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专题：电磁感应中的动力学问题和能量问题海南华侨中学物理组 韦爱妍三维目标知识与技能1、 掌握受力分析、物体运动的动态分析的步骤和方法；2、 掌握能量守恒定律、动能定理、功能关系；3、 掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律。过程与方法1、 体验对物体进行受力分析、运动状态的分析过程；2、 会用能量守恒的观点解决物理问题；3、 会用能量守恒定律、动能定理、功能关系解决物理中的能量问题；4、 会用法拉第电磁感应定律（）或、楞次定律（或右手定则）判断感应电动势的大小和电流方向；5、 会运用左手定则判断安培力的方向。情感、态度与价值观通过对电磁感应中动力学问题和能量问题处理，培养科学处理问题的思想，提升综合处理问题的能力，更深层次理解能量守恒定量。教学方法复习法、多媒体辅助教学、讲练结合、分析总结。教学课时一课时教学过程：导入：（教师）电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，通过感应电流的导体在磁场中会受到安培力的作用；力是改变物体运动状态的原因，导体多受一个安培力的作用，运动状态会有什么变化呢？这是我们这节课首先要研究的电磁感应中的动力学问题。（课件展示）一、电磁感应中的动力学问题解决这类问题的关键在于通过受力分析确定运动状态来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等。基本思路：确定电源（E、r）感应电流（闭合电路欧姆定律：）运动导体所受安培力（）受力分析（）运动状态的变化（的变化）临界状态（的最大值或最小值）（实战演练）“精典例题”： 如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L。M、P两点间接有阻值R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向的垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。（1）由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；（3）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值.解析 （1）重力mg，竖直向下；支撑力N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上.（2）当ab杆速度为v时，感应电动势E =Blv，此时电路中电流.ab杆受到安培力，根据牛顿运动定律，有，.（3）当时，ab杆达到最大速度vm.（学生将自己的练习成果在黑板上展示，同学跟老师一起点评）教师点评：（受力分析）棒ab受重力作用沿斜面向下运动从而切割磁感线产生感应电动势，在棒与电阻R形成的回路中产生感应电流，因此棒ab会受到安培力的作用，方向沿斜面向上，受力分析图如图乙所示：（运动状态分析）将重力沿垂直斜面向下（）和沿斜面向下（）分解，合力可由牛顿运动定律求得：，可见，随着速度，加速度，当时，速度达到最大，即：，可求最大的速度。（方法总结）在处理有关电磁感应的问题时,最基础的处理方法还是对物体进行受力分析和运动情况的分析。在对物体进行受力分析时，由于电磁感应现象，多了一个安培力的作用，这一点是不能忽视的。 在分析运动导体的受力时，常画出平面示意图和物体受力图。教师总结：此题的特点是：三个问题按照受力分析运动状态分析进行设置，为学生解决动力学问题指明了思路。第一个问题是对棒ab进行受力分析，问题设置直接问的由b向a方向看画出受力分析图，引导学生将空间立体图甲转换至平面图乙进行分析，这是所有受力分析问题的一般思路；安培力的分析必须经过两步：感应电流方向的判断（楞次定律）、安培力方向的判断（左手定则）。第二个问题求安培力，明确法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力的公式，结果便清晰了，但是要求有非常清晰的思路，三个基本知识也要求学生理解透彻；求加速度，直接将学生的思路引到牛顿运动定律上来，只要第一步受力分析完成，将重力进行分解，合力便可求出。第三问，属于物体运动的动态分析：在第二步基础上，随着速度，加速度，当时，速度达到最大，即：，可求最大的速度。（过渡）上面的例子中，导体切割磁感线，使回路中产生感应电流，即产生了电能，电能是怎样产生的呢？（学生）由机械能转化而来。机械能中的重力势能减少，一部分重力势能转化为导体的动能，一部分转化为电能。（课件展示）电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化。功是能量转化的量度，做功与能量转化的形式相对应，所以从能量转化的观点出发，结合动能定理、能量守恒定律、功能关系来分析导体的动能、势能、电能的变化，就可以建立相应的能量方程（教师）下面我们来看一道“精典例题”（课件展示）“精典例题”：MN为中间接有电阻R=5的U型足够长金属框架，框架宽度d=0.2m,竖直放置在如图所示的水平匀强磁场中，磁感应强度B=5T，电阻为r=1的导体棒AB可沿MN无摩擦滑动且接触良好。现无初速释放导体棒AB，发现AB下滑h=6m时恰达稳定下滑状态。已知导体棒AB的质量m=0.1kg,其它电阻不计。（重力加速度取10N/Kg)求：（1）AB棒稳定下滑的速度；（2）此过程中电阻R上消耗的电能；MNABRVB解析：（1）当ab杆速度为v时，感应电动势， 此时电路中电流.ab杆受到安培力，根据牛顿运动定律，有当时，ab杆达到最大速度，之后将以此速度做匀速直线运动（稳定下滑），则AB棒稳定下滑的速度为：.（2）棒AB下滑的过程中，减小的重力势能部分转化为棒AB的动能，部分转化为电路中的电能，电流做功将电能转化为棒AB和电阻R的内能。由于棒下滑的过程中，所产生的电流是变量，所以在电阻R上消耗的电能不能用求解。但是，棒AB与电阻R串联，通过的电流相等，在通电时间相同的情况下，二者所产生的热量之比等于二者电阻之比。由能量守恒定律： 得：（教师总结）（课件展示）解决电磁感应中的能量问题时，牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了转化:如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其它形式能转化为电能，做正功将电能转化为其他形式的能；熟练应用能量的转化与守恒定律往往可以省去许多细节，使解题简捷、方便。课堂总结：受力分析是整个物理学习中的更要内容之一，因为物体的受力不同决定了物体的运动状态不同，对物体做好受力分析是解决物理中力学问题和运动学问题的前提；能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。在高中物理的学习中，涉及能量变化的问题，灵活地应用能量守恒定律可以使问题的解决更加的简捷、方便。教学反思：本节课所研究的问题是电磁感应中动力学问题和能量守恒的问题。解决动力学问题的关键在于对物体进行受力分析和运动状态的分析，这是在整个高中物理的学习过程中比较基础和关键的两个方法，这也是高二学生在处理问题时仍感觉无从下手的难题。因此，借助于电磁感应问题，精选例题，先从受力分析和运动状态分析着手，让学生做题，检验学生对物体受力分析和运动状态分析的掌握程度，并让学习成绩中等的学生上台展示自己的解题过程，对学生的解题进行评价与分析，肯定其优点，对存在的问题进行纠正并提醒学生。经过练习，发现学生对受力分析仍存在很打困难，表现在：没有按照先重力、再弹力、后摩擦力，最后是其它力的顺序进行受力分析；在画受力示意图时，无法正确画出恰当的力的示意图。在求合力，结合牛顿运动定律分析物体的运动状态时，对加速度和速度的动态变化，大部分学生还不熟悉。整体而言，要熟练运用受力分析方法解决物理问题，还需加强练习。能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。在解决物理问题中，熟练应用能量守恒定律往往使得解题更加方便快捷。但在实际问题中，学生对如何应用这一定律仍感到无所适从。主要原因是对什么形式的能量在相互转化不明确，对功能关系掌握不够，对如何运用动能定理、机械能守恒定律解决问题找不到思路，简而言之，练习做得不够，相应的知识和方法积累不多。用能量守恒定律解决问题，比如，在解决电磁感应中的能量问题时，要牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有