受到向上电场力作用，在电场力和重力作用下向上做匀加速直线运动，然后和上极板碰，速度突减为零，并获得正电荷，受到向下电场力，在电场力和重力作用下向下做初速为零的匀加速直线运动，然后和下极板碰，速度突减为零，获得负电荷，然后重复前面的过程。
当考生在头脑中建立了小球的这一动态的情景，解题的方向也就明朗了。
所以平时教学中帮助学生多形成一些正确的物理模型形象，帮助学生养成形象化思考问题的习惯（画出物体的运动过程图，标出位移、速度、加速度等等，画出受力图，画出立体图、各个不同侧面的平面图），理想化方法是构建物理模型的重要方法，理想化方法的本质是抓住主要矛盾，近似的处理实际问题。
因此在分析问题时要养成比较、取舍的习惯，将会有助于学生顺利掌握建构物理模型这个环节。
二、归纳电磁学的“问题─方法”结构
在物理教学当中，每一章的基本概念和规律，以及这些概念和规律的相互联系所形成的物理知识结构，往往得到比较多老师的重视。
但是“问题——方法”结构较容易被忽视。
物理方法和物理问题之间并非是孤立的，而是互相联系的，一种类型的物理问题，通过“一题多解”和“一题多变”，也可以相互联系起来，形成结构。
因为形成结构才有整体功能，因此，帮助学生形成“问题——方法结构”，才能使学生在解题的另一个重要环节——选择解题思路和方法上有章可循。
下面以几个实例加以说明。
（一）带电粒子在电场中的运动问题。
带电粒子在电场中的运动有两个基本模型
（1）加速：
①从能量角度分析：
（动能定理
或能量守恒定律）
②从牛顿第二定律来分析；
在匀强电场中，带电粒子做匀加速直线运动
（2）偏转：
①从运动的合成与分解来分析：
②从能量角度来分析：
接下来我们可将模型中的条件进行变化，从而归纳出解决此类问题的方法。
1、由恒定电场到交变电场；
2、由慢速穿越到快速穿越；
3、由荷质比确定的粒子到荷质比变化的粒子；
4、由单一粒子到多个粒子；
5、由重力忽略到考虑重力
（二）带电粒子在磁场中的运动问题
课本介绍的模型是带电粒子在磁场中做完整的匀速圆周运动，并得一个规律：
洛仑兹力用来提供向心力
，两个重要推论：
轨道半径公式
和周期公式
。
那么我们可以从这个基本模型出发，通过改变各种条件，从简单到复杂进行各种变化，来归纳出这类问题的解决方法。
（1）改变磁场：
①无限边界到有限边界（单边界、双边界、三边界、四边界、圆边界等）；
②由单磁场到双磁场；
③由磁场边界确定到磁场边界待定；
④由磁感应强度恒定到磁感应强度变化
（2）改变速度：
①改变速度方向而大小不变；
②改变速度大小而方向不变；
③速度大小和方向都改变；
（3）由一个粒子的运动变为两个粒子相遇
（三）带电粒子在复合场中的运动问题
分析这类问题先要先做好两个方面的重要知识的归纳：
1、重力、电场力和洛仑兹力三者的特点和区别
电场力
洛仑兹力
重力
力的大小
1F=Eq
2与电荷的运动情况无关，在匀强电场中为恒力
1与速度大小和方向有关，电荷静止或速度方向平行于磁场方向时不受洛仑兹力
2电荷运动方向与磁场方向垂直时洛仑兹力最大。
f=qBv
1G=mg
2与物体的运动状态无关，在地球表面附近可以看成一个恒力。
力的方向
1正电荷受到电场力方向与E方向相同
2负电荷受到电场力方向与E方向相反
③F与E方向互相平行
1仑兹力方向垂直于磁场方向和速度方向所决定的平面
2用左手定则确定洛仑兹力的方向。
应注意电荷的正负。
1方向总是竖直向下。
2与重力加速度方向相同
作用效果
可以改变速度的大小和方向
只能改变速度的方向，而不能改变速度的大小。
做功特点
做多少功与路径无关，而与初末位置之间的电势差有关。
电场力做正功，电势能减少；
电场力做负功，电势能增加
洛仑兹力对电荷不做功，因为洛仑兹力方向总是和速度方向垂直。
做多少功与路径无关，而与初末位置之间的高度差有关。
重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增加
冲量特点
都会对受力的带电粒子产生冲量：
1对匀强电场，则电场力为恒力，其冲量电场力方向相同，可用I=Ft计算
2重力为恒力，其冲量重力方向相同，可用I=Ft计算
3洛仑兹力往往是一个变力，其冲量一般不用I=Ft计算
2、带电粒子在电场、磁场中的运动形式、规律和研究方法的比较：
带电粒子在匀强电场中加速（v0与电场线平行或为零）
带电粒子在匀强电场中偏转（v0⊥E）
带电粒子在匀强磁场中匀速运动（v0与磁感线平行）
