考前抱佛脚:基尔霍夫横扫电路,法拉第直切电磁

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前两天,我们把力学知识点知识复习了一遍,今天子小月月鸟老师继续来分析一下电磁学知识点。

电磁学是物理竞赛中除了力学之外的第二个占比分值较大的知识模块。对于电磁学的题目,尤其是电磁感应有关的题目,是可以融合电路、力学、磁学等等多个部分知识一起出题的,这种题往往都是综合性很强的竞赛题。

此外,还有一些掌握起来比较困难的知识细节,也值得同学们在复习的最后阶段持续关注。 由于篇幅有限,本文就不一一赘述,只强调一些易错点和需要额外关注的点。

必须掌握的基础知识

首先我们先把预赛到复赛覆盖到的电磁学知识做一个大概的梳理,这部分知识相对来说都比较初级,同学好好掌握以下知识拿分还是比较容易的。

静电学

静电部分,静电场和静电势能的理解。易错点主要集中在静电势能的计算。极化有关的知识比较困难,之前不熟悉的同学还是要把极化矢量以及极化电荷等基础知识都分析清楚。

对于能量的理解,初学者记住:

电磁学知识点

这个公式可以覆盖很多情况。已经熟练掌握的同学,可以把静电能量的几种不同的理解和公式都分析清楚。

电像法

电像法是一个小重点。不过近几年没有考察过比较复杂的电像法问题。

简单的电像法包括:

(1)点电荷对于无限大平面电像,注意只要是无限大的平面,是否接地没有区别。

(2)球外点电荷对于接地球面电像。

(3)球外点电荷对于不接地带电球面电像。

(4)球腔内电荷对于球形内腔面的电像。

其中最后一个最难,以前曾经考察过一个经典的三个空腔的问题。

恒定电路

关于电路部分,掌握基尔霍夫可以解决绝大多数问题。只要使用基尔霍夫,就算答案算不对,过程上也比较容易获得全部方程组的分数。但是要注意,使用基尔霍夫的时候,在选择电流还是电势作为未知数使用的主元时,一定要慎重,因为一旦选择错误就很可能导致问题的计算量显著提升。

比如经典的“日”字形电阻问题,用电流和电压作为主元的基尔霍夫都可以做出答案,但是实际计算量会有不同。我们一般建议是:回路少,用电流做主元;节点少,用电压做主元。解方程小能手请无视本条建议。

其他知识点

(1)电偶极、磁偶极、电四极、电流环等模型的远场、近场情况比较复杂,同学们需要酌情学习。这些模型的主要障碍在于小量近似情况的具体分析,它需要一些比较复杂的微积分数学知识,才能深切地理解物理模型的抽象以及近远场的区别。

(2)磁场和电场的高斯定理,以及斯托克斯定理都是基础知识,同学们需要熟练掌握。

(3)电磁感应就自不必说,涡旋电场是学竞赛的规定动作,必须掌握。

(4)磁电路问题和力学的综合问题也都必须熟练。

易错点

在掌握了一些必须要掌握的知识点之后,就需要学会避开大多数问题里的坑。下面我就从易错点做一些分析,希望同学们一定要

学会避坑!

学会避坑!

学会避坑!

偶极子

偶极子等一系列模型需要注意小量近似的阶数。计算过程中的阶数保留不同,就可能会产生错误的答案。一般偶极子远场,需要近似到二阶小量。

静电势能

在对静电势能计算的时候,需要注意金属腔内部的电势能计算,虽然场分布只和内部的电荷分布有关,但是势能的分布要把整个金属和无穷远的电势差考虑进去。

电磁感应

自感和互感,也是一个非常容易出错的地方。尤其是弄不清楚互感中是谁对谁磁通量变化率贡献的情况。不熟悉电感的同学,考前可以准备一下,迅速把概念以及书上的例题整熟练。

变压器的本质

变压器的物理本质是理想情况下,各处的单圈磁通量守恒(一般是一个铁芯圈组成的,各处就相等),而不是简单的电压和匝数成正比。所以在计算相应问题的时候,需要回归到电磁感应的本源去计算电动势。几年前的预赛中就考察过这个问题。

其他知识点

(1)关于磁是电的相对论效应,之前不熟练的同学也应该推导一下。不太重要,考察概率低。

(2)其他的电磁感应问题易错点一般出现在电路部分的电动势分析、力学部分的动量定理和动能定理的选择上等等。具体情况希望同学们通过把近10年的题目以及可以适当参考一些高考压轴题(电磁感应综合的这种,江苏高考压轴的尤其值得关注)。

电磁学知识点比较庞杂,希望同学们不要过于纠结一些太复杂的问题,要把主要精力放在基础的知识点和常见的考法掌握上(因为这就已经就不少了)。力学、电磁学已经讲完,剩下的热学、光学和近代物理会陆续更新,更多内容尽在质心物理竞赛网!

 

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