电磁感应现象中的单杆切割磁感线问题

1、电磁感应现象中的单杆切割磁感线问题一、教学内容：电磁感应知识与应用复习之单杆切割磁感线问题二、教学课时：二课时三、教学课型：高三第一轮复习课四、教学设计适合对象：高三理科学生五、教学理念：电磁感应现象知识的应用历来是高考的重点、热点，问题可将力学、电磁学等知识溶于一体，能 很好地考查学生的理 解、推理、分析综合及应用数学处理物理问题的能力。通过近年高考题的研究，电磁感应问题每年都有“单杆切割磁感线 问题”模型的高考题出现。而解决电磁感应单杆切割磁感线问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发、理解和变换物理模 型，即把最基础的物 理模型进行细致的分析和深入的理解后，有目的的针对某些关键位置进行变式

2、，从而把陌生的物理模型与熟悉的物理模型 相联系，分析异同并从中挖掘其内在联系，从而建立起熟悉 模型与未知现象之间相互关系的一种特殊解题方法 .巧妙地 运用“类同”变换，“类似”变换，“类异”变换，可使复杂、陌生、抽象的问题变成简单、熟悉、具体的题型，从而使问题大为简化，从而提高了课堂教学的有效 性。六、电磁感应教学内容与学情分析研究：6.1 教学内容分析：电磁感应中的单杆模型包括：导轨、金属棒和磁场，所以对问题的变化点主要有：1.针对金属棒1）金属棒的受力情况：平行轨道方向上，除受安培力以外是否存在拉力、阻力；2） 金属棒的初始状态：静止或有一个初速度V。；3）金属棒的运动状态：与导轨是否垂直

3、，与磁场是否垂直，是不是绕中心点转动；4）金属棒割磁感线状况：整体切割磁感线或部分切割磁感线。2针对导轨1） 导轨的形状：常见导轨的形状为U形，还可以为圆形、三角形、三角函数图形等；2）导轨的闭合性：导轨本身可以开口，也可闭合；3）导轨电阻：不计、均匀分布或部分有电阻、串上外电阻；4）导轨的放置：水平、竖直、倾斜放置。 3.针对磁场1）磁场的状态：磁场可以是稳定不变的，也可以均匀变化或非均匀变化；2）磁场的分布：有界或无界。6 . 2 .学生学情分析:高三（3）班学生人数少，小班化教学，经高一、高二学年众教师的共同导向下，班级自主学习的能力较强，也形成小组合作学习的氛围。文理科分班后，学生的学

4、习目标明确，学习积极主动。学 生已基本 复习了高中物理的主干知识一一 力学和电学，知识面完整性较强，自身综合能力有了进一步 的提高，但班级中学生学习的两极分化也日益明显，部分女生 现象尤其突出。七、教学目标7.1知识与技能让学生掌握电磁感应的产生条件和规律，能灵活使用楞次定律和法拉第电磁感应定律来判断和计算电磁感应中电流 方向和大小；让学生理解知识的连贯性，促进电磁感应知识与其他知识间网络的构建；以及让学生从解题的方法和思路上 得到总结，形成电磁感应问题的建模能力，7. 2过程与方法通过电磁感应中的力学问题的学习，培养学生个人自悟和自我纠错的学习习惯；弓I导学生以学习小组的形式在小组 内相互讨

5、论，相互促进，让小组中物理能力较好的学生热情解答同学的疑问，培养 学生小组合作和互助共进的学习氛围。 组织学生小组间进行交流，励学生用自己语言大胆表达自己的 见解，勇于提出自己困惑的地方，从而掌握运用电磁感应理 论分析和探究问题的基本步骤和方法，7. 3情感、态度与价值观通过学生自评、小组互评和教师的点评活动促使学生对电磁感应学习过程展开反思，形有相应的阶段评价；让课堂回 归学生，给予学生展示自我的平台，激发学生学习物理的兴趣，培养学生寻求帮助和乐于与他人合作的精神。 并通过对 不同模型的转化、分析和归纳，找出物理模型的共性和个性的辩证物体主义思想八、教学重难点电磁感应中力学问题的综合分析及其

