高考物理一轮复习教学设计：导轨单杆模型

《电磁感应综合问题——导轨单杆模型》教学设计《电磁感应综合问题——导轨单杆模型》教学设计章节名称§电磁感应综合问题——导轨单杆模型学科高三物理课时1课时课型复习课教学背景教材分析本节课选自高中物理一轮复习第十章《电磁感应》中《学科素养提升》板块。电磁感应现象的应用历来是高考的重点、热点问题，而“导轨单杆”模型则在电磁感应综合问题中频繁出现，考察运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合运用，在高考题中以选择题和计算题的形式进行命题，考察难度中等偏上。本节课知识涵盖面广，课堂容量较大，需要较强的物理思维能力。为了突破上述难点，本节课授课时先从原始模型开始引入，通过创设一系列问题链，让学生思考讨论，总结出电磁感应“导轨单杆”模型的解题思路，进而强化电路分析能力和应用力学三大观点解决物理问题的能力。学情分析本节课授课对象是高三学生，目前一轮复习已步入中后期。在此之前，学生已经对电路、磁场、电磁感应及力学三大观点进行了深入复习，能较好的掌握对应的基本公式及导出公式。但学生在应用公式解决实际问题的能力方面相对较差，对电磁感应中电路、动力学、能量等问题的解题思路不清晰，缺乏对力学三大观点的综合分析训练，因此本节课的重点在于应用力学三大观点及电路分析解决“导轨单杆”模型，进而总结出解题思路。物理核心素养分析物理观念掌握电磁感应中运用力学三大观点（牛顿观点、能量观点、动量观点）解决问题的分析方法。理解电磁感应过程中能量的转化情况。科学思维1.建构“导轨单杆”模型，训练学生利用模型解决电磁感应相关问题的能力。2.通过思考讨论过程，培养学生归纳、总结的科学思维方法。科学探究经历思考讨论过程，引导学生归纳、总结出解题思路，进而能应用其进行解题。科学态度与责任1.通过本节课的学习，体会高中物理力学三大观点的应用，理解物理学的严谨之美。教学重点掌握电磁感应中运用力学三大观点（牛顿观点、能量观点、动量观点）解决问题的分析方法。教学难点理解电磁感应中的能量转化情况。教学方法教师创设模型，设置问题链，启发、引导；学生进行讨论、交流教学用具PPT、习题教学思路教学过程教学过程教学过程教学过程师生活动设计意图【导课】1.复习巩固：《电磁感应》思维导图复习提问：①感应电流的产生条件？②感应电流方向判断？③感应电动势大小计算？④如何画出等效电路图？电源的正负极？2.高考定位：《电磁感应》在高考中的考察情况讲述：①主要题型：选择题、计算题②难度档次：多为中档以上难度的题目③命题趋势：通过“杆＋导轨”模型、“线圈穿过有界磁场”模型，考查电磁感应与力学、电路、能量等知识的综合应用【讲授内容】原始模型创设原始模型：两条间距为l的粗糙平行导轨放置在水平面上，处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨动摩擦因数为，在导轨上放置一个质量为m的导体棒ab，导体棒刚开始静止，t=0时刻闭合开关，同时对导体棒施加一个恒力F作用，定值电阻阻值为R，导体棒阻值为r。求：(1)导体棒的收尾速度vm？分析导体棒的运动。提问：如何分析导体棒的运动？电流是如何产生的？画出等效电路图。RE、r△RE、rE=BlvI=提问：判断导体棒的运动情况？加速/减速分析什么？加速度怎么变列什么方程？最终分析出导体棒的运动情况。△牛顿：运用牛顿观点分析导体棒受力情况、运动情况。aF安=BIlaF安FfF联立得∝vF安FfF导体棒做加速度减小的加速运动，之后匀速运动。当a=0时，速度最大，此时导体棒达到平衡状态。→vm已知某时刻瞬时速度v1=2m/s，求该时刻导体棒的加速度a1及安培力的瞬时功率P安1？提问：要求解的是对应一个点的运动状态还是对应一段的运动过程？列什么方程或公式？求某一时刻的加速度和功率，对该时刻列牛顿第二定律和瞬时功率公式。△牛顿：→a1已知到达收尾速度时的总位移x=10m，求通过导体棒横截面积的电荷量q及电阻R上产生的焦耳热QR？提问：产生的电流是恒定电流吗？能利用如何求解电荷量及焦耳热？导体棒的运动不是匀速运动，产生的感应电流不是恒定电流，无法用求解，需用到电路和电磁感应相关公式求电荷量q，用能量观点求焦耳热QR。△电路：△能量：若x未知，而已知运动总时间t=6.5s，如何求通过导体棒横截面积的电荷量q？导体棒的运动不是匀速运动，产生的电流不是恒定电流，已知时间t，想求电荷量q，但无法用运动学牛顿观点进行求解，进而采取动量观点进行求解。△动量：→q更改条件更改条件：t=0时开关处于断开状态，t1时刻闭合开关。分析导体棒的运动情况。小组讨论1：这个模型的受力情况与上一个模型有什么区别？刚开始运动时，导体棒切割了磁感线，但由于回路不闭合，不会产生感应电流，导体棒不会受到安培力；后来闭合开关之后，导体棒切割了磁感线，回路闭合，能产生感应电流，导体棒受到了安培力，阻碍了导体棒的运动。小组讨论2：分析受到安培力之后，导体棒的运动情况。导体棒的运动可能存在几种情况？刚受到安培力时，导体棒有运动速度，分析导体棒加速还是减速，要看合力的方向。再判断加速度如何改变，需列出牛顿第二定律。①如果，则合力为零，导体棒处于平衡状态，此后做匀速运动。匀速的速度即为上述的收尾速度。若，则做匀速运动。②如果，则合力向右，导体棒之后做加速运动，，做加速度减小的加速运动。这种情况下若，则做加速度减小的加速运动。③如果，则合力向左，导体棒之后做减速运动，，做加速度减小的减速运动。这种情况下若，则做加速度减小的减速运动。模型变形列出导轨单杆模型的变形情况：针对导轨平面：水平面、斜面、竖直面针对磁场：无界磁场、有界磁场、B变化磁场、磁场形状……总结解题思路小组讨论：根据原始模型中的（3）（4），总结出求回路中总焦耳热的方法。复习本章架构，为本节课内容做好铺垫。明确高考定位，强调模型意义。创设原始模型，通过设置问题链，引发学生思考、讨论。运用电路相关知识及高中物理力学三大观点对导轨单杆常规模型进行解题。培养学生的综合能力。在教学过程中顺带提问公式，提高学生的紧张感。更改已知条件，重新分析电磁感应现象及受力和运动情况，加深对电磁感应的理解，强化了牛顿观点的应用。总结解题思路。【习题巩固】例：如图所示，质量为m的导体棒在恒力F作用下，从静止开始沿倾角为θ、宽度为l的足够长的粗糙金属导轨向上滑，斜面粗糙程度为，整个装置处于垂直导轨平面向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。导体棒沿斜导轨向上滑动x时，流过导体棒的电流恰好开始稳定，导体棒电阻为R，其他电阻不计，重力加速度为g，求：(1)最终稳定时导体棒的速度v；(2)达到稳定速度的过程中通过导体棒的电荷量q；(3)达到稳定速度的过程中导体棒产生的焦耳热Q。【课后作业】练习册P185T例5、P186T例1习题训练，夯实解题思路。板书设计§复习课：电磁感应综合问题——导轨单杆模型原始模型(1)电路:E=Blv(3)电路:I=∝v牛顿:F安=BIl