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专题：电磁感应中的动力学问题和能量问题 海南华侨中学物理组 韦爱妍 三维目标 《知识与技能》 掌握受力分析、物体运动的动态分析的步骤和方法； 掌握能量守恒定律、动能定理、功能关系； 掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律。 《过程与方法》 体验对物体进行受力分析、运动状态的分析过程； 会用能量守恒的观点解决物理问题； 会用能量守恒定律、动能定理、功能关系解决物理中的能量问题； 会用法拉第电磁感应定律（）或、楞次定律（或右手定则）判断感应电动势的大小和电流方向； 会运用左手定则判断安培力的方向。 《情感、态度与价值观》 通过对电磁感应中动力学问题和能量问题处理，培养科学处理问题的思想，提升综合处理问题的能力，更深层次理解能量守恒定量。 教学方法 复习法、多媒体辅助教学、讲练结合、分析总结。 教学课时 一课时 教学过程： 导入： （教师）电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，通过感应电流的导体在磁场中会受到安培力的作用；力是改变物体运动状态的原因，导体多受一个安培力的作用，运动状态会有什么变化呢？这是我们这节课首先要研究的电磁感应中的动力学问题。 （课件展示）一、电磁感应中的动力学问题 解决这类问题的关键在于通过受力分析确定运动状态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等。 基本思路： 确定电源（E、r）感应电流（闭合电路欧姆定律：）运动导体所受安培力（）受力分析（）运动状态的变化（的变化）临界状态（的最大值或最小值） （实战演练） “精典例题”： 如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L。M、P两点间接有阻值R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向的垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。 （1）由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图； （2）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小； （3）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值. [解析] （1）重力mg，竖直向下；支撑力N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上. （2）当ab杆速度为v时，感应电动势E =Blv，此时电路中电流. ab杆受到安培力， 根据牛顿运动定律，有 ， . （3）当时，ab杆达到最大速度vm. . （学生将自己的练习成果在黑板上展示，同学跟老师一起点评） 教师点评：（受力分析）棒ab受重力作用沿斜面向下运动从而切割磁感线产生感应电动势，在棒与电阻R形成的回路中产生感应电流，因此棒ab会受到安培力的作用，方向沿斜面向上，受力分析图如图乙所示： （运动状态分析）将重力沿垂直斜面向下（）和沿斜面向下（）分解，合力可由牛顿运动定律求得：，可见，随着速度，加速度，当时，速度达到最大，即：，可求最大的速度。 （方法总结）在处理有关电磁感应的问题时,最基础的处理方法还是对物体进行受力分析和运动情况的分析。在对物体进行受力分析时，由于电磁感应现象，多了一个安培力的作用，这一点是不能忽视的。 在分析运动导体的受力时，常画出平面示意图和物体受力图。 教师总结：此题的特点是：三个问题按照受力分析运动状态分析进行设置，为学生解决动力学问题指明了思路。 第一个问题是对棒ab进行受力分析，问题设置直接问的由b向a方向看画出受力分析图，引导学生将空间立体图甲转换至平面图乙进行分析，这是所有受力分析问题的一般思路；安培力的分析必须经过两步：感应电流方向的判断（楞次定律）、安培力方向的判断（左手定则）。 第二个问题求安培力，明确法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力的公式，结果便清晰了，但是要求有非常清晰的思路，三个基本知识也要求学生理解透彻；求加速度，直接将学生的思路引到牛顿运动定律上来，只要第一步受力分析完成，将重力进行分解，合力便可求出。 第三问，属于物体运动的动态分析：在第二步基础上，随着速度，加速度，当时，速度达到最大，即：，可求最大的速度。 （过渡）上面的例子中，导体切割磁感线，使回路中产生感应电流，即产生了电能，电能是怎样产生的呢？ （学生）由机械能转化而来。机械能中的重力势能减少，一部分重力势能转化为导体的动能，一部分转化为电能。 （课件展示） 电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化。 功是能量转化的量度，做功与能量转化的形式相对应，所以从能量转化的观点出发，结合动能定理、能量守恒定律、功能关系来分析导体的动能、势能、电能的变化，就可以建立相应的能量方程 （教师