6、解题的基本步骤九、教学设计思路第一课时通过最基础的问题分 析， 回顾涉及电磁感应的基本 概念与规律小呦互助，归纳解决单杆切割问题的基本步骤让学生讨论平时接触的问 题可以通过改变物理模型 中那陛物理量得到4归纳不同变式对问题的基本 变化的本质是受力分析的变 化改变导轨左、右两边连 接的电学器件，出现变式2,分析 解题步骤变化.改变金属棒的相关因素， 出现变式1,分析解决问题 基本步骤的变化第二课时讨论、归纳电磁感应单杆切割磁场 问题主要注意点：受力分析、运动 分析、过程分析和育能量分析变平行导轨为三角形、圆形和正弦式导轨，出现变式5,分析基本步骤回顾涉及电磁感应的 基本概念与规律变匀强磁场为均匀

7、变化的磁场，出现变式3,分 析解题基本步骤的变化变水平导轨为倾斜导轨和竖直导轨，出现变式4,分析解题基本步骤十、教学过程教学过程实录教师活动（直入课题：电磁感应中的单杆切割问题）设问一：关于这类问题相应的物理模型主要涉及那些要素：根据学生回答展示物理模型。（2分钟）学生活动设计意图回顾电磁感应的单杆切 割问 题，建立相应的物理模型。物理建模能力的培养（ppt）:例题一：如图所示，水平放置的足够长导轨PQ MN上有一根长为1 =1m质量为叶0.2kg的金属棒ab， 金属棒ab与导轨垂直放置，cd的右边存在磁感应强度为B=1T的匀强磁场。已知导轨光滑，PM连接的电阻为R=0.8 Q，金属棒的电阻为

8、r =0.2 Q,给金属棒一个水平向右的初速度V0=10m/s,贝1、分析金属棒ab的运动情况，作出大 致的V-t图 像；2、求电阻R所产生的热 量？ （ 5分钟）解题并归纳解题的基本 步骤。通过解题回顾解 决电磁感应问题所涉 及的基本概念和基本 规律（巡视学生的解题情况）：实物投影学生的解题过程，点评与扩展，并板书解题中涉及的基本规律：n , E=BLv , I, FL，R 总，安=BIL , Q=I 2Rt 等等。基本的解题步骤：受力分析，运动分析，过评价同学的解题情况，反思自 我的解题问题，并表述解决问题的 基本步骤。形成解决单杆切割磁感线的电磁感应问题的基本步骤让学生仔细分析物理模型的

9、相关要素，分析物理模型可能发生变化的情况是什么？（2分钟）归纳学生的讨论结果：1、导轨的形状可以改变2、导轨的摩擦力问题可以增加3、导轨的倾斜度可以改变4、导轨两边连接的电学器材可以改变5、金属棒上的作用力可以增加6、金属棒最初所处的位置可以改变7、磁场的强度可以改变&可以针对以上要求问时改变两个地方或 两个以上的地方。让学生讨论物理模型可能发生 的变化联系物理模型之 间的关系，培养学生 问题间的同化能力（针对金属棒进行变式）：把金属棒上的初速度当金属棒在磁为水平外力，放在磁场外面施加外力后加速进行磁场，展示例题二的问题：如图所示，水平放置的足够长导轨PQ、MN上有一根长为I =血，质量为m=

10、0.2kg的金属棒ab，金属棒ab与导轨垂直放置，cd的右边存在磁感应强度为B=1TN场内时，金属棒从静止 开始运动，直接做加速 度越来越小的加速运 动直至匀速直线运动， 有最大速度。若金属的匀强磁场。已知导轨光滑，PM连接的电阻为R=0.8 Q,金属棒 的电阻为 r=0.2 Q,则：1、若给金属棒一个水平向右的恒力 F=5N，要求ab进入磁场正 好做匀速运动，则ab棒距 cd的距离为多 少？ 2、若ab距cd距离未知，试分析金 属棒ab的运动情况，作出大致的 Vt图像；3、 ab棒距cd的距离x=0.25m使ab向右做加速 度为 a=2m/s2的匀加速直线运动，试分析力F随时间t的变 化情况

