《电磁感应的动力学问题》教学设计.doc

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动学生活动创设情境图文展示06年高考题（06北京）磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。如图2所示，通道尺寸。工作时，在通道内沿z轴正方向加的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压；海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率。 （1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；（2）船以的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到。求此时两金属板间的感应电动势；（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压按计算，海水受到电磁力的80%可以转化为对船的推力。当船以的速度匀速前进时，求海水推力的功率。观看与感受通过实际的高考案例，调动学生的积极性，激发学习热情。知识回顾梳理解决力学问题的规律与特点（1）电磁感应的规律感应电动势 E= ， 感应电流 I= 感应电量 q= 感应电流受到的安培力 F= 安培力的功率 P= （2）解决力学问题的规律和特点梳理解决力学问题的规律与特点 牛顿第二定律-瞬时关系 动能定理-过程与状态的关系 机械能守恒定律-状态关系 动量定理-过程与状态的关系 动量守恒定律- 状态关系回顾与思考帮助学生学会梳理自己的思维过程，回顾梳理解决力学问题的规律与特点热身练习1.如图17-9所示，将边长为l、总电阻为R的正方形闭合线圈，从磁感应强度为B的匀强磁场中以速度v匀速拉出（磁场方向，垂直线圈平面）（1）所用拉力F （2）拉力F做的功W （3）拉力F的功率PF （4）线圈放出的热量Q （5）线圈发热的功率P热 （6）通过导线截面的电量q 图17-9FvB2.如上图所示，PQNM是由粗裸导线连接两个定值电阻组合成的闭合矩形导体框，水平放置，金属棒ab与PQ、MN垂直，并接触良好。整个装置放在竖直向下的匀强磁场中，磁感强度B=0.4T。已知ab长l=0.5m，电阻R1=2，R22，其余电阻均忽略不计，若使ab以v=5m/s的速度向右匀速运动，作用于ab的外力大小为_N，R1上消耗的电热功率为_W。（不计摩擦）学生思考、讨论，解答学生思考、讨论完成模型建构：思考、回答：通过基础题目回顾有关电磁感应的知识。规律与方法例1 如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为B，在导轨的A、D端连接一个阻值为R的电阻一根垂直于导轨放置的金属棒ab，其质量为m，从静止开始沿导轨下滑求：ab棒下滑的最大速度（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为，导轨和金属棒的电阻都不计）1、题目中表达的是什么物理现象？ab棒将经历什么运动过程？动态分析2、画受力图3、金属棒在速度达到最大值时的力学条件是什么？4、当v最大时，沿斜面方向的平衡方程为5、通过上述分析，你能说出何时金属棒的加速度最大？最大加速度为多少？【重难点击】基本方法：巩固练习1：如图所示，竖直平行导轨间距L=20cm，导轨顶端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4，质量m=0.1kg，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度B=1T；当ab棒由静止释放0.8 s后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。（g取10m/s2）求 ( 1 )接通电键时，ab棒受到的安培力？ （2）ab棒的最大速度的大小？思考、回答：学生讨论学生思考、讨论，总结，通过师生互动、生生互动完成。通过具体实例，建构物理情景例2 如图3-9-6所示，质量为m1的金属棒P在离地h高处从静止开始沿弧形金属平行导轨MM、NN下滑水平轨道所在的空间有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B水平导轨上原来放有质量为m2 的金属杆Q已知两杆质量之比为34，导轨足够长，不计摩擦，m1为已知求：（1）金属棒P刚进入磁场区域时的速度?（2）两金属杆的最大速度分别为多少？（3）在两杆运动过程中释放出的最大电能是多少？分析: 1。先确定两杆分别受什么力，做什么运动，何时速度最大，最大速度怎样求 ?2P、Q棒组成的系统动量是否守恒？若守恒，列出动量守恒方程。 3考虑一下全过程中什么能量减小，什么能量增加？巩固练习3如3-9-17图所示，MN和PQ为平行的水平放置的光滑金属导轨，导轨电阻不计，ab、cd为两根质量均为m的导体棒垂直于导轨，导体棒有一定电阻，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，原来两导体棒都静止当ab棒受到瞬时冲量而向右以速度v0运动后，（设导轨足够长，磁场范围足够大，两棒不相碰） Acd棒先向右做加速运动，然后做减速运动Bcd棒向右做匀加速运动Cab棒和cd棒最终将以v0的速度匀速向右运动D从开始到ab、cd都做匀速运动为止，在两棒的电阻上消耗的电能1/4mv02思考、回答：学生讨论学生思考、讨论，通过师生互动、生生互动完成通过具体实例，建构物理情景展望及作业【高考材料】07理综24（20分）用密度为d、电阻率为、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框abba。如图所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计。可认为方框的aa边和bb边都处在磁极间，极间磁感应强度大小为B。方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平（不计空气阻力）。