带电粒子在匀强磁场中偏转（v0与磁感线垂直）
受力
特点
受到恒定的电场力；
电场力做功
不受磁场力作用
受磁场力作用；
但磁场力不做功
运动
特征
匀变速直线运动
类平抛运动
匀速直线运动
匀速圆周运动
研究
方法
牛顿运动定律
匀变速运动学规律
匀变速运动学公式
正交分解法
匀速直线运动公式
向心力公式
圆的几何知识
表达
方式
如何求运动时间、速度和位移
如何求飞行时间、偏移量和偏转角
如何求时间和偏转角
用匀变速直线运动的基本公式、导出公式和推论求解
时间：
飞出电场t=x/v0
打在极板上
偏移量：
偏转角：
tanα=vy/v0
时间
（θ是圆心角，T是周期）
偏转角
（
是磁场宽度，R是粒子轨道半径）
情景
那么带电粒子在电场、磁场和重力场中的两个或三个组成的复合场中的运动，可以由以上的四种情况去拓展。
下面从四个角度进行变化分析：
1、有理想分界线的匀强电场和匀强磁场；
2、匀强电场和匀强磁场叠加；
3、电场、磁场和重力场叠加；
4、受约束的质点在复合场中的运动
（四）电磁感应中的“杆切割类”问题
这类问题的基本模型是：
①单杆；
②电阻不计、光滑、水平、等距的轨道；
③匀速切割磁感线，如下图。
对这个基本模型要理解三个问题：
1、如何等效转化为恒定电流电路：
产生感应电动势（即切割磁感线的）那部分导体相当于电源，该段导体的电阻就是电源的内阻。
用右手定则判断时四指所指方向就是电源正极的位置。
2、从力的观点来分析杆的受力情况：
安培力总是要阻碍导体在磁场中的相对运动，所以外力要和安培力大小相等，方向相反。
3、从能的转化与守恒分析系统中能的转化：
外力克服安培力做功，从而把机械能转化为电能（克服安培力做了多少功，就有多少的电能增加）。
然后电流做功，又把电能一部分在内电路上转化为内能，另一部分在外电路上转化为其它形式的能（比如内能）。
接下来我们就可以通过对条件的控制，从而演变出各种问题出来。
1、由单杆变为双杆；
2、光滑变为粗糙；
3、等距变为不等距离；
4、水平轨道变为倾斜或竖直轨道；
5、匀速切割变为匀变速切割
三、电磁学实验的复习
（一）理综试卷中的电磁学实验如何控制难度
20XX年全国高考一卷：
（1）干涉法测量波长；
（2）伏安法测量电压表内阻（是采用伏安法测量，但要选择一个电阻和电压表并联，从而使电压表和电流表都能盘偏以上）
20XX年全国高考二卷：
（1）测定小灯泡伏安特性曲线（选择实验电路，选择内外接法即可）；
（2）测定玻璃折射率实验的变形（一面镀银）：
自己分析实验原理和实验方法，但实验原理和方法与原来实验有相似之处
20XX年全国高考三卷：
（1）螺旋测微器的读数；
（2）测定电压表内阻（提供一个内阻不计的电源和一个电阻箱）：
实验原理简单，只是应注意到电压表可以串联在电路中使用
（1）游标卡尺读数；
（2）测量电流表内阻（提供一个内阻不计的电源和两个定值电阻）：
实验电路原理图题目给出，你考生只要懂得根据原理图来分析出实验原理即可，实验原理不必自己设计，要求根据电路图连接实物图
20XX年全国高考一卷（旧课程）：
（1）卡尺读数；
（2）测量电源电动势和内阻（提供理想电压表和一个定值电阻）：
实验原理设计简单
20XX年全国高考二卷（新课程）：
（1）螺旋测微器读数；
（2）电压表改装为电流表：
题目给出测量电表内阻的实验原理图（分压式、伏安法测内阻），选择电流表，只要根据电压表满偏电流就可以选出。
校准电流表的实验电路图要求考生自己画出（要串联），而标准电流表可根据改装电流表的量程来选
20XX年全国高考三卷（新课程）：
测量电阻（提供内阻已知的电压表两个）。
要求设计实验原理、方法和实验电路图（设计的关键点是要知道已知内阻的电压表可以知道其电流，而已知内阻的电流表可以知道其电压，另外还要对滑动变阻器采用分压式才能保证电表安全）。
要求连接实物图。
本题难度比较大。
20XX年全国高考四卷（新课程）：
（2）匀强电场等势线的描绘：
要求连接实物电路，滑动变阻器要求采用分压接法这点也不难发现。
补充实验步骤（与课本实验不同有电场变为匀强电场，微安表该为电压表）
20XX年全国高考试卷（新、旧课程）：
伏安法测量电阻并求电阻率：
只要选择电流表的内外接法就可以确定实验电路了。
图象法处理数据。
卡尺读数。
再求电阻率
从上面分析可看出高考题通过以下几个途径来降低难度：
1、给出实验原理；
2、实验原理和课本分组实验相同或相近；
3、要求设计的实验原理比较简单，容易得出（04年除外）；
