《应用动力学和能量观点处理电磁感应问题》的教学案例

何慧

一、地位分析

电磁感应问题是高中物理教学的重点和难点，也是高考的必考内容和重点内容。通过对电磁感应的考查，可以综合考查学生的电路知识、力与运动的分析能力和应用能量观点分析问题的能力。本节课是二轮复习中的一节专题课，笔者试图通过几道典型实例，引导学生构建知识网络，学会应用力学问题的基本方法与思路处理电磁感应问题。

二、三维目标

知识与技能：学会运用动力学和能量观点解决电磁感应问题。

过程与方法：1.培养学生读题和审题的习惯和能力。

2.引导学生分析物理问题，寻找物理规律，提高他们的实际分析能力。

情感、态度与价值观：体会到习惯、方法、思路、规范的重要性，增强自信心。

三、教学过程

教师：复习基本公式。1.感应电动势公式E=BLV？摇？摇E=n△φ/△t

2.安培力公式F=BIL？摇？摇FV/R

3.产生的热量Q=IRt或者用克服安培力做的功求解。

学生：交流填写学案上的空格。

例1.如图所示，一个质量为m=0.01kg，边长L=0.1m，电阻R=0.4Ω的正方形导体线框abcd，从h=0.8m的高处由静止自由下落，下落时线框平面始终在竖直平面内，且保持与水平磁场方向垂直，当线框下边bc刚一进入下方的有界匀强磁场时，恰好做匀速运动（不计空气阻力，g=10m/s）。

（1）磁场的磁感应强度B的大小。

（2）线框进入磁场过程中产生的焦耳热。

（3）如果磁场的宽度d=0.55m，求bc边刚从磁场下边穿出时线框的加速度大小。

教师：请学生看题目，要求划出重要已知条件，在图中标出已知量。

学生：按要求读题分析。

教师：线框下落过程中有几个物理过程？

学生：思考，讨论。开始自由落体，刚进入磁场匀速下落，完全进入磁场做匀加速运动。

教师：自由落体过程中遵循什么规律？

学生：V=gt，h=1/2gt=2gh

教师：刚进入磁场匀速运动的条件？哪些能发生转化？

学生：重力和安培力平衡。重力势能转化为焦耳热。

教师：完全进入磁场遵循什么规律？

学生：h=（v）/2g

教师：bc边刚从磁场下边穿出时线框受那些力？

学生：受重力和安培力。

教师：请学生自己完成本题。

学生：做题并讨论。

教师：投影规范解答。

例2.两平行金属导轨水平放置，一质量为m=0.2kg的金属棒ab垂直于导轨静止放在紧贴电阻R处，R=0.1Ω，其他电阻不计。导轨间距为d=0.8m，矩形区域MNPQ内存在有界匀强磁场，场强大小B=0.25T。MN=PQ=x=0.85m，金属棒与两导轨间动摩擦因数都为0.4，电阻R与边界MP的距离s=0.36m。（g取10m/s）

（1）在外力作用下让ab棒由静止开始匀加速运动并穿过磁场向右，加速度a=2m/s，计算自金属棒进入磁场开始计时，在磁场中运动的时间内，外力F随时间t变化关系。

（2）若改变外力的作用规律，使金属棒ab的运动速度v与位移x满足关系：v=0.4x，求金属棒ab从MP由静止到NQ的过程中系统产生的热量。

（3）若MP右边导轨及磁场区域无限长，且导轨光滑，当ab棒运动到MP位置时速度为v，此时撤去外力F，则R中产生的热量是多少？

教师：请学生先认真读题，再小组内相互交流题中重要的关键词和已知条件。

学生：按要求读题，分析交流。

教师：ab棒做什么运动，遵循什么规律？ab棒进入磁场，受几个力作用？

学生：思考，讨论并回答。V=2ax。ab棒进入磁场，受拉力、摩擦力、安培力作用。

教师：ab棒进入磁场，如何由牛顿第二定律列式？

学生：思考。F-f-F=ma，FV/R

教师：安培力有什么特点？

学生：安培力与速度成正比，与位移成正比。

教师：求焦耳热的思路？哪一种可行？

学生：Q=IRt但不可行，只能由克服安培力做功求得。

教师：安培力做功该如何求？

学生：讨论并回答，由F图中的面积求出。

教师：热量是由什么能转化的？

学生：动能转化为热量。

教师：学生完成本题。

学生：做题并讨论。

教师：投影正确解法，展示规范解答。

例3.如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L=0.4m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁场感应强度大小均为B=0.5T。在区域Ⅰ中，将质量m=0.1kg，电阻R=0.1Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域Ⅱ中将质量m=0.4kg，电阻R=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑，cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与轨道保持良好接触，取g=10m/s，问：

（1）cd下滑的过程中，ab中的电流方向？

（2）ab将要向上滑动时，cd的速度v多大？

（3）从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x=3.8m，此过程中ab上产生的热量Q是多少？

教师：按前面要求审题。

学生：审题。

教师：方法一，研究cd，电流的方向？ab呢？

学生：由右手定则电流d-c，a-b。

教师：方法二，研究ab，电流方向？

学生：由左手定则可求出电流方向。

教师：ab刚好不下滑，刚好是表示什么？ab受到哪些力？

学生：讨论分析出最大静摩擦力等于重力沿斜面向下的分力。

教师：ab将要向上滑动时，ab的受力情况？

学生：讨论分析，F+mgsinθ。

教师：从能量转化与守恒定律看，什么能在减少？哪些能在增加？

学生：势能减少，动能和内能增加。

学生自己做，讨论交流。

教师投影正确解答过程。课后作业，练习。

四、教学反思

本节课采用的是以教师为主导，学生为主体的教学模式。学生在课堂上积极思考，发现许多小问题，交流讨论，解决问题。这种授课方式学生活动多，比传统的讲授法效果好。几条典型例题在高中物理中属于综合性强的中高档题，一般学生感到较难。通过本节课的分析讨论，学生体会到养成良好的分析习惯、掌握正确的分析思路的重要性，以后再处理这类问题变得轻松。“授之以鱼，不如授之以渔”，我们要教会学生思维的方法，培养学生能力。