深度學(xué)習(xí)視角下的電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題解題策略

電磁感應(yīng)作為高中物理的核心知識(shí)板塊，在高考及各類(lèi)物理競(jìng)賽中占據(jù)重要地位.電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題因其涉及電磁學(xué)、力學(xué)等多方面知識(shí)，綜合性強(qiáng)、難度大，成為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的一大難點(diǎn).傳統(tǒng)的解題教學(xué)往往側(cè)重于知識(shí)的傳授和題型的訓(xùn)練，學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜多變的雙桿問(wèn)題時(shí)，常常難以靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，缺乏系統(tǒng)性的解題策略.深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的深度理解、知識(shí)體系的構(gòu)建以及知識(shí)的遷移應(yīng)用，將深度學(xué)習(xí)理念融入電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題的教學(xué)與解題指導(dǎo)中，有助于學(xué)生突破思維瓶頸，提升問(wèn)題解決能力.

1深度學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)

在物理學(xué)習(xí)中，深度學(xué)習(xí)意味著學(xué)生不僅僅要記憶物理公式和結(jié)論，而是要深入理解物理概念的本質(zhì)、物理規(guī)律的形成過(guò)程，構(gòu)建完整的知識(shí)體系，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用到不同的情境中.深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生具備批判性思維、問(wèn)題解決能力和自主學(xué)習(xí)能力，通過(guò)對(duì)物理問(wèn)題的深入探究和分析，不斷深化對(duì)知識(shí)的理解，提高思維的深度和廣度.

2 等間距雙桿問(wèn)題

兩根導(dǎo)體桿在平行且間距相等的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，這類(lèi)問(wèn)題中兩根導(dǎo)體桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)，通過(guò)感應(yīng)電流和安培力相互作用.

例1如圖1所示，在水平面內(nèi)固定有兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng).導(dǎo)軌上橫放著兩根質(zhì)量均為 ψ_m 、長(zhǎng)度均為 L 的導(dǎo)體桿 ab .cd，它們與導(dǎo)軌一起構(gòu)成閉合回路.已知兩導(dǎo)體桿的電阻均為 R ，其余部分的電阻不計(jì).在整個(gè)導(dǎo)軌所在的平面內(nèi)存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng).起初時(shí)，兩導(dǎo)體桿均在導(dǎo)軌上處于靜止?fàn)顟B(tài)，從某時(shí)刻起，給導(dǎo)體桿ab以水平向右的初速度 v₀ ，則（ ）

個(gè)B 個(gè) c a - → u₀ d b （20

（A）導(dǎo)體桿 ab 剛獲得速度 v₀ 時(shí)受到的安培力大小為 （20

（B）導(dǎo)體桿 ^ab，cd 均做勻變速直線運(yùn)動(dòng).（C）兩導(dǎo)體桿運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為

（D）兩導(dǎo)體桿最終速度都為零.

解析導(dǎo)體桿 ab 剛獲得速度 v₀ 時(shí)受到安培力

大小為 BLU。，可得F ，選項(xiàng)

（A）錯(cuò)誤；導(dǎo)體桿 Φ_ab，cd 只受等大反向的安培力，加 （20速度均為 ，即導(dǎo)體桿 ab 做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體桿 cd 做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最終共速做勻速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)（B）錯(cuò)誤；當(dāng)兩桿共速時(shí)滿足 mv_?0=2mv ，則兩導(dǎo)體桿運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為 m，選

項(xiàng)（C）正確;兩導(dǎo)體桿最終以速度 做勻速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)（D）錯(cuò)誤.

解題策略在解決這類(lèi)基礎(chǔ)的電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題之前，學(xué)生必須深入理解電磁感應(yīng)、安培力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等相關(guān)物理概念和規(guī)律的本質(zhì).對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律，學(xué)生不僅要記住導(dǎo)出公式 E= BLv ，還要深入理解該公式的適用條件，即 B，L，?，? 三者相互垂直.對(duì)于安培力公式 F=BIL ，要明確電流I產(chǎn)生的原因以及安培力方向的判斷方法.只有深入理解這些基本概念和規(guī)律，才能在解題時(shí)準(zhǔn)確運(yùn)用.

3 不等間距雙桿問(wèn)題

導(dǎo)軌間距不相等時(shí)，兩根導(dǎo)體桿的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和安培力的計(jì)算更為復(fù)雜，需要考慮導(dǎo)軌間距對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的影響.

例2如圖2所示，兩足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置，較寬部分軌道的間距為較窄部分軌道的2倍，軌道處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量分別為 2m，m 的甲、乙兩導(dǎo)體桿垂直導(dǎo)軌放置且接觸良好.某時(shí)刻給甲以向右的初速度 v₀ ，若甲始終在較寬軌道上運(yùn)動(dòng)，則系統(tǒng)最終產(chǎn)生的熱量為

（A） （B） （C）

解析最終狀態(tài)兩桿均做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)兩桿切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小相等，即 B?2Lv_⊥=BLv_⊥ ，得 2v_⊥=v_z .對(duì)甲桿，根據(jù)動(dòng)量定理可得 · ，對(duì)乙桿，根據(jù)動(dòng)量定理可得 ，聯(lián)立解得 ，系統(tǒng)最終產(chǎn)生的熱量為 ，故選（B）.

解題策略面對(duì)這類(lèi)復(fù)雜的電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題，教師要引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建雙桿模型.根據(jù)物理情境和已知條件，確定屬于不等間距雙桿模型，將復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型，便于運(yùn)用相應(yīng)的物理規(guī)律進(jìn)行分析和求解.同時(shí)，在電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題中，能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律是非常重要的解題工具.從能量的角度來(lái)看，電磁感應(yīng)過(guò)程中涉及機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化，通過(guò)分析系統(tǒng)的能量變化，利用能量守恒定律可以建立方程求解未知量.從動(dòng)量的角度來(lái)看，當(dāng)系統(tǒng)所受合外力為零時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，在雙桿問(wèn)題中，若兩根導(dǎo)體桿組成的系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒條件，可以利用動(dòng)量守恒定律來(lái)分析兩根導(dǎo)體桿的速度變化等問(wèn)題，

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這種緊密相關(guān)且層層深人的例題精講，將深度學(xué)習(xí)理念融入電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題的解題策略中，學(xué)生能夠更加深入地理解物理知識(shí)，構(gòu)建完整的知識(shí)體系，提高解決復(fù)雜問(wèn)題的能力.在解題過(guò)程中，注重深入理解物理概念和規(guī)律、構(gòu)建物理模型、運(yùn)用能量觀點(diǎn)和動(dòng)量觀點(diǎn)以及培養(yǎng)批判性思維和問(wèn)題解決能力，能夠幫助學(xué)生更加高效地解決電磁感應(yīng)雙桿問(wèn)題.同時(shí)，對(duì)典型例題的分析，進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)解題策略的掌握和應(yīng)用能力.在今后的教學(xué)中，教師應(yīng)繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用深度學(xué)習(xí)的方法，提升物理學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

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