電磁感應現象中的單桿切割磁感線問題

1、電磁感應現象中的單桿切割磁感線問題一、教學內容：電磁感應知識與應用復習之單桿切割磁感線問題二、教學課時：二課時三、教學課型：高三第一輪復習課四、教學設計適合對象：高三理科學生五、教學理念：電磁感應現象知識的應用歷來是高考的重點、熱點，問題可將力學、電磁學等知識溶于一體，能 很好地考查學生的理 解、推理、分析綜合及應用數學處理物理問題的能力。通過近年高考題的研究，電磁感應問題每年都有“單桿切割磁感線 問題”模型的高考題出現。而解決電磁感應單桿切割磁感線問題的關鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)、理解和變換物理模 型，即把最基礎的物 理模型進行細致的分析和深入的理解后，有目的的針對某些關鍵位置進行變式

2、，從而把陌生的物理模型與熟悉的物理模型 相聯系，分析異同并從中挖掘其內在聯系，從而建立起熟悉 模型與未知現象之間相互關系的一種特殊解題方法 .巧妙地 運用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的題型，從而使問題大為簡化，從而提高了課堂教學的有效 性。六、電磁感應教學內容與學情分析研究：6.1 教學內容分析：電磁感應中的單桿模型包括：導軌、金屬棒和磁場，所以對問題的變化點主要有：1.針對金屬棒1）金屬棒的受力情況：平行軌道方向上，除受安培力以外是否存在拉力、阻力；2） 金屬棒的初始狀態(tài)：靜止或有一個初速度V。；3）金屬棒的運動狀態(tài)：與導軌是否垂直

3、，與磁場是否垂直，是不是繞中心點轉動；4）金屬棒割磁感線狀況：整體切割磁感線或部分切割磁感線。2針對導軌1） 導軌的形狀：常見導軌的形狀為U形，還可以為圓形、三角形、三角函數圖形等；2）導軌的閉合性：導軌本身可以開口，也可閉合；3）導軌電阻：不計、均勻分布或部分有電阻、串上外電阻；4）導軌的放置：水平、豎直、傾斜放置。 3.針對磁場1）磁場的狀態(tài)：磁場可以是穩(wěn)定不變的，也可以均勻變化或非均勻變化；2）磁場的分布：有界或無界。6 . 2 .學生學情分析:高三（3）班學生人數少，小班化教學，經高一、高二學年眾教師的共同導向下，班級自主學習的能力較強，也形成小組合作學習的氛圍。文理科分班后，學生的學

4、習目標明確，學習積極主動。學 生已基本 復習了高中物理的主干知識一一 力學和電學，知識面完整性較強，自身綜合能力有了進一步 的提高，但班級中學生學習的兩極分化也日益明顯，部分女生 現象尤其突出。七、教學目標7.1知識與技能讓學生掌握電磁感應的產生條件和規(guī)律，能靈活使用楞次定律和法拉第電磁感應定律來判斷和計算電磁感應中電流 方向和大?。蛔寣W生理解知識的連貫性，促進電磁感應知識與其他知識間網絡的構建；以及讓學生從解題的方法和思路上 得到總結，形成電磁感應問題的建模能力，7. 2過程與方法通過電磁感應中的力學問題的學習，培養(yǎng)學生個人自悟和自我糾錯的學習習慣；弓I導學生以學習小組的形式在小組 內相互討

5、論，相互促進，讓小組中物理能力較好的學生熱情解答同學的疑問，培養(yǎng) 學生小組合作和互助共進的學習氛圍。 組織學生小組間進行交流，勵學生用自己語言大膽表達自己的 見解，勇于提出自己困惑的地方，從而掌握運用電磁感應理 論分析和探究問題的基本步驟和方法，7. 3情感、態(tài)度與價值觀通過學生自評、小組互評和教師的點評活動促使學生對電磁感應學習過程展開反思，形有相應的階段評價；讓課堂回 歸學生，給予學生展示自我的平臺，激發(fā)學生學習物理的興趣，培養(yǎng)學生尋求幫助和樂于與他人合作的精神。 并通過對 不同模型的轉化、分析和歸納，找出物理模型的共性和個性的辯證物體主義思想八、教學重難點電磁感應中力學問題的綜合分析及其

