《應(yīng)用動力學(xué)和能量觀點處理電磁感應(yīng)問題》的教學(xué)案例

何慧

一、地位分析

電磁感應(yīng)問題是高中物理教學(xué)的重點和難點，也是高考的必考內(nèi)容和重點內(nèi)容。通過對電磁感應(yīng)的考查，可以綜合考查學(xué)生的電路知識、力與運動的分析能力和應(yīng)用能量觀點分析問題的能力。本節(jié)課是二輪復(fù)習(xí)中的一節(jié)專題課，筆者試圖通過幾道典型實例，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，學(xué)會應(yīng)用力學(xué)問題的基本方法與思路處理電磁感應(yīng)問題。

二、三維目標(biāo)

知識與技能：學(xué)會運用動力學(xué)和能量觀點解決電磁感應(yīng)問題。

過程與方法：1.培養(yǎng)學(xué)生讀題和審題的習(xí)慣和能力。

2.引導(dǎo)學(xué)生分析物理問題，尋找物理規(guī)律，提高他們的實際分析能力。

情感、態(tài)度與價值觀：體會到習(xí)慣、方法、思路、規(guī)范的重要性，增強自信心。

三、教學(xué)過程

教師：復(fù)習(xí)基本公式。1.感應(yīng)電動勢公式E=BLV？搖？搖E=n△φ/△t

2.安培力公式F=BIL？搖？搖FV/R

3.產(chǎn)生的熱量Q=IRt或者用克服安培力做的功求解。

學(xué)生：交流填寫學(xué)案上的空格。

例1.如圖所示，一個質(zhì)量為m=0.01kg，邊長L=0.1m，電阻R=0.4Ω的正方形導(dǎo)體線框abcd，從h=0.8m的高處由靜止自由下落，下落時線框平面始終在豎直平面內(nèi)，且保持與水平磁場方向垂直，當(dāng)線框下邊bc剛一進(jìn)入下方的有界勻強磁場時，恰好做勻速運動（不計空氣阻力，g=10m/s）。

（1）磁場的磁感應(yīng)強度B的大小。

（2）線框進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱。

（3）如果磁場的寬度d=0.55m，求bc邊剛從磁場下邊穿出時線框的加速度大小。

教師：請學(xué)生看題目，要求劃出重要已知條件，在圖中標(biāo)出已知量。

學(xué)生：按要求讀題分析。

教師：線框下落過程中有幾個物理過程？

學(xué)生：思考，討論。開始自由落體，剛進(jìn)入磁場勻速下落，完全進(jìn)入磁場做勻加速運動。

教師：自由落體過程中遵循什么規(guī)律？

學(xué)生：V=gt，h=1/2gt=2gh

教師：剛進(jìn)入磁場勻速運動的條件？哪些能發(fā)生轉(zhuǎn)化？

學(xué)生：重力和安培力平衡。重力勢能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。

教師：完全進(jìn)入磁場遵循什么規(guī)律？

學(xué)生：h=（v）/2g

教師：bc邊剛從磁場下邊穿出時線框受那些力？

學(xué)生：受重力和安培力。

教師：請學(xué)生自己完成本題。

學(xué)生：做題并討論。

教師：投影規(guī)范解答。

例2.兩平行金屬導(dǎo)軌水平放置，一質(zhì)量為m=0.2kg的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌靜止放在緊貼電阻R處，R=0.1Ω，其他電阻不計。導(dǎo)軌間距為d=0.8m，矩形區(qū)域MNPQ內(nèi)存在有界勻強磁場，場強大小B=0.25T。MN=PQ=x=0.85m，金屬棒與兩導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)都為0.4，電阻R與邊界MP的距離s=0.36m。（g取10m/s）

（1）在外力作用下讓ab棒由靜止開始勻加速運動并穿過磁場向右，加速度a=2m/s，計算自金屬棒進(jìn)入磁場開始計時，在磁場中運動的時間內(nèi)，外力F隨時間t變化關(guān)系。

（2）若改變外力的作用規(guī)律，使金屬棒ab的運動速度v與位移x滿足關(guān)系：v=0.4x，求金屬棒ab從MP由靜止到NQ的過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。

（3）若MP右邊導(dǎo)軌及磁場區(qū)域無限長，且導(dǎo)軌光滑，當(dāng)ab棒運動到MP位置時速度為v，此時撤去外力F，則R中產(chǎn)生的熱量是多少？

教師：請學(xué)生先認(rèn)真讀題，再小組內(nèi)相互交流題中重要的關(guān)鍵詞和已知條件。

學(xué)生：按要求讀題，分析交流。

教師：ab棒做什么運動，遵循什么規(guī)律？ab棒進(jìn)入磁場，受幾個力作用？

學(xué)生：思考，討論并回答。V=2ax。ab棒進(jìn)入磁場，受拉力、摩擦力、安培力作用。

教師：ab棒進(jìn)入磁場，如何由牛頓第二定律列式？

學(xué)生：思考。F-f-F=ma，F(xiàn)V/R

教師：安培力有什么特點？

學(xué)生：安培力與速度成正比，與位移成正比。

教師：求焦耳熱的思路？哪一種可行？

學(xué)生：Q=IRt但不可行，只能由克服安培力做功求得。

教師：安培力做功該如何求？

學(xué)生：討論并回答，由F圖中的面積求出。

教師：熱量是由什么能轉(zhuǎn)化的？

學(xué)生：動能轉(zhuǎn)化為熱量。

教師：學(xué)生完成本題。

學(xué)生：做題并討論。

教師：投影正確解法，展示規(guī)范解答。

例3.如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ=30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，間距L=0.4m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁場感應(yīng)強度大小均為B=0.5T。在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m=0.1kg，電阻R=0.1Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m=0.4kg，電阻R=0.1Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑，cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與軌道保持良好接觸，取g=10m/s，問：

（1）cd下滑的過程中，ab中的電流方向？

（2）ab將要向上滑動時，cd的速度v多大？

（3）從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離x=3.8m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少？

教師：按前面要求審題。

學(xué)生：審題。

教師：方法一，研究cd，電流的方向？ab呢？

學(xué)生：由右手定則電流d-c，a-b。

教師：方法二，研究ab，電流方向？

學(xué)生：由左手定則可求出電流方向。

教師：ab剛好不下滑，剛好是表示什么？ab受到哪些力？

學(xué)生：討論分析出最大靜摩擦力等于重力沿斜面向下的分力。

教師：ab將要向上滑動時，ab的受力情況？

學(xué)生：討論分析，F(xiàn)+mgsinθ。

教師：從能量轉(zhuǎn)化與守恒定律看，什么能在減少？哪些能在增加？

學(xué)生：勢能減少，動能和內(nèi)能增加。

學(xué)生自己做，討論交流。

教師投影正確解答過程。課后作業(yè)，練習(xí)。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課采用的是以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)模式。學(xué)生在課堂上積極思考，發(fā)現(xiàn)許多小問題，交流討論，解決問題。這種授課方式學(xué)生活動多，比傳統(tǒng)的講授法效果好。幾條典型例題在高中物理中屬于綜合性強的中高檔題，一般學(xué)生感到較難。通過本節(jié)課的分析討論，學(xué)生體會到養(yǎng)成良好的分析習(xí)慣、掌握正確的分析思路的重要性，以后再處理這類問題變得輕松?！笆谥贼~，不如授之以漁”，我們要教會學(xué)生思維的方法，培養(yǎng)學(xué)生能力。