11、？mg讨论在磁场外的运动情况和 受力情况。讨论在磁场内的运动情况和 受力情况。做出金属棒过程的v与t关 系图象。棒原告在磁场的外面， 金属棒会先做匀加速 直线运动，进入磁场 的瞬间要对进行速度 进行讨论分析，判断金 属棒的运动情况。（针对导轨左、右两边连接的电学器材 进行变式）：导轨的左边一般连接电阻R，但也可以连接电源、电容器、二极管和电感线 圈，不同的电 学器材对电路的影响是不一样的，以电源为例展示例三的 问题：例三：如图所示，水平放置的足够长导轨 PQ、 MN上讨论原电源和感应电源 对有一根长为I =1m，质量为m=0.2kg的金属棒ab,金属 棒ab与导轨垂直放置，cd的右边存在磁感应

12、强度为B=1T的匀强磁场。已知导轨光滑，PM连接的电源电动势为E= 1.5V ,内阻为R=0.8 Q，金属棒的电阻为r=0.2Q,则电键闭合后：1、求金属棒ab加速度 的最大值和速 度的最大值？2、怎样才能使金属棒ab以2.5m/s的速度匀速向右运动？（分 析这一过电路和影响，求解电路中的电流 变化情况，从而讨论金属棒的受 力变化情况，达到分析金属棒的运动情况的了解。当导轨的一端接有 电源时，若金属棒 再发生电磁感应现 象，电路中就出现 了两个电源，分析 电路的电流时，要 充分考虑总电动势 的变化情况，特别 是感应的安培力。讨论对比三个例题的不同 点，和解决问题的基本步骤， 归纳异同点。形成完

13、整的单杆切割 磁场问题的 基本模型 和解题的基本方法。通过磁场的变化来 产生感生电动势，让学生理解 电磁感应中 两个 感应电动势计算 式的联系与区别U。通 过磁场变化引起安培 力的 变化来分析电磁完成对例题的求解过程，对比 上节课的分析思路程中，电路的能量转化情况）归纳变式后问题的求解思路和基本步骤的变 化情况，分析变化后的物理模型与原先 基础模型的 异同点。（针对导轨的所处的磁场的强度B进行变式）：当B不变面金属棒切割时，金属棒与 磁场B发 生相对运动，产生的电动势为动生 电动势，可以用 E=BLv来计算，也可以用公式n 一来计算，但当金属棒不动而磁场t强度发生变化时，产生的电动势为感生电动

14、势，只能用 n来计算。用课件展示例t题四：如图所示，水平放置的足够长导轨PQ、MN上有一根 长为1 =1m，质量为m=0.2kg的金属棒ab,金属棒ab与 导轨垂直 放置，cd的右边存在竖直向下的磁场。磁感 应 强度开始为B0=1T，已知导轨光滑，PM连接的电阻为R=0.8 Q，金属棒的电阻为r-0.2 Q,此时距cd的距离也为1 -1m, （1）若从t- 0时刻起，磁感强度均匀增加，增量为k-2T/s，同时棒保 持静止.求棒中的感应 电流.在图上标出感应电流的方向；上述（1）情况中，始终保持棒静止，当t-3s末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？发现两条电磁感应计算感应电动势 的不同点，同时分

15、析 在均匀变化磁 场中金属棒所 受安培力的变化过 程，分析若要使金属棒静止的条 件。感应问题中的循环变 化，相互影响的问题特 点及解题的基本注意 点。（针对导轨的光滑与否进行变式）：其实际的问题 与给金属棒施加一个恒力是完全相 似的，只不过摩擦力始 终对金属棒做负功，会把一部分机械能转化为热能，用 PPt展示 例题五：如图所示，水平放置的足够长导轨PQ、MN上有一 根长为1-1m,质量为m-0.2kg的金属棒ab,金属棒ab与导轨垂直 放置，cd的 右边存在磁感应强度为B的匀强磁场。已知导轨光滑，PM连接的电阻为R-0.8 Q，金属 棒的电阻为r-0.2 Q,用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属

16、棒ab上，金属棒ab最 终将做匀速运动当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动 速度v也会变化，v和F的关系如右图.（取重力加速度g 10 m/s2） （1 ）磁感应强度B为多大？（2 ）由v-F图线的截距可求得什么物理量？其值为多 少？运 外 度 率J1A C fftf2 -1I- A 当有其他力出现 时，分析的方法和基 本的思路是一样的， 只有认真的作好受力 分析和运动分析就能 及时找到解决问题的 关键点，同时还要注 意电磁感应中的临界 状态。RX XX XXBX X f d21力的和/6/SZfl 4S 12分析物体的受力情况和青 况，得出金属棒的合与金 属棒最后的匀速速 关系， 并了解图象

