《應用動力學和能量觀點處理電磁感應問題》的教學案例

何慧

一、地位分析

電磁感應問題是高中物理教學的重點和難點，也是高考的必考內容和重點內容。通過對電磁感應的考查，可以綜合考查學生的電路知識、力與運動的分析能力和應用能量觀點分析問題的能力。本節課是二輪復習中的一節專題課，筆者試圖通過幾道典型實例，引導學生構建知識網絡，學會應用力學問題的基本方法與思路處理電磁感應問題。

二、三維目標

知識與技能：學會運用動力學和能量觀點解決電磁感應問題。

過程與方法：1.培養學生讀題和審題的習慣和能力。

2.引導學生分析物理問題，尋找物理規律，提高他們的實際分析能力。

情感、態度與價值觀：體會到習慣、方法、思路、規范的重要性，增強自信心。

三、教學過程

教師：復習基本公式。1.感應電動勢公式E=BLV？搖？搖E=n△φ/△t

2.安培力公式F=BIL？搖？搖FV/R

3.產生的熱量Q=IRt或者用克服安培力做的功求解。

學生：交流填寫學案上的空格。

例1.如圖所示，一個質量為m=0.01kg，邊長L=0.1m，電阻R=0.4Ω的正方形導體線框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，且保持與水平磁場方向垂直，當線框下邊bc剛一進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）磁場的磁感應強度B的大小。

（2）線框進入磁場過程中產生的焦耳熱。

（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：請學生看題目，要求劃出重要已知條件，在圖中標出已知量。

學生：按要求讀題分析。

教師：線框下落過程中有幾個物理過程？

學生：思考，討論。開始自由落體，剛進入磁場勻速下落，完全進入磁場做勻加速運動。

教師：自由落體過程中遵循什么規律？

學生：V=gt，h=1/2gt=2gh

教師：剛進入磁場勻速運動的條件？哪些能發生轉化？

學生：重力和安培力平衡。重力勢能轉化為焦耳熱。

教師：完全進入磁場遵循什么規律？

學生：h=（v）/2g

教師：bc邊剛從磁場下邊穿出時線框受那些力？

學生：受重力和安培力。

教師：請學生自己完成本題。

學生：做題并討論。

教師：投影規范解答。

例2.兩平行金屬導軌水平放置，一質量為m=0.2kg的金屬棒ab垂直于導軌靜止放在緊貼電阻R處，R=0.1Ω，其他電阻不計。導軌間距為d=0.8m，矩形區域MNPQ內存在有界勻強磁場，場強大小B=0.25T。MN=PQ=x=0.85m，金屬棒與兩導軌間動摩擦因數都為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，計算自金屬棒進入磁場開始計時，在磁場中運動的時間內，外力F隨時間t變化關系。

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

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

教師：請學生先認真讀題，再小組內相互交流題中重要的關鍵詞和已知條件。

學生：按要求讀題，分析交流。

教師：ab棒做什么運動，遵循什么規律？ab棒進入磁場，受幾個力作用？

學生：思考，討論并回答。V=2ax。ab棒進入磁場，受拉力、摩擦力、安培力作用。

教師：ab棒進入磁場，如何由牛頓第二定律列式？

學生：思考。F-f-F=ma，FV/R

教師：安培力有什么特點？

學生：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：熱量是由什么能轉化的？

學生：動能轉化為熱量。

教師：學生完成本題。

學生：做題并討論。

教師：投影正確解法，展示規范解答。

例3.如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角θ=30°的斜面上，導軌電阻不計，間距L=0.4m。導軌所在空間被分成區域Ⅰ和Ⅱ，兩區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，兩磁場的磁場感應強度大小均為B=0.5T。在區域Ⅰ中，將質量m=0.1kg，電阻R=0.1Ω的金屬條ab放在導軌上，ab剛好不下滑。然后，在區域Ⅱ中將質量m=0.4kg，電阻R=0.1Ω的光滑導體棒cd置于導軌上，由靜止開始下滑，cd在滑動過程中始終處于區域Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與導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上產生的熱量Q是多少？

教師：按前面要求審題。

學生：審題。

教師：方法一，研究cd，電流的方向？ab呢？

學生：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？

學生：討論分析，F+mgsinθ。

教師：從能量轉化與守恒定律看，什么能在減少？哪些能在增加？

學生：勢能減少，動能和內能增加。

學生自己做，討論交流。

教師投影正確解答過程。課后作業，練習。

四、教學反思

本節課采用的是以教師為主導，學生為主體的教學模式。學生在課堂上積極思考，發現許多小問題，交流討論，解決問題。這種授課方式學生活動多，比傳統的講授法效果好。幾條典型例題在高中物理中屬于綜合性強的中高檔題，一般學生感到較難。通過本節課的分析討論，學生體會到養成良好的分析習慣、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。“授之以魚，不如授之以漁”，我們要教會學生思維的方法，培養學生能力。