1、单杆仅在安培力作用下的运动教学设计湖北省恩施高中陈恩谱一、教材分析高考研究（三）金属杆在导轨上运动的三类问题属于三维设计第十单元电磁感应一章一轮复习的最后一节，是将已经复习的电磁感应基本知识与电路、运动和力、能量、动量观点综合起来的一节，综合性灵活性强。近几年高考常见感应电路综合问题题型有两类：金属线框穿过磁场和金属棒在导轨上的运动，其中金属线框已经在前面各节有较多涉及，而金属棒在导轨上运动的基本模型也已经有所涉及。本节将金属杆在导轨上运动分为常见的三类情况：单杆仅在安培力作用下的运动、单杆在安培力和其他力共同作用下的运动、双杆在导轨上的运动。其中本节课只考虑完成第一个情况。三维设计资料首先采
2、用表格方式将电源驱动金属棒、给金属棒初速度（接电阻）、给金属棒初速度（接电容）三种具体情形进行了运动分析并作出了v-t图象，然后以一个例题（本教学设计的【例1】）和一个变式（本教学设计的【变2】）的方式展开复习。二、学情分析为了开展本次同课异构交流活动，原计划选择的授课班级是三个已经将电磁感应一章复习到这个地方来了的班级，最后年级组通知的三个授课班级，却正好都还没有进入电磁感应一章的复习，学生的准备情况就是高二上新课学习过这部分内容、在高三已经开始的理综考试中偶尔涉及过一两次，最好的可能，是任课老师已经组织学生将课本浏览了一遍。因此，本节授课既要按原计划进行电磁感应一章综合性最强、能力要求最高
3、的部分的复习，又要和学生一道做好电磁感应基础知识的铺垫，教学中需要节奏放慢、思路理清、细节研透，才能对学生有一定的价值。三、教学目标1、知识与技能：熟悉电磁感应基本知识，了解电磁感应一章复习的总体思路，掌握分析“金属杆在导轨上运动”的基本思路，熟悉相应的基本结论。2、过程与方法：通过教师的引导和小组自主探究，掌握“金属杆在导轨上运动”问题中动态过程分析的基本思路和方法，掌握微元法结合动力学方程处理非均匀变化过程中速度、位移、电荷量计算问题。3、情感、态度与价值观：培养学生深入复习本章的兴趣和信心。四、教学重难点1、金属棒的运动情况分析；2、金属棒运动过程中的能量分析。五、教学媒体PPT多媒体课
4、件，三维设计一轮复习资料六、教学时间2节课七、教学过程设计（）引入1、总体介绍本章思路和本节地位（1）本章知识网络动生（E=BLv，左手定则）变EIU、q电路问题感生（StBnE ，楞次定律）F安a、v运动、动力学问题I安动量动量问题W安动能、电能能量问题第一节课回顾铺垫闭合电路欧姆定律方程rREI （2）本节地位近几年高考常见感应电路综合问题题型有两类：金属线框穿过磁场和金属棒在导轨上的运动，其中金属线框已经在前面各节有较多涉及，这节课开始我们重点研究金属棒在导轨上的运动，也就是“高考研究（三）”。2、一个基本情景如图所示，间距为L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值
5、为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m，电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。要使金属棒向右运动起来，有些什么办法？【参考归纳】（1）给初速度（2）施加力（3）提供电源（电池、电容、另一根运动的导体棒或磁场的变化）本节课按三维设计的分类，研究“题型1：单杆仅在安培力作用下的运动”。问题情景导入学生举手自由回答板书标题（一）阻尼式：金属棒以初速度v0开始运动【例1】(2018泰安模拟)如图所示，间距为L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m，电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。
6、整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v0沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。下列说法正确的是( )A金属棒在导轨上做匀减速运动B整个过程中电阻R上产生的焦耳热为mv022C整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为qRBLD整个过程中金属棒克服安培力做功为mv022问题探究一：金属棒的运动v，a1、过程分析初态：有无加速度？什么方向？中间：此后做什么运动？匀减速？加速度如何变化？最终：金属棒做什么运动？2、试画出金属棒整个过程的v-t图象。问题探究二：电阻R上的焦耳热如何计算电阻R上的焦耳热？1、RtIQ 2？I=?I如何变化？试作i-t图象。（