6、解題的基本步驟九、教學設計思路第一課時通過最基礎的問題分 析， 回顧涉及電磁感應的基本 概念與規(guī)律小呦互助，歸納解決單桿切割問題的基本步驟讓學生討論平時接觸的問 題可以通過改變物理模型 中那陛物理量得到4歸納不同變式對問題的基本 變化的本質是受力分析的變 化改變導軌左、右兩邊連 接的電學器件，出現變式2,分析 解題步驟變化.改變金屬棒的相關因素， 出現變式1,分析解決問題 基本步驟的變化第二課時討論、歸納電磁感應單桿切割磁場 問題主要注意點：受力分析、運動 分析、過程分析和育能量分析變平行導軌為三角形、圓形和正弦式導軌，出現變式5,分析基本步驟回顧涉及電磁感應的 基本概念與規(guī)律變勻強磁場為均勻

7、變化的磁場，出現變式3,分 析解題基本步驟的變化變水平導軌為傾斜導軌和豎直導軌，出現變式4,分析解題基本步驟十、教學過程教學過程實錄教師活動（直入課題：電磁感應中的單桿切割問題）設問一：關于這類問題相應的物理模型主要涉及那些要素：根據學生回答展示物理模型。（2分鐘）學生活動設計意圖回顧電磁感應的單桿切 割問 題，建立相應的物理模型。物理建模能力的培養(yǎng)（ppt）:例題一：如圖所示，水平放置的足夠長導軌PQ MN上有一根長為1 =1m質量為葉0.2kg的金屬棒ab， 金屬棒ab與導軌垂直放置，cd的右邊存在磁感應強度為B=1T的勻強磁場。已知導軌光滑，PM連接的電阻為R=0.8 Q，金屬棒的電阻為

8、r =0.2 Q,給金屬棒一個水平向右的初速度V0=10m/s,貝1、分析金屬棒ab的運動情況，作出大 致的V-t圖 像；2、求電阻R所產生的熱 量？ （ 5分鐘）解題并歸納解題的基本 步驟。通過解題回顧解 決電磁感應問題所涉 及的基本概念和基本 規(guī)律（巡視學生的解題情況）：實物投影學生的解題過程，點評與擴展，并板書解題中涉及的基本規(guī)律：n , E=BLv , I, FL，R 總，安=BIL , Q=I 2Rt 等等?；镜慕忸}步驟：受力分析，運動分析，過評價同學的解題情況，反思自 我的解題問題，并表述解決問題的 基本步驟。形成解決單桿切割磁感線的電磁感應問題的基本步驟讓學生仔細分析物理模型的

9、相關要素，分析物理模型可能發(fā)生變化的情況是什么？（2分鐘）歸納學生的討論結果：1、導軌的形狀可以改變2、導軌的摩擦力問題可以增加3、導軌的傾斜度可以改變4、導軌兩邊連接的電學器材可以改變5、金屬棒上的作用力可以增加6、金屬棒最初所處的位置可以改變7、磁場的強度可以改變&可以針對以上要求問時改變兩個地方或 兩個以上的地方。讓學生討論物理模型可能發(fā)生 的變化聯系物理模型之 間的關系，培養(yǎng)學生 問題間的同化能力（針對金屬棒進行變式）：把金屬棒上的初速度當金屬棒在磁為水平外力，放在磁場外面施加外力后加速進行磁場，展示例題二的問題：如圖所示，水平放置的足夠長導軌PQ、MN上有一根長為I =血，質量為m=

10、0.2kg的金屬棒ab，金屬棒ab與導軌垂直放置，cd的右邊存在磁感應強度為B=1TN場內時，金屬棒從靜止 開始運動，直接做加速 度越來越小的加速運 動直至勻速直線運動， 有最大速度。若金屬的勻強磁場。已知導軌光滑，PM連接的電阻為R=0.8 Q,金屬棒 的電阻為 r=0.2 Q,則：1、若給金屬棒一個水平向右的恒力 F=5N，要求ab進入磁場正 好做勻速運動，則ab棒距 cd的距離為多 少？ 2、若ab距cd距離未知，試分析金 屬棒ab的運動情況，作出大致的 Vt圖像；3、 ab棒距cd的距離x=0.25m使ab向右做加速 度為 a=2m/s2的勻加速直線運動，試分析力F隨時間t的變 化情況

11、？mg討論在磁場外的運動情況和 受力情況。討論在磁場內的運動情況和 受力情況。做出金屬棒過程的v與t關 系圖象。棒原告在磁場的外面， 金屬棒會先做勻加速 直線運動，進入磁場 的瞬間要對進行速度 進行討論分析，判斷金 屬棒的運動情況。（針對導軌左、右兩邊連接的電學器材 進行變式）：導軌的左邊一般連接電阻R，但也可以連接電源、電容器、二極管和電感線 圈，不同的電 學器材對電路的影響是不一樣的，以電源為例展示例三的 問題：例三：如圖所示，水平放置的足夠長導軌 PQ、 MN上討論原電源和感應電源 對有一根長為I =1m，質量為m=0.2kg的金屬棒ab,金屬 棒ab與導軌垂直放置，cd的右邊存在磁感應