17、中倾我距的含 义。（针对导轨的倾斜角度的改变进行变 式）：其实际 的问题与给金属棒施加一个恒力 是完全相似的，只不过是 把重力或重力沿导轨的分力来充当拉金属棒前进时的外力 等。为导轨竖直放置为例：展示例六的问题：如 图所示， 竖直放置的足够长导轨PQ MN上有一根长为1 Tm,质量为m-0.2kg的金属棒ab,金属棒ab 与导轨垂直放置且接触良好，cd的下边存在磁感应强度为 B-1T的匀强磁场。已知导轨光滑，PM连接的电阻为R-0.8Q，金属棒的电阻为r-0.2 Q, ab由静止释 放，在重力 作用下运动，右ab棒距cd的距离x-0.25m，使ab棒从释放至其运动达到匀电磁感应中的感 应电流的

18、四个值：最 大值、平均值、有效 值和瞬时值在不现问 题中的应用是不同的1(XXXXXX)X，.(1速运动时下落的高度为h=0.4m求：（1）ab运动的最大速度；（2）ab从释放至其运动达 到匀速运动 过程中，金属棒ab产生的焦耳热 为多少？ （ 3）ab从 释放至其运动达到匀速运动过程中，流过金属棒ab的完成问题并讨论如何利用功能关系去分析金属棒在运动过程中的状态变化，。电荷量为多少？（针对导轨的形状的改变进行变式）:导轨可能是开口的，也可以是闭合，同时两根导轨 可以是平行的，也可以是相交的，圆形的，甚至可以是正弦式变化的 如例七：如图所 示，OAC。为置于水平面内的光滑闭合金 属 导轨，O、

19、C处分别接有短电阻丝（图中粗线 表法）， R1=4 Q、R2=8 Q （导轨其它部分电阻不计）。导轨 OAC的形状满足方程y=2sin（n x/3）（单位：m）。磁感强度B= 0.2T的匀强磁XK KKX回顾交流电的相关规律，求解通过电磁感应场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从。点滑动到C点，棒与导OC导问题，并相互讨论。的复习加强与交流电相关规律的综合。轨接触良好且始终保持与生要顺利解题需全面理解相关知识，做一些不同类型、不同变化点组（2）抓住解题的切入点：受力分析，运 动分析，合的题目，注意不断地总结，并形成比较完整过程分

20、析，能量分析。（3）模型问题的物理情境变化空间大，题目综合性强，所以该模型问题是高考的热点，同时也是难点，可主动变换题设条件进行研究学习，在高考时碰到自己研究过的不 同变化点组合的题目就不会感到陌生了的知识网络系统，深化电磁感 应问题分析和求解的基本步骤。轨垂直，不计棒的电阻.求：（1）外力F的最大值；（2）金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗 的最大功率；（3）在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系.反思与总结:1）全面掌握相关知识由于题目涉及的 知识点很应用研究性的思路考虑问题，可多，如力学问题、电路问题、磁场问题及能量问题等，学卜一、教学反思1、教学设计有效地利用了课学教学的时间，

21、学生通过问题的变式分析可以较全面掌握相关知识。学生要顺利解题需全 面理解相关规律，如力学问题、电路问题、磁场问题及能量问题等，常用的基本规律有法拉第电磁感应定律、楞次定律、左、右手定则、欧姆定律及力学中的运动学规律、动力学规律、动量定理、动 能定理、动量守恒定律、能量转化和守恒定律等。2、本节课以学生为主体，重点体现以学生参与体验，参与知识的自主建构过程。在课堂设计中，基本模型的建立、模型要素可能变化的分析和猜测、模型变式后问题的求解和讨论，解决相应问题的基本步骤的归纳、新旧物理模型的同化等都是学生自主通过理论推导、物理问题 的求解中去发现和体 会；让学生学会运用知识解决问题的同时，培养学生利用旧知识同化新知识的一般方法和习惯。授人以鱼，不如授人以渔。3、本节课的几处不足和改进想法由于学生基础较差，出于对学生的不信任，在课堂中我不是很放的开，在学生讲的时候，我没有及时给与肯定，让 学生很迷惑了好长时间，同时引导过多，也让学生的自主发挥受到一定的影响。这说明在随堂课上对学生的自主