求方框下落的最大速度vm（设磁场区域在竖直方向足够长）；当方框下落的加速度为g/2时，求方框的发热功率P；已知方框下落的时间为t时，下落的高度为h，其速度为vt（vtvm）。若在同一时间t内，方框内产生的热与一恒定电流I0在该框内产生的热相同，求恒定电流I0的表达式。NS金属方框SL激发磁场的通电线圈图1 装置纵截面示意图LNSSaabb磁极金属方框图2 装置俯视示意图思考与讨论通过07理综题目 感知电磁感应的动力学应用，实现模型与实例的转换附： 电磁感应的动力学问题学案【学习目标】（一）知识与技能 1、了解电磁感应定律与力学规律的应用是电磁感应高考命题的重点。 2、知道电磁感应现象中的安培力、该力在电磁感应现象中作用，并能分析、计算有关问题（二）过程与方法 通过概念与规律的复习，进一步了解物理学的研究方法（三）情感、态度与价值观 促进学生科学素质的培养【学习重点】分析电磁感应现象中的安培力、该力在电磁感应现象中作用，并结合力学规律计算相关的动力学问题【学习难点】通过运动状态的分析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。【学习活动】一、了解高考中有关电磁感应的命题二、知识回顾（1）电磁感应的规律感应电动势 E= ， 感应电流 I= 感应电量 q= 感应电流受到的安培力 F= 安培力的功率 P= （2）解决力学问题的规律和特点三、热身练习1.如图17-9所示，将边长为l、总电阻为R的正方形闭合线圈，从磁感应强度为B的匀强磁场中以速度v匀速拉出（磁场方向，垂直线圈平面）图17-9FvB （1）所用拉力F （2）拉力F做的功W （3）拉力F的功率PF （4）线圈放出的热量Q （5）线圈发热的功率P热 （6）通过导线截面的电量q 2.如上图所示，PQNM是由粗裸导线连接两个定值电阻组合成的闭合矩形导体框，水平放置，金属棒ab与PQ、MN垂直，并接触良好。整个装置放在竖直向下的匀强磁场中，磁感强度B=0.4T。已知ab长l=0.5m，电阻R1=2，R22，其余电阻均忽略不计，若使ab以v=5m/s的速度向右匀速运动，作用于ab的外力大小为_N，R1上消耗的电热功率为_W。（不计摩擦）四、规律与方法例1 如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为B，在导轨的A、D端连接一个阻值为R的电阻一根垂直于导轨放置的金属棒ab，其质量为m，从静止开始沿导轨下滑求：ab棒下滑的最大速度（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为，导轨和金属棒的电阻都不计） 1、题目中表达的是什么物理现象？ab棒将经历什么运动过程？动态分析2、画受力图3、金属棒在速度达到最大值时的力学条件是什么？4、当v最大时，沿斜面方向的平衡方程为5、通过上述分析，你能说出何时金属棒的加速度最大？最大加速度为多少？五【重难点击】基本方法：巩固练习1：如图所示，竖直平行导轨间距L=20cm，导轨顶端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4，质量m=0.1kg，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度B=1T；当ab棒由静止释放0.8 s后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。（g取10m/s2）求 ( 1 )接通电键时，ab棒受到的安培力？ （2）ab棒的最大速度的大小？巩固练习2：水平放置的金属框架abcd，宽度为0.5m，匀强磁场与框架平面成30角，如图所示，磁感应强度为0.5T，框架电阻不计，金属杆MN置于框架上可以无摩擦地滑动，MN的质量0.05kg，电阻0.2，试求当MN的水平速度为多大时，它对框架的压力恰为零，此时水平拉力应为多大? 例2 如图3-9-6所示，质量为m1的金属棒P在离地h高处从静止开始沿弧形金属平行导轨MM、NN下滑水平轨道所在的空间有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B水平导轨上原来放有质量为m2 的金属杆Q已知两杆质量之比为34，导轨足够长，不计摩擦，m1为已知求：（1）金属棒P刚进入磁场区域时的速度?（2）两金属杆的最大速度分别为多少？（3）在两杆运动过程中释放出的最大电能是多少？分析: 1。先确定两杆分别受什么力，做什么运动，何时速度最大，最大速度怎样求 ?2P、Q棒组成的系统动量是否守恒？若守恒，列出动量守恒方程。 3考虑一下全过程中什么能量减小，什么能量增加？ 巩固练习3如3-9-17图所示，MN和PQ为平行的水平放置的光滑金属导轨，导轨电阻不计，ab、cd为两根质量均为m的导体棒垂直于导轨，导体棒有一定电阻，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，原来两导体棒都静止当ab棒受到瞬时冲量而向右以速度v0运动后，（设导轨足够长，磁场范围足够大，两棒不相碰） Acd棒先向右做加速运动，然后做减速运动Bcd棒向右做匀加速运动Cab棒和cd棒最终将以v0的速度匀速向右运动D从开始到ab、cd都做匀速运动为止，在两棒的电阻上消耗的电能1/4mv02【高考材料】07理综24（20分）用密度为d、电阻率为、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框abba。如图所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计。可认为方框的aa边和bb边都处在磁极间，极间磁感应强度大小为B。方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平（不计空气阻力）。求方框下落的最大速度vm（设磁场区域在竖直方向足够长）；当方框下落的加速度为g/2时，求方框的发热功率P；已知方框下落的时间为t时，下落的高度为h，其速度为vt（vtvm）。若在同一时间t内，方框内产生的热与一恒定电流I0在该框内产生的热相同，求恒定电流I0的表达式。NS金属方框SL激发磁场的通电线圈图1 装置纵截面示意图LNSSaabb磁极金属方框图2 装置俯视示意图 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