2021届高三物理一轮复习 磁场复习之安培力作用下的平衡教学设计

磁场复习之安培力作用下的平衡 设计者： 教学内容：磁场 安培力作用下的平衡 教学对象：高三物理一轮复习 教学课时：一课时 教学方法：比较归纳，类比联想 三维目标： （一）知识与技能 1、会用左手定则确定安培力方向，计算匀强磁场中安培力的大小； 2、与力学静态平衡分析相联系，加强知识点间的综合运用； 3、与动态平衡相联系，加强知识点的运用。 （二）过程与方法 培养学生类比学习和归纳能力，学会逐步深入解决问题的办法。 （三）情感、态度与价值观 培养学生全面分析问题的能力，激发学生科学探究的兴趣 教学重点难点： 力学静态平衡和动态平衡中的安培力的情况 教学难点突破： 引导学生利用已有的知识归纳分析类比，通过比较解决一类问题，并将方法利用 的物理学习中。 大纲及考情分析： 1．纵观近几年高考，涉及本章知识点的题目年年都有，考查次数最多的是与洛 伦兹力有关的带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动，其次是与安培力有关的通 电导体在磁场中的加速或平衡问题． 2．本章知识常与电场、恒定电流以及电磁感应、交变电流等章节知识广泛联系 综合考查，是高考的热点． 3．本章知识与生产、生活、现代科技联系密切，如质谱仪、回旋加速器、粒子 速度选择器、等离子体发电机、电磁流量计等高科技仪器的理解及应用相联系， 在复习中应做到有的放矢． 教学过程 一、新课的引入 把考情分析展示给学生，让学生了解学习的重点和难点，把握学习方向 二、新课教学 （一）展示基本问题，把基本的结题过程写出来，展示规范做题的步骤，以例 1 为载体，强化规范意识。 例 1．如图所示，PQ 和 MN 为水平、平行放置的金属导轨，相距 1 m，导体棒 ab 跨放在导轨上，棒的质量为 m＝0.2 kg，棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物 体的质量 M＝0.3kg，棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5，匀强磁场的磁感应强 度 B＝2T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方 向如何？(g＝10 m/s2)解析：导体棒 ab 受力如右图所示，由平衡条件： FN＝mg ① BIL－Ff－Mg＝0 ② 又 Ff＝μFN ③ 联立①②③得 I＝2 A， 由左手定则知电流方向由 a→b. 把例 1 做改动，在原题型的基础上，改成斜面： 练习 1: 如图,光滑平行导轨宽为 L,轨道平面与水平面成θ角,放在竖直向上的匀强磁场 中,磁感应强度为 B,质量为 m 的金属棒 ab 垂直于导轨放在轨道平面上,若保持 棒 ab 静止不动,棒中应通何方向多大电流.. 把斜面上的问题强化，问题如下： 例 2.如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一金属框，框宽 l＝0.25 m，接入 电动势 E＝12 V、内阻不计的电池．垂直框面放有一根质量 m＝0.2 kg 的金属棒 ab，它与框架的动摩擦因数μ＝ .整个装置放在磁感应强度 B＝0.8T、垂直框 面向上的匀强磁场中．当调节滑动变阻器 R 的阻值在什么范围时，可使金属棒静 止在框架上？(框架与棒的电阻不计，g 取 10 m/s2) 进行归纳： (1)解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析，只不过比纯力学 中的平衡问题要多考虑一个安培力． (2)画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如 B 的方向、I 的方向等)是画好受力 分析图的关键． (3)由于安培力、电流 I、磁感应强度 B 的方向之间涉及到三维空间，所以在受 力分析时要善于把立体图转化成平面图. 3 6把计算改编为选择，通过变化使学生进一步强化静态平衡分析： 练习 2．如图所示，在倾角为 α 的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为 L、质量 为 m 的直导线，当通以电流 I 时，欲使导线静止在斜面上，外加匀强磁场 B 的大小和方向可能是 (BD) A．B＝mgtanα IL ，方向垂直斜面向上 B．B＝mgsinα IL ，方向垂直斜面向下 C．B＝mgtanα IL ，方向竖直向上 D．B＝mg IL，方向水平向左 （二）以例题为载体，强化规范意识，回忆力学动态平衡分析，熟悉动态平衡问 题的解法，解决安培力作用下的动态平衡 重 G 的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。若挡板逆时针缓慢转到水 平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力的大小 F1、F2 各如何变化？ 利用动态平衡分析解决实际安培力作用下的动态平衡问题： 例 3.在倾角为θ的斜面上，放置一段通有电流强度为 I,长度为 L，质量为 m 的 导体棒 a，（通电方向垂直纸面向里），如图所示，棒与斜面间动摩擦因数μ< tan θ.欲使导体棒静止在斜面上，应加匀强磁场，磁场应强度 B 最小值是多少？如 果要求导体棒 a 静止在斜面上且对斜面无压力，则所加匀强磁场磁感应强度又如 何？ 对动态平衡解题的办法进行总结，指出解决问题的途径。 （三）进行简单的练习，检查巩固安培力平衡问题的解决途径： 练习 1．如图（甲）所示，两平行导轨与水平面成θ角倾斜放置，电源、电阻、金属细杆及导轨组成闭合回路，细杆与导轨间的摩擦不计。整个装置分别处在如 图（乙）所示的匀强磁场中，其中可能使金属细杆处于静止状态的是 ( ) 练习 2．如图所示，两根间距为 d 的平行光滑金属导轨间接有电源 E，导轨平面 与水平面间的夹角θ = 30°。金属杆 ab 垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好。 整个装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时， 金属杆 ab 刚好处于静止状态。若将磁场方向改为竖直向上，要使金属杆仍保持 静止状态，可以采取的措施是 （ ） A．减小磁感应强度 B　　　　　 B．调节滑动变阻器使电流减小　　 C．减小导轨平面与水平面间的夹角θ　　 D．将电源正负极对调使电流方向改变 练习 3：如图所示，在倾角为 37°的光滑斜面上有一根长为 0.4 m，质量为 6×10 －2 kg 的 通电直导线，电流强度 I＝1A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳 拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加 0.4T，方向竖直向上的磁场中．设 t＝0 时，B＝0，则需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？(g 取 10 m/s2) 解析：斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示．由平衡条件 FTcos37°＝FFTsin37°＝mg 由①②解得：F＝ mg tan37°，代入数值得：F＝0.8 N 由 F＝BIL 得：B＝ F IL＝ 0.8 1 × 0.4 T＝2 T. B 与 t 的变化关系为 B＝0.4t.所以 t＝5 s. 总结与反思： 1、解决了安培力作用下的静态平衡问题； 2、解决了安培力作用下的动态平衡问题； 3、应加强学生参与度，进一步把时间还给学生，以学生为主体安排教学。