7、1）微元法：若已知i=f(t)，tRiQ 2， tRiQ 2，求积分；（2）有效值：RtIQ 2有。2、计算能量变化的其他方法？（1）能量守恒：动能减小，焦耳热增加，动能转化为焦耳热：2021mvQ？（2）功能关系：动能减小，安培力做负功，将动能转化为什么能量？相等？iEBLviviLBvF 安电安EEW k引导学生逐步探究，建立起基本的研究思路学生自主探究初态斜率？时间多长？图象斜率：RBLvi 2 atvti 回路总焦耳热与部分电路上的焦耳热的区别问题探究三：金属棒的位移1、如何计算金属棒的位移？?vtx ?tvx 20vv ？tvx （微元法）2、微元法如何着手？（1）RBLvi 2tR
8、BLvti 2xRBLq 2xRBLq 2 (即总Rq )，x=?（2）RvLBF 2 22tRvLBtF 2 22xRLBvm 2 22xRLBmv 2 220 ，x=?3、tvx真的不行？（1）RvBLI 2tRvBLtI 2xRBLq 2，x=?（2）RvLBF 2 22tRvLBtF 2 22xRLBmv 2 220 ，x=?4、v-x变化规律是怎样的？xRLBvm 2 22AmRLBxv 2 22：另类匀变速运动，另类加速度（1）试画出金属棒的v-x图象（2）利用图象可否找到求解金属棒位移的方法？类比v-t图象： avt 0？ Avx 0面积：tvx xv？k222 EWxRvLB
9、积分 k222 ExvRLB20022 2122 mvxvRLB ，x=?【变1】如图所示，间距为L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端接有一个电容为C的理想电容器，导轨上横跨一根质量为m，电阻为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v0沿导轨向右运动。试分析：（1）金属棒在导轨上的运动情况；（2）金属棒的最终速度和电容器最终电压各为多少？（3）整个过程中的能量转化情况。问题探究一：金属棒的运动v，a1、过程分析初态：有无加速度？大小如何计算？中间：此后做什么运动？加速度如何变化？如何计算？最终：金属棒做什么运动？
10、2、试画出金属棒整个过程的v-t图象。问题探究二：金属棒的最终速度v1和电容器最终电压U11、已有的包含v1、U1的方程：11 UBLv 2、差方程，如何寻找？（1）1CUq（2）q=? i-t图象，面积？微元法！vmtiLB vmLBq 01 mvmvLBq v1、U1v-t图象，面积？寻找含v的表达式，乘以tE=BLv？两种算法结果不一样，说明什么？寻找含v的表达式，乘以t真的不是匀变速运动？平行班不讲面积算法：xvxv 20 学生分组探究RBLvI 00 R UBLvi 初态斜率？时间多长？U1怎么来的？充电！问题探究三：能量转化情况金属棒动能减小，电容器储存电场能增加，金属棒焦耳热增加
11、（22120 212121 CUQmvmv ）【总结】（1）动态过程分析：v a初中末v-t图象（2）微元法：x=vt，v=at，q=it牛顿第二定律动量定理动能定理能量守恒平行班不讲下节课处理其他类型（二）电动式：金属棒初速度为0【例2】如图所示，间距为L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端接有一个电动势为E、内阻为r的电源，导轨上横跨一根质量为m，电阻为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现将开关闭合。试分析：（1）金属棒在导轨上的运动情况；（2）金属棒的最终速度和通过金属棒电荷量各为多少？（3）整个过程中的能量转化情况。【变
12、2】如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好。t0时，将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图像正确的是( )第二节课学生分组探究回路总电动势微元法、动量定理安培力的功与能量的转化学生分组探究q-t图象的斜率金属棒的最终速度如何求解？能量角度如何理解？（三）小结与练习1、小结【总结】（1）动态过程分析：v a初中末v-t图象（2）微元法：x=vt，v=at，q=it牛顿第二定律动量定理动能定理能量守恒2、练习：继续完成高考研究（三）金属杆在导轨上
13、运动的三类问题剩下2个题型的例题、变式和练习。发电式（施加力）板书设计题型1：单杆仅在安培力作用下的运动一、阻尼式：金属棒以初速度v0开始运动【例1】1、金属棒运动规律：v，a初：v0a0中：v a，RBLvi 2末：静止v-t图象2、电阻R上的焦耳热（1）RtIQ 2？微元法： tRiQ 2有效值：RtIQ 2有（2）能量观点能量守恒：总QE k功能关系：电安EEW k3、金属棒的位移（1）微元法：tvx （2）平均速度法：tvx（3）v-x变化规律：另类匀变速运动【变1】1、金属棒运动规律：v，a初：v0a0中：v a，RUBLvi 2末：匀速v-t图象2、金属棒的最终速度v1和电容器最终电压U111 UBLv 、1CUq、vmtiLB vmLBq 01 mvmvLBq 3、能量转化情况：QE k第一节课（第二节课略）八、教学反思1、2、3、
