趙賀林

(北京市第八十中學(xué) 北京 100102)

在一章結(jié)束，教師如果能夠把本章應(yīng)掌握的主要知識(shí)內(nèi)容和能力要求，融入到一道或幾道典型的問(wèn)題情境中，通過(guò)設(shè)置具體的物理問(wèn)題情境，并對(duì)物理情境進(jìn)行深入地挖掘和拓展，最終達(dá)到由淺入深，由易到難，由簡(jiǎn)到繁，一題多聯(lián)，一題多變的目的.通過(guò)題目情境，使學(xué)生明白應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)什么，學(xué)到什么程度，使章末小結(jié)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起更好的導(dǎo)向作用.同時(shí)對(duì)學(xué)生加深知識(shí)的理解，構(gòu)建良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高其分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，起到事半功倍的效果.筆者在“電磁感應(yīng)”一章小結(jié)的教學(xué)中，選用最常見(jiàn)的閉合電路中的一部分導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情境(教科版選修3-2第29頁(yè))，以18個(gè)問(wèn)題的形式，進(jìn)行了多角度的挖掘與拓展，涵蓋了本章主要的知識(shí)內(nèi)容和重點(diǎn)，收到了良好的教學(xué)效果.

問(wèn)題情境：如圖1所示，導(dǎo)體棒ab在水平放置的光滑導(dǎo)線框上向右做勻速運(yùn)動(dòng)，線框中接有R=0.4 Ω的電阻，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向內(nèi).設(shè)ab和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)=0.4 m，ab質(zhì)量為m=0.1 kg,電阻Rab=0.1 Ω，運(yùn)動(dòng)速度v=5 m/s，導(dǎo)線框的電阻不計(jì).

圖1

問(wèn)題1：電路abcd中相當(dāng)于電源的部分是______，______點(diǎn)相當(dāng)于電源正極.

答案：ab段；a點(diǎn).

解析：旨在考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問(wèn)題，能夠判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向.滲透等效處理的物理思想，為解決后續(xù)問(wèn)題奠定基礎(chǔ).

問(wèn)題2：產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=______V，電路abcd中的電流大小I=______A，流過(guò)電阻R的電流方向______.

答案：0.2；0.4；由c到d.

解析：考查法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容.會(huì)定量計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。粫?huì)判斷感應(yīng)電流的方向;會(huì)應(yīng)用閉合電路歐姆定律計(jì)算電路中的感應(yīng)電流大小.

問(wèn)題3：導(dǎo)體棒兩端ab兩點(diǎn)的電壓Uab=______V.

答案：0.16.

解析：明確閉合電路中電動(dòng)勢(shì)與電源路端電壓的區(qū)別.

問(wèn)題4：導(dǎo)體棒ab所受的安培力的大小F安=______A，方向______.

答案：0.016；水平向左.

解析：掌握安培力大小的計(jì)算和安培力方向的判定.學(xué)會(huì)左手定則和右手定則的應(yīng)用，注意兩者的區(qū)別.

問(wèn)題5：使導(dǎo)體棒ab向右勻速運(yùn)動(dòng)所需的外力F外=______，方向______.

答案：0.016 N；水平向右.

解析：正確分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中物體的受力情況，掌握平衡條件的應(yīng)用.

問(wèn)題6：外力做功的功率______W，克服安培力做功的功率______W.

答案：0.08；0.08.

解析：考查功率的概念，掌握力的瞬時(shí)功率的計(jì)算方法.

問(wèn)題7：整個(gè)電路消耗的電功率______W，電阻消耗的功率______W，導(dǎo)體棒ab消耗的電功率______W.

答案：0.08；0.064；0.016.

解析：理解閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒.整個(gè)閉合電路消耗的電功率，等于內(nèi)外電路消耗電功率的和；克服安培力做功的功率，等于回路中總的電功率.

問(wèn)題8：若撤去外力F，則導(dǎo)體棒ab將會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？

答案：做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，直到停止.

解析：會(huì)分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體棒ab在安培力的阻礙作用下，速度減小，于是導(dǎo)致電流減小，安培力減小，直到速度減小為零的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程.體會(huì)影響安培力變化的因素，會(huì)運(yùn)用力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，定性分析物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況.

問(wèn)題9：撤去外力F后，導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)的速度為2 m/s時(shí)，求導(dǎo)體棒ab的加速度大小和方向.

答案：0.064 m/s2；方向水平向左.

解析：考查牛頓第二定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體應(yīng)用，注意牛頓第二定律的瞬時(shí)性.

問(wèn)題10：撤去外力F后，回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱為多少？電阻產(chǎn)生的焦耳熱為多少？

答案：1.25 J；1 J.