12、強度為B=1T的勻強磁場。已知導軌光滑，PM連接的電源電動勢為E= 1.5V ,內阻為R=0.8 Q，金屬棒的電阻為r=0.2Q,則電鍵閉合后：1、求金屬棒ab加速度 的最大值和速 度的最大值？2、怎樣才能使金屬棒ab以2.5m/s的速度勻速向右運動？（分 析這一過電路和影響，求解電路中的電流 變化情況，從而討論金屬棒的受 力變化情況，達到分析金屬棒的運動情況的了解。當導軌的一端接有 電源時，若金屬棒 再發(fā)生電磁感應現 象，電路中就出現 了兩個電源，分析 電路的電流時，要 充分考慮總電動勢 的變化情況，特別 是感應的安培力。討論對比三個例題的不同 點，和解決問題的基本步驟， 歸納異同點。形成完

13、整的單桿切割 磁場問題的 基本模型 和解題的基本方法。通過磁場的變化來 產生感生電動勢，讓學生理解 電磁感應中 兩個 感應電動勢計算 式的聯系與區(qū)別U。通 過磁場變化引起安培 力的 變化來分析電磁完成對例題的求解過程，對比 上節(jié)課的分析思路程中，電路的能量轉化情況）歸納變式后問題的求解思路和基本步驟的變 化情況，分析變化后的物理模型與原先 基礎模型的 異同點。（針對導軌的所處的磁場的強度B進行變式）：當B不變面金屬棒切割時，金屬棒與 磁場B發(fā) 生相對運動，產生的電動勢為動生 電動勢，可以用 E=BLv來計算，也可以用公式n 一來計算，但當金屬棒不動而磁場t強度發(fā)生變化時，產生的電動勢為感生電動

14、勢，只能用 n來計算。用課件展示例t題四：如圖所示，水平放置的足夠長導軌PQ、MN上有一根 長為1 =1m，質量為m=0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab與 導軌垂直 放置，cd的右邊存在豎直向下的磁場。磁感 應 強度開始為B0=1T，已知導軌光滑，PM連接的電阻為R=0.8 Q，金屬棒的電阻為r-0.2 Q,此時距cd的距離也為1 -1m, （1）若從t- 0時刻起，磁感強度均勻增加，增量為k-2T/s，同時棒保 持靜止.求棒中的感應 電流.在圖上標出感應電流的方向；上述（1）情況中，始終保持棒靜止，當t-3s末時需加的垂直于棒的水平拉力為多大？發(fā)現兩條電磁感應計算感應電動勢 的不同點，同時分

15、析 在均勻變化磁 場中金屬棒所 受安培力的變化過 程，分析若要使金屬棒靜止的條 件。感應問題中的循環(huán)變 化，相互影響的問題特 點及解題的基本注意 點。（針對導軌的光滑與否進行變式）：其實際的問題 與給金屬棒施加一個恒力是完全相 似的，只不過摩擦力始 終對金屬棒做負功，會把一部分機械能轉化為熱能，用 PPt展示 例題五：如圖所示，水平放置的足夠長導軌PQ、MN上有一 根長為1-1m,質量為m-0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab與導軌垂直 放置，cd的 右邊存在磁感應強度為B的勻強磁場。已知導軌光滑，PM連接的電阻為R-0.8 Q，金屬 棒的電阻為r-0.2 Q,用與導軌平行的恒定拉力F作用在金屬

16、棒ab上，金屬棒ab最 終將做勻速運動當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動 速度v也會變化，v和F的關系如右圖.（取重力加速度g 10 m/s2） （1 ）磁感應強度B為多大？（2 ）由v-F圖線的截距可求得什么物理量？其值為多 少？運 外 度 率J1A C fftf2 -1I- A 當有其他力出現 時，分析的方法和基 本的思路是一樣的， 只有認真的作好受力 分析和運動分析就能 及時找到解決問題的 關鍵點，同時還要注 意電磁感應中的臨界 狀態(tài)。RX XX XXBX X f d21力的和/6/SZfl 4S 12分析物體的受力情況和青 況，得出金屬棒的合與金 屬棒最后的勻速速 關系， 并了解圖象

