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，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，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——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解题的基本步骤

九、教学设计思路

第一课时

—

第二课时

回顾涉及电磁感应的基本概念与规律

—变匀强磁场为均匀变化的磁

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）

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

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

（针对金属棒进行变式）：把金属棒上的初速度为水平外力，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 =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=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

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V—t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？

（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

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=0.2 Q,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 —来计算，但当金属棒不动而磁场

强度发生变化时，产生的电动势为感生电动

势，只能用n——来计算。用课件展示例

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。

讨论原电源和感应电源对

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。

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。

P C an C?

1 EK K K 3

X X X 5 卜八

XXX

w d b N

完成对例题的求解过程，对比

上节课的分析思路

当金属棒在磁

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

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。

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。

形成完整的单杆切割

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。通

过磁场变化引起安培

力的变化来分析电磁

卜一、教学反思

1、教学设计有效地利用了课学教学的时间，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。

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 的电荷量为多少？

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，。

（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，OACO 为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O 、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 O 点滑动到C 点，棒与导

轨接触良好且始终保持与 OC 导

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

多，如力学问题、电路问题、磁场问题及能量问题等，学生要顺利解题需全面理解相关知识，

（2）抓住解题的切入点：受力分析，运动分析，

过程分析，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，

回顾交流电的相关规律，求解问题，并相互讨论。

应用研究性的思路考虑问题，可做一些不同类型、不同变化点组合的题目，注意不断地总结，并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

通过电磁感应的复习加强与交流电相关规律的综合。

形成比较完整的知识网络系统，深化电磁感应问题分析和求解的基本步骤。

M x K K

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

①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学习能力的

培养不够，所以一些内容和要求较低的课应多设计成学生的探究课。

②由于课堂设计为二个课时，而高三复习课每天一节，二个课时分开上，隔了一天，知识的连贯性受到一定的影响。

建议大家这样的设计最好能二节课连上，效果可能会更好一些。

③通过课后的学生反馈发现学生在两节课的学习后仍有较多疑问，如：安培力做功在能量转化的过程中扮演着什么角色，速度的变化与安培力的变化、加速度大小的变化存在循环影响时，思维分析有障碍。这就要求教师在学生研讨这些问题

时要多加以帮助和引导。

十二、专家的点评

1、教学设计较完整，能有效地完成知识的传授和学生能力的培养，有很强的使用价值。但我认为一般公开课的设计应

在一个课时内完成，如果必需二个课时完成的，二个课时内容应相对较独立，每节课各自的目标要明确。

2、课堂以学生自主学习为主，教师引导为辅，让学生在一定的情境中研讨从而得出物理结论有利于学生学习能力的培养，也充分体现新课程改革的理念。但从课堂上看，这个班级的学生明显心有余而力不足，多个学生代表发言语言表述不严密、不规范。因此我们要重视平时课堂的积累，从个别学生到集体，从一个小问题到一个小课题，逐步培养学生发现问题、

思考问题、解决问题和表达自己观点的能力。高楼是一层层累加而成的，我们不能期望学生一夜成材。

3、对于电磁感应的单杆切割磁感线的问题由于综合性太强，学生不可能通过一两节课堂的教学就能全面掌握，虽然部

分学生在课堂中表现出了很好的分析和表述能力，但毕竞有教师在旁边引导的作用，学生表面上似乎都懂了，但课后我问及

旁边学生，还不是很理解。课后作业要及时跟上，可能会有更好的效果。

初稿完成于2013期未

温州外国语学校肖云乐