2020版高中物理人教选修3-2课件：核心素养评价案例 第四章

1、核心素养评价案例 第四章 【核心素养【核心素养样题示范样题示范】 情境利用超导体可以实现磁悬浮。在水平桌面上放情境利用超导体可以实现磁悬浮。在水平桌面上放 置一周长为置一周长为L,L,质量为质量为m m的超导圆环的超导圆环, ,如图所示如图所示, ,一永磁铁一永磁铁 在外力作用下在外力作用下, ,从圆环正上方缓慢下移至离桌面高从圆环正上方缓慢下移至离桌面高H H处处 撤去外力撤去外力, ,永磁铁恰好平衡永磁铁恰好平衡, ,此时圆环中的感应电流大此时圆环中的感应电流大 小为小为I,I,其所在处磁场的磁感应强度大小为其所在处磁场的磁感应强度大小为B,B,方向与水方向与水 平面成平面成角。角。( (

2、已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为g) g) 设问设问 (1)(1)从上往下看从上往下看, ,超导圆环中感应电流的方向超导圆环中感应电流的方向? ? (2)(2)刚撤去外力时刚撤去外力时, ,桌面对圆环的支持力大小为多少桌面对圆环的支持力大小为多少? ? (3)(3)经一段时间后经一段时间后, ,永磁铁会缓慢下移至离桌面高为永磁铁会缓慢下移至离桌面高为h h的的 位置处平衡位置处平衡, ,请据该现象考虑超导体的电阻真的绝对为请据该现象考虑超导体的电阻真的绝对为 零吗零吗? ? (4)(4)若圆环的截面面积为若圆环的截面面积为S,S,电阻率为电阻率为,电流保持不变电流保持不变, , 求永磁

3、铁自距桌面求永磁铁自距桌面H H处下移至离桌面高为处下移至离桌面高为h h处的过程中处的过程中 所经过的时间所经过的时间tt。 【解析【解析】(1)(1)从上往下看从上往下看, ,逆时针电流。逆时针电流。 (2)(2)圆环所受到的安培力圆环所受到的安培力F=BILF=BIL 其竖直方向的分量其竖直方向的分量F F1 1=Fcos=BILcos=Fcos=BILcos 以圆环为研究对象以圆环为研究对象, ,由平衡条件由平衡条件, ,得得N=mg+BILcosN=mg+BILcos (3)(3)造成这种现象的原因是由于超导体有微小电阻造成这种现象的原因是由于超导体有微小电阻, ,有有 电流时会有重

4、力势能转化为焦耳热。电流时会有重力势能转化为焦耳热。 (4)(4)设永磁铁的质量为设永磁铁的质量为M,M,以永磁铁为研究对象以永磁铁为研究对象, ,由平由平 衡条件衡条件, , 可知可知Mg=BILcosMg=BILcos 由能量守恒由能量守恒, ,得永磁铁减少的重力势能等于圆环中产得永磁铁减少的重力势能等于圆环中产 生的焦耳热。生的焦耳热。 Q=Mg(H-h)=BILcos(H-hQ=Mg(H-h)=BILcos(H-h) ) 由由Q=IQ=I2 2RtRt 又又R= R= 解得解得 tt= = 答案答案: :(1)(1)逆时针逆时针(2)mg+BILcos(2)mg+BILcos (3)(

5、3)见解析见解析(4) (4) L S BScosHh I BScosHh I 【案例评析【案例评析素养任务素养任务】 【素养及质量水平评析【素养及质量水平评析】 设问设问1:1:科学思维科学思维水平水平2 2 能在比较简单的电磁感应现象中能在比较简单的电磁感应现象中, ,运用楞次定律进行分运用楞次定律进行分 析、得出感应电流的方向。析、得出感应电流的方向。 设问设问2:2:科学思维科学思维水平水平3 3 能在刚撤去外力时能在刚撤去外力时, ,选取圆环为研究对象选取圆环为研究对象, ,选用平衡问选用平衡问 题模型题模型, ,进行分析、推理得出结论。进行分析、推理得出结论。 设问设问3:3:科学

6、态度与责任科学态度与责任水平水平4 4 能对永磁体平衡位置的下降从物理学视角用能量守恒能对永磁体平衡位置的下降从物理学视角用能量守恒 定律进行解释定律进行解释, ,从而进一步修正已有超导体电阻绝对为从而进一步修正已有超导体电阻绝对为 零的错误。零的错误。 设问设问4:4:科学思维科学思维水平水平5 5 能综合分析推理能综合分析推理, ,运用平衡条件、能量守恒定律、焦耳运用平衡条件、能量守恒定律、焦耳 定律、电阻定律等求出两次位置变化经过的时间定律、电阻定律等求出两次位置变化经过的时间tt。 【素养达成任务要求【素养达成任务要求】 设问设问1:1: 任务任务1:1:超导圆环中的磁通量方向向哪超导

7、圆环中的磁通量方向向哪? ? 提示提示: :向下向下 任务任务2:2:永磁铁下移时永磁铁下移时, ,超导圆环中的磁通量如何变化超导圆环中的磁通量如何变化? ? 提示提示: :增大增大 设问设问2:2: 任务任务1:1:画出超导圆环的受力分析图画出超导圆环的受力分析图: : 提示提示: : 任务任务2:2:对超导圆环对超导圆环, ,据竖直方向受力平衡列方程据竖直方向受力平衡列方程: : 提示提示: :N=mg+BILcosN=mg+BILcos 设问设问3:3: 任务任务1:1:永磁铁自距桌面永磁铁自距桌面H H处下移至离桌面高为处下移至离桌面高为h h处的过处的过 程中程中, ,机械能怎么变化机械能怎么变化? ? 提示提示: :减小减小 任务任务2:2:永磁铁自距桌面永磁铁自距桌面H H处下移至离桌面高为处下移至离桌面高为h h处的过处的过 程中程中, ,机械能变化的原因机械能变化的原因? ? 提示提示: :超导体有微小电阻超导体有微小电阻, ,有电流时会有重力势能转化有电流时会有重力势能转化 为焦耳热。为焦耳热。 设问设问4:4: 任务任务1:1:永磁铁的质量怎么得出永磁铁的质量怎么得出? ? 提示提示: :由平衡条件由平衡条件, ,可知可知Mg=BILcosMg=BILcos 任务任务2:2:此过程中