4、“五个选择”不同时出现；
5、给出实验电路图；
6、插入简单实验，即可以做到考查面的铺开，又可以降低难度。
7、直接考查课本实验。
（二）如何进行实验复习
从这几年全国高考的实验来看，实验难度不是太大，是一个得分点。
为此，我们必须做好如下几个方面：
（1）认真复习考纲要求的每一个分组实验，包括实验目的、原理、方法、步骤、注意事项、误差分析等等。
不要因为不是热点实验就一带而过，也不要因为是简单实验而不重视。
（2）归纳出设计实验的一些方法和思路
（3）对电磁学实验在归纳的基础上做好系统性复习，做一定量的练习
（三）做好重点实验的归纳
1、测量电阻的方法
（1）多用电表法
其实验原理是根据闭合电路欧姆定律来测量电阻，但由于刻度不均匀，读数误差比较大，一般是用来粗测电阻的阻值
（2）伏安法
其实验原理是根据部分电路的欧姆定律来测量电阻，这种测量方法比多用电表来得准确，但由于电表有内阻（电压表内阻的分流作用；
电流表内阻的分压作用），从而使测量的结果也存在一定的系统误差。
测量时必须先做好电流表内外接法的选择。
（3）等效替换法
用“伏安法”测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种线路，因为电流表及电压表本身并非理想电表，这两种线路都存在误差；
另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准，这时我们可以考虑在保证电表读数不变的前提下，用一定值电阻（电阻箱）替换待测电阻，完成实验并提高测量准确性。
即其原理是：
在同一电路的同一位置先后接入两个电阻效果（电流、电压）相同，则这两个电阻相等。
①将S2与Rx相接，记下电流表指针所指位置；
②将S2与R1相接，保持R2不变，调节R1的阻值，使电流表的指针在原位置上，记下R1的值，则Rx＝R1。
（4）比较法：
某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。
这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案。
其实验原理是串并联电路的特点：
并联电路电流与电阻成反比；
串联电路电压与电阻成正比。
比如要测量电流表（A1）的内阻。
电流表（A1）量程100mA，内阻r1待测（约40Ω）；
电流表（A2）量程500uA，内阻r2＝750Ω。
可以根据流过两电流表的电流与内阻成反比来求出电流表（A1）的内阻r1。
2、测量电表内阻的方法
（1）分流半偏法：
先将R调到最左端，闭合S1，断开S2，调节R使电流表满偏，然后使R不变，闭合S２调节R/使电流表指到满刻度的一半，此时电阻箱R/的读数即为电流表的内阻rg。
注：
此处R/只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比灵敏电流表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较大，以减小因闭合S2而引起总电流的变化，从而减小误差。
（2）分压半偏法：
先将R调到最左端，闭合S1和S2，调节R使电压表满偏，然后使R不变，断开S２调节R’使电压表指到满刻度的一半，此时电阻箱R’的读数即为电流表的内阻rg。
此处R’只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比电压表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较小，以减小因闭合S2而引起总电压的变化，从而减小误差。
（3）等效替换法：
闭合K，使K/接1端，调节R0和R/，使辅助电流表G/某读数I0。
接下来使K/接2端，逐渐减少电阻箱R的电阻，使G/的读数仍然指示原值I0。
这时电阻箱R的值R=Rg。
（4）伏安法
测量电压表内阻时，用一个电流表和它串联测出电压表中电流；
测量电流表内阻时，用一个电压表和它并联测出电流表中电压，然后利用欧姆定律就可以求出内阻大小。
3、测量电动势和内阻的方法
（1）电压表直接测量：
这种测量方法是建立在电压表内阻无穷大的基础上的，但实际情况并非如此，故使测量值比真实值小
（2）电压表和电流表一起来测量：
这种方法的原理是根据闭合电路的欧姆定律来测量的。
此方法的误差来自于电压表的分流作用。
（3）电压表和电阻箱一起来测量：