解析：考查能量的轉(zhuǎn)化和守恒，要求會(huì)用能量的觀點(diǎn)，分析解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象問(wèn)題.物體的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱，即

其中

QR∶Qr=R∶r

要分清哪部分導(dǎo)體產(chǎn)生的焦耳熱.

問(wèn)題11：撤去外力F后，回路中通過(guò)電阻的電量為多少？

答案：12.5 C.

解析：利用動(dòng)量定理

求電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電量問(wèn)題.運(yùn)用電路中流過(guò)的電荷量

把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中安培力的沖量，用通過(guò)回路的電量表示.這是計(jì)算電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電荷量的一種方法.

問(wèn)題12：撤去外力F后，導(dǎo)體棒還能滑行多遠(yuǎn)？

解析：利用問(wèn)題11中已經(jīng)求出的電荷量q,再由

求出導(dǎo)體棒還能滑行的距離.上式中Δx即為滑行的距離.

根據(jù)電量的定義，以及電磁感應(yīng)現(xiàn)象中平均電流的計(jì)算方法，建立電量與磁通量變化的關(guān)系.再利用問(wèn)題11中計(jì)算出的電量，從而計(jì)算出電磁感應(yīng)現(xiàn)象中做變加速運(yùn)動(dòng)的物體的位移.這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，計(jì)算做變加速直線運(yùn)動(dòng)物體的位移的一種方法.

改變題目條件：若導(dǎo)體棒從靜止開(kāi)始，在大小為F=0.016 N的恒定外力作用下運(yùn)動(dòng).

問(wèn)題13：導(dǎo)體棒ab將如何運(yùn)動(dòng)？

答案：做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，直到勻速.

解析：變換條件，仍然考查運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系.由于導(dǎo)體棒速度不斷增大，所以，電流不斷增大，安培力不斷增大，因此，導(dǎo)體棒ab所受合力不斷減小，做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng).當(dāng)加速度減小到零時(shí)，導(dǎo)體棒速度達(dá)到最大，以后將一直保持勻速運(yùn)動(dòng).

問(wèn)題14：導(dǎo)體棒ab可以達(dá)到的最大速度為多大？其最大速度與所加的外力有何關(guān)系？

答案：v=5 m/s，在其他條件不變的情況下，最大速度與所加外力成正比.

解析：掌握物體達(dá)到最大速度的條件是加速度為零,即當(dāng)所加外力和安培力相等時(shí)，物體加速度為零，速度達(dá)到最大.F=F安即

得

問(wèn)題15：如果已知導(dǎo)體棒ab從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，到達(dá)到最大速度的時(shí)間為Δt，計(jì)算通過(guò)電阻R的電量為多少？

解析：掌握問(wèn)題11解題方法，明確動(dòng)量定理中的沖量為所有外力的總沖量.即

問(wèn)題16：從導(dǎo)體棒ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到最大速度的這段時(shí)間內(nèi)，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為多少？

解析：由問(wèn)題15計(jì)算出電量q后，參考問(wèn)題12計(jì)算出導(dǎo)體棒位移Δx，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒得

其中

QR∶Qr=R∶r

計(jì)算得出QR.

或從功能關(guān)系的角度

其中

W克安=QR+Qr

計(jì)算結(jié)果相同.

進(jìn)一步鞏固從能量的轉(zhuǎn)化和守恒的角度，深刻理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象.

問(wèn)題17：若要求導(dǎo)體棒ab從靜止開(kāi)始以1 m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該給導(dǎo)體棒施加怎樣的外力？

答案：F=0.1+0.003 2t.

解析：考查牛頓定律的應(yīng)用及勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律.由

F-F安=ma

得

將v=at代入得

由此可以看出，要使物體在外力和安培力共同作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所加外力必須為與時(shí)間t成一次函數(shù)線性關(guān)系的變力.

問(wèn)題18：若導(dǎo)體棒ab開(kāi)始以向右5 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，距離cd邊為x0=0.1 m，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0=0.1 T.為使以后電路中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流，試確定從此刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的關(guān)系式.

解析：重點(diǎn)考查發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件即只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流.所以，為使電路中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,則要求回路中的磁通量不發(fā)生變化.即

Φ1=Φ2

所以

B0Lx0=BL(x0+vt)

即

通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的分析討論與拓展延伸，把電磁感應(yīng)一章的主要知識(shí)線索和重點(diǎn)的能力要求，融到了具體問(wèn)題情境之中.這樣進(jìn)行的章末小結(jié)，使抽象的知識(shí)具體化和形象化，不僅提高了教師的課堂效率，更重要的是，能夠使學(xué)生跳出題海，減輕負(fù)擔(dān)，優(yōu)化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率.