核心素養視角下導體棒切割問題的創新解法

劉正春

(云南省曲靖市第一中學 655000)

提高核心素養是新課程改革立德樹人的根本任務，是培養學生學習能力、實踐能力和創新能力的最終目標.物理核心素養是指學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化而形成的帶有物理學科特性和品質.

物理核心素養由物理觀念、科學思維、實驗探究和科學態度與責任四個方面的要素構成.物理教學重在讓學生通過物理知識的學習，也可以從一題多解開發思維，從而形成物理視角認識事物和解決問題的思路，掌握物理學習的探究方法，養成正確的科學研究和強烈的責任感.課堂教學中創新解法是培養和發展學生核心素養的有效途徑之一.

電磁感應中導體棒切割問題分析是高中物理的重點內容，本問題分析中導體棒速度不變，但切割的有效長度在變，安培力是個變力，是一個變力做功問題，變力做功的求解方法多樣.但在平時教學過程中若分析不透徹，學生遇到新的問題還是一頭霧水，做起來還是比較費勁.從下面的分析可以很好培養學生的綜合分析能力，下面以電磁感應為例，給出三種求焦耳熱的方法.

模型分析光滑金屬導軌AOB水平放置在垂直平面向內的勻強磁場中，磁感應強度為B，金屬導體棒MN架在金屬導軌上，在外力作用下以固定的速度v0向右勻速運動，從金屬導軌的頂端O運動到AB，如圖1所示.已知金屬導軌的頂角為θ，導軌和金屬棒單位長度的電阻都為r0，AB的長度為x0，求導體棒從O運動到AB的這個過程中整個系統產生的焦耳熱Q.

圖1

分析設導體棒向右運動的距離為x時，與導軌構成閉合回路的部分長為l，導體棒切割磁感線產生的電流為I，則在整個運動過程中，I都滿足式子：

可以看到，金屬導體棒以固定速度向右運動時，閉合回路中的電流I始終為一固定常數.

分析思路一平均力

安培力所做功的大小等于系統產生的焦耳熱，而導體棒向右運動的距離為x時所受安培力為

FI=BIl=BIxtanθ，

由于B、I、θ是固定的常數，可知該力與導體棒運動的距離x呈線性關系，如圖2所示：

圖2

則從O點運動到AB，安培力所做的功為：

則系統產生的焦耳熱為

分析思路二平均功率法

設導體棒從O點開始運動距離x用時為t，整個系統的發熱功率P滿足如下式子：

p=I2R

由該式可知功率P與時間t呈線性關系，如圖3所示：

圖3

則整個系統在0～t內產生的焦耳熱Q滿足：

根據簡單的數學推算，可知

由此可知，方法一和方法二所得結果相同.

分析思路三積分法

極短時間dt內安培力做的功為dW，則

dW=dU·I·dt

整個過程中對dW積分，

導體棒從O運動到AB，磁通量的總改變量Φ滿足：

則從O到AB，系統產生的熱量Q滿足：

Q=W

該種方法所得的結果與前兩種方法相同.

dW還可以表示為

dW=I2R·dt

則導體棒走過x，系統產生的焦耳熱可以表示為：

從O到AB，導體棒走過總距離為x0，則：

創新解法是培養學生創新思維的搖籃，也是發展科學思維的關鍵，也是中學物理教學核心素養落地的關鍵因素.所以在教學中我們應大膽創設物理情境，讓學生大膽提出提出新的解法，以此來激發學生學習物理的熱情.

從不同的方向考慮問題是培養綜合分析能力的主要途徑，核心素養的培養蘊含了學生學習方式和教學方式的多元化.物理教師應該以提升學生物理核心素養為宗旨，改變教學觀念，改進教學方式和手段，大膽設計創新課堂，創設有利于學生物理核心素養.準確把握核心素養的內涵是物理核心素養落實教學的前提和基礎.教師在平時設計教學時要科學和合理，在教學過程中圍繞核心素養，選擇恰當的學習情境，從而促進學生的學習興趣，讓科學核心素養在物理課堂里落地生根.