这种方法的原理是根据闭合电路的欧姆定律来测量的
（4）电流表和电阻箱一起来测量：
（四）设计实验的解题思路
1、三个设计原则
（1）准确性原则：
①选用电表量程应可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的１/3，读数误差较大。
②设计实验原理和实验方法时，应考虑尽量减少因为原理和方法不完善导致的系统误差（比如内外接法的选择要得当）
（2）安全性原则：
①通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流。
②要注意电表的极性
（3）可操作性原则：
选择控制电路（滑动变阻器的分压式接法和限流式接法）时，要考虑：
①供电电压的变化范围是否满足实验要求，②是否便于操作，不要使滑动变阻器的有效调节长度太短
例题：
有一电阻Rx，其阻值大约在40Ω～50Ω之间，需要进一步测定其阻值，手边现有下列器材：
器材
代号
规格
电池组
E
电动势9V，内阻约0.5Ω
电压表
V
量程0V～10V，内阻20kΩ
毫安表
A1
量程0mA～50mA，内阻约20Ω
A2
量程0mA～200mA，内阻约4Ω
滑动变阻器
R1
阻值范围0Ω～100Ω，额定电流1A
R2
阻值范围0Ω～1700Ω，额定电流0.3A
电键
S
几根连接用的导线；
有两种可供选用的电路如图（a）、（b）所示；
实验要求多测几组电流、电压值，画出电流一电压关系图．为了实验能正常进行并减小测量误差，而且要求滑动变阻器便于调节，在实验中应选图所示的电路，应选代号是的毫安表和代号是
的滑动变阻器．
点评：
本题两个电路图都采用限流式接法，只要确定电流表的内外接法就可以选出电路了。
但滑动变阻器的选择既要考虑到调节电压范围的大小，又要考虑是否便于操作，不要使滑动变阻器的有效调节长度太短。
为了使电压表和电流表的读数不要太小，如果选R1，则最小电流可用
，调节范围是0.06A→0.20A。
如果选R2，则最小电流可用
电流调节范围大了。
但是使用R2将导致电流随滑片位置变化过于敏感，实际上限制了R2的有效调节长度。
2、五个选择
（1）电流表内外接法的选择
①当电压表的内阻远远大于待测电阻时，采用外接法。
②当待测电阻远远大于电流表的内阻时，采用内接法。
（2）滑动变阻器R0连接方式的选择
①负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。
②要求负载上电压或电流从零开始连续可调，须用分压式接法。
③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。
④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。
⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流式接法总功率较小。
（3）滑动变阻器阻值R0的选择：
①限流接法时一般采用总阻值比较大的变阻器；
分压接法时一般采用总阻值比较小的变阻器。
②考虑滑动变阻器在使用时有效长度不能太短。
（4）电流表和电压表量程的选择：
①根据待测电阻的额定电压和额定电流来确定
②根据提供的电源电动势来确定。
（5）电源的选择
②根据测量时准确性原则来确定（比如半偏法测表头内阻实验）
3、两个特殊使用
（1）已知内阻的电压表可以当电流表使用，而已知内阻的电流表可以当电压表使用。
（2）电压表可以串联在电路中，电流表可以并联在电路中
20XX年理综全国卷Ⅲ（新课程）
用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900－1000Ω）：
电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；
电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω；
电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω；
滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；
单刀单掷开关K，导线若干。
（1）测量中
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