17、中傾我距的含 義。（針對導軌的傾斜角度的改變進行變 式）：其實際 的問題與給金屬棒施加一個恒力 是完全相似的，只不過是 把重力或重力沿導軌的分力來充當拉金屬棒前進時的外力 等。為導軌豎直放置為例：展示例六的問題：如 圖所示， 豎直放置的足夠長導軌PQ MN上有一根長為1 Tm,質量為m-0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab 與導軌垂直放置且接觸良好，cd的下邊存在磁感應強度為 B-1T的勻強磁場。已知導軌光滑，PM連接的電阻為R-0.8Q，金屬棒的電阻為r-0.2 Q, ab由靜止釋 放，在重力 作用下運動，右ab棒距cd的距離x-0.25m，使ab棒從釋放至其運動達到勻電磁感應中的感 應電流的

18、四個值：最 大值、平均值、有效 值和瞬時值在不現問 題中的應用是不同的1(XXXXXX)X，.(1速運動時下落的高度為h=0.4m求：（1）ab運動的最大速度；（2）ab從釋放至其運動達 到勻速運動 過程中，金屬棒ab產生的焦耳熱 為多少？ （ 3）ab從 釋放至其運動達到勻速運動過程中，流過金屬棒ab的完成問題并討論如何利用功能關系去分析金屬棒在運動過程中的狀態(tài)變化，。電荷量為多少？（針對導軌的形狀的改變進行變式）:導軌可能是開口的，也可以是閉合，同時兩根導軌 可以是平行的，也可以是相交的，圓形的，甚至可以是正弦式變化的 如例七：如圖所 示，OAC。為置于水平面內的光滑閉合金 屬 導軌，O、

19、C處分別接有短電阻絲（圖中粗線 表法）， R1=4 Q、R2=8 Q （導軌其它部分電阻不計）。導軌 OAC的形狀滿足方程y=2sin（n x/3）（單位：m）。磁感強度B= 0.2T的勻強磁XK KKX回顧交流電的相關規(guī)律，求解通過電磁感應場方向垂直于導軌平面。一足夠長的金屬棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在導軌上從。點滑動到C點，棒與導OC導問題，并相互討論。的復習加強與交流電相關規(guī)律的綜合。軌接觸良好且始終保持與生要順利解題需全面理解相關知識，做一些不同類型、不同變化點組（2）抓住解題的切入點：受力分析，運 動分析，合的題目，注意不斷地總結，并形成比較完整過程分

20、析，能量分析。（3）模型問題的物理情境變化空間大，題目綜合性強，所以該模型問題是高考的熱點，同時也是難點，可主動變換題設條件進行研究學習，在高考時碰到自己研究過的不 同變化點組合的題目就不會感到陌生了的知識網絡系統，深化電磁感 應問題分析和求解的基本步驟。軌垂直，不計棒的電阻.求：（1）外力F的最大值；（2）金屬棒在導軌上運動時電阻絲R1上消耗 的最大功率；（3）在滑動過程中通過金屬棒的電流I與時間t的關系.反思與總結:1）全面掌握相關知識由于題目涉及的 知識點很應用研究性的思路考慮問題，可多，如力學問題、電路問題、磁場問題及能量問題等，學卜一、教學反思1、教學設計有效地利用了課學教學的時間，

21、學生通過問題的變式分析可以較全面掌握相關知識。學生要順利解題需全 面理解相關規(guī)律，如力學問題、電路問題、磁場問題及能量問題等，常用的基本規(guī)律有法拉第電磁感應定律、楞次定律、左、右手定則、歐姆定律及力學中的運動學規(guī)律、動力學規(guī)律、動量定理、動 能定理、動量守恒定律、能量轉化和守恒定律等。2、本節(jié)課以學生為主體，重點體現以學生參與體驗，參與知識的自主建構過程。在課堂設計中，基本模型的建立、模型要素可能變化的分析和猜測、模型變式后問題的求解和討論，解決相應問題的基本步驟的歸納、新舊物理模型的同化等都是學生自主通過理論推導、物理問題 的求解中去發(fā)現和體 會；讓學生學會運用知識解決問題的同時，培養(yǎng)學生利用舊知識同化新知識的一般方法和習慣。授人以魚，不如授人以漁。3、本節(jié)課的幾處不足和改進想法由于學生基礎較差，出于對學生的不信任，在課堂中我不是很放的開，在學生講的時候，我沒有及時給與肯定，讓 學生很迷惑了好長時間，同時引導過多，也讓學生的自主發(fā)揮受到一定的影響。這說明在隨堂課上對學生的自主