高中物理電磁學的解題方法研究論文

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在明確電磁學基本求解方法之後,為了達到提升解題質量和效率的目的,還需要豐富解題方法,從而達到求解物理問題的目的。

高中物理電磁學的解題方法研究論文

1.對稱分析法。是一種基於對稱原理,通過探尋問題中已知條件和未知條件的對稱性,來達到求解問題目的的一種解題方法。在電磁學方面的物理問題中,帶電體(帶電直線、圓柱體或者球體等)在電場或者磁場中均具有很強的對稱性,且在電磁學中存在安培環流定律和高斯定理這兩個極其重要的公式。在採用這兩種定律來求解問題的過程中,均需要先選擇一個閉合的曲面,假定其上部各點的電場(或磁場)強度的大小保持一致,且同包含該點面積元方向的夾角保持一致,那麼就可以從積分號中提出電場強度,從而可以達到簡化電磁學有關題目的.目的。

例1半徑分別為R1和R2的兩根帶有異性等值電荷的無限長同軸圓柱面,如圖1所示,

且R1>R2,電荷線密度為λ,試求r解析:∮SE·ds=2πlE=∑iqiε0,E=12rε0∑iqirl。當r2.迭加方法。雖然某些電磁學方面物理問題表面上看不具有幾何對稱特性,也無法確定物理量在空間分佈中的具體對稱特性,但是隻要我們進行認真分析,即可將現象、概念和事物等劃分成簡單部分,有利於挖掘問題的本質,此時再對那些互相獨立的部分進行歸納和總結即可。那些不屬於完全對稱的電磁學物理問題,是可以藉助疊加法的將其轉化成對稱性問題來進行求解的,且疊加原理實際上也是自然界最普遍的一種規律。

例2如圖2所示,軸線相距為a的兩根無限長圓柱形導體管的半徑分別為R1和R2,且已知a>R2,其中R2的圓柱形為空心部分,現有為I的電流均勻沿著導體管流動,且方向與管軸保持平行,試求:圓柱軸線上和空心圓柱體軸線上的磁感應強度大小。

解析:從電荷電性角度來看,管內空心部分可以近似看成均勻通過有電流強度為I的小圓柱體及通有反方向電流強度為I的大圓柱體,此時相應的物理求解就變得比較簡單。鑑於相應圓柱導體截面上均勻分佈著強度為I的電流,導體內的電流密度為δ=I[]πR21-R22,具體如圖3所示。

實心圓柱體在O軸線上所產生的磁感應強度為B10。此時可以將R1圓柱體看作是成對稱分佈的無限長導線,且在O軸線上所產生的磁感應強度為已知的,即當r=0,B10=0。考慮到電流所具有的軸對稱特性,可由安培環流定律求得

B20·2πa=μ0πR22δ,B20=μ0R222aδ。

根據迭加原理可知B0=B10+B20=μ0R222aδ=μ0IR222πa(R21-R22)。

而R1實心圓柱體在O′軸線上所產生的磁感應強度B10′需要滿足:B′10·2πa=μ0δπa2,B′10=μ0a2δ=μ0Ia2π(R21-R22),而相應R2圓柱體在O′軸線上所形成的磁感應強度則為B′0=B′10+B′20=μ0Ia2πa(R22-R21)。