高中物理解题技巧之一
在物理学中,许多概念、定律和公式,都是相对一定的参考系而言的。参考系的选取,不仅决定问题的解决是否正确,而且还决定问题的解决是否简捷。电磁学的知识点多,综合性强,过程复杂,不能一味地追求简单而随意选择参考系,当然参考系的选择技巧在电磁学中也有运用的地方。
下面我们就以电磁学中轨道上两金属棒在磁场中运动为例。这种题目往往是电磁学中的难点,两棒均切割磁感应线运动时,等效于两电源,由于两棒运动方向的不同必然涉及到两等效电源的正向、反向串联的问题,而解含有电动势方向相反的电路即电源的反向串联问题,就比较复杂,如果利用等效相对运动的方法,巧选参考系可由难变易。
例:两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd(如图1所示)。两根导体棒的质量均为回路中其余部分的电阻可不计,在整个导轨平面内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B,设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行。开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度。若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少?
(2)当ab棒的速度变为初速度的时,cd棒的加速度是多少?
分析:由于ab向右运动,回路bacd面积减少,磁通量减少,必有感应电流和焦耳热产生,ab、cd棒受力分别向左、向右,故ab减速,cd加速,当两棒速度相等,设均为时,回路电流消失,以后均匀速运动。至此,产生的焦耳热最多。
常规解:
巧解:
取cd为参考系,
以此式替换常规解中,其他不变,同样可得。
以上是电磁学中应用了参考系的选用技巧。在运动学、动力学和电磁学都有参考系的选用技巧。在运动学中可用运动参考系和静止参考系,即可用任意参考系;在动力学中可分为惯性参考系和非惯性参考系;而在狭义相对论中又可分惯性系和非惯性系通过对参考系的选用技巧的,参考系的选用技巧不仅使我们能对物理有了一个新的认识,提高了学生的总结能力。
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