人教版高中物理《电磁感应现象中的导轨问题》教学设计.docVIP

电磁感应现象中的导轨问题 　 一、教学目标: 1、会从安培力冲量等于动量变化这个角度求导轨问题中的一些电量、位移问题。 2、会分析同宽度双轨上单双棒的收尾运动情况。 3、会分析不同宽度轨道上运行的双棒能量的转换情况，能用动量定理求解收尾速度。 二、教学过程: 电磁感应现象中的导轨问题,其原型来自于教材中的一个演示实验。 原型题：如上图所示，已知AB杆长为L，磁感强度为B，电流计和导线电阻为R，杆电阻为r，杆为速度v向右作匀速直线运动，请画出等效电路图。（师边讲边出示各图） 对此模型作些适当的变换可派生出很多物理情景来，原型中，BLV是恒定的适当变换对象的环境，结构，可以是B变化的情景（图），也可以是L变化的情景（图），也可以是V变化的情景（图），这些情景中都是单个导体棒，也可以是两个导体棒的情景，下面就导体切割磁感线的基本情景出发，来讨论一些导轨问题。 例：导轨光滑，金属 棒初速度V0，导轨间距为L，电阻为R，导体棒的质量m，磁感强度为B。 师：导轨做什么运动？最终速度如何？ 生：变减速运动，最终速度为零。 师：对这样的基本问题可以从变更提问物理量的角度来变换。最终停止时，电阻R上的焦耳热为多少？ 生：1/2mV2。 师：最终停止时，通过导体棒的总电量？ 启发学生规范解答： 把导体棒的运动过程分成时间间隔很小的n段 －BI1△t = mV1－mVo －BI2△t = mV2－mV1 第n段 －BIn△t = mVn－mVn_1 在很短的时间内可以认为I是不变的，则I△t为每一段的电量，对上面各式，左右边分别求和，可得：－BQl = －mVo,即 师：最终停止时，导体棒通过的位移？ 引导学生规范解答： 所以 师：对这类求电量位移的问题，我们往往通过安培力冲量等于动量变化的角度来考虑。 师：对此问题：我们也可对对象的环境结构作些适当的变换，设问：假如导体在恒力的拉动下，作什么运动？ 例：如图，两平行金属导轨固定在水平面上，导轨间距L，磁感强度为B，电 阻为 R，导体棒在恒力F作用下由静止开始无摩擦滑动，求滑行最大速度Vm 生：当F安 = F时，V最大。 师：在恒力作用下导体做变加速直线运动，如果一定要使金属棒匀加速运动，对力F有何要求。 例：用一水平的外力F使棒从t0 ＝0开始由静止开始以加速度a做匀加速运动，求满足此运动的外力F随时间t的关系式。 引导学生规范解答： 师：上述情景中，都只有一根导体棒的情况，有时会出现两根导体棒的情况。 例：如图所示，两根相互平行间距为L的金属轨道固定在水平面上，在该轨道上垂直放置两根金属杆甲和乙，它们的电阻分别为R1和R2，质量分别为m1和m2。开始时两金属杆都静止在轨道上。某一时刻乙杆受到水平向右的瞬时冲量作用，以初速度v0沿轨道滑动，这个瞬间甲杆的速度仍可视为零。金属轨道足够长，金属杆与导轨接触良好，不记轨道摩擦及其电阻，求两金属杆最后的稳定速度是多少？ 设问：单棒最终速度。双棒会不会0 一个加速一个减速，当速度相等时，电流为零 师：最终速度多少？ 生：m2V0=（m1+m2）V V＝ 师：若甲棒都有初速度？如图 师：只不过初动量是两者矢量和 师：双棒问题中有时情景还要复杂一些，两根导轨宽度不同， 例：如图所示，水平放置的光滑金属导轨有宽、窄两部分组成，宽部分的间距是窄部分的两倍，金属杆甲、乙均垂直导轨且质量相等，现给甲杆一水平向右的初速度VO ，乙不固定，不计导轨电阻，求两金属杆最后的稳定速度是多少？ 师：动量是否守恒？为什么？ 生：因为两棒所受安培力大小不等，所以动量不守恒。 师：稳定时两棒速度相等吗？ 生：速度不等，因为V相同必有电流也就必有安培力，所以稳定时两棒受力必为零，必定没有电流，所以两棒速度必满足两倍关系。 解：设乙受到冲量为I，则甲受到2I，甲最后速度V，，则乙最后速度2 V， 2I=MV0-MV， I=2MV， V，=1/5 V0 2 V，=2/5 V0 师：本题动量不守恒，机械能不守恒，如甲乙两棒初速度不同，如图， 处理思路与上述相同 设问：两棒问题中，如果用力拉导体棒，情景又会怎样？ 例: 如图所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度为B的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计，导轨间的距离为l。两根质量均为m，电阻均为R的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直。在t＝0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行，大小恒为F的力作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动，试分析金属杆甲、乙的收尾运动情况？ 解：设某时刻甲和乙的速度分别为V1和V2，加速度分别为a1和a2，受到的安培力大小均为F1 则感应电动势为，感应电流为 对甲和乙分别由牛顿第二定律得：， 当V1-V2 = 定值（非零），即系统以恒定