案例分析题

案例:

下面为一道物理试题和某同学的解答过程。

如图 7 所示,OACO 为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O、C 处分别接有短 电阻丝(图中用粗线表示),R1=4Ω,R2=8Ω(导轨其他部分电阻不计)。导轨 OAC 的 形状满足 y=2sin (单位 m),磁感应强度 B=0.2T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面。 一足够长的金属棒在水平外力 F 作用下,以恒定的速率 v=5.0m/s 水平向右在导轨上从 O 点滑动到 C 点,棒与导轨接触良好且始终保持与 OC 导轨垂直,不计棒的电阻。

 

求:

(1)外力 F 的最大值;

(2)在滑动过程中通过金属棒的电流 I 与时间 t 的关系。

问答题

指出此道试题检测了学生所学的哪些知识点。

【正确答案】

检测学生的知识点,三角函数、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式综合应用。

【答案解析】
问答题

给出正确的解题过程。

【正确答案】

①导体棒在运动过程中,速度恒定,由题意可知,当导体棒运动倒A点时,导体棒产生的电动势值最大,
电流最大,由三角匹擞规律得处在磁场中的导体棒长度的撮大值lm=2m,
由法拉第电磁感应定律得Em=Blmv
由欧姆定律得此时流过导体棒的电流为
则此时导体棒所受到的安培力为Fm=BImlm,得Fm=0.3N
②导体棒在磁场中运动所经过的时间t与距离坐标原点的位置关系x=vt,
此时导体棒在磁场中对应位置的长度为
由法拉第电磁感应定律得E=BLv,
由欧姆定律得此时流过导雌的电流为

【答案解析】
问答题

针对学生解题过程存在的问题,设计一个教学片段,帮助学生解决此类问题。

【正确答案】

师:同学们,这道题是一道求解在磁场中运动的导体棒所受的安培力及感应电流的习题,对于第一问想求解导体棒所受的安培力,我们首先需要运用的公式是什么?
生:运用通电导体棒在磁场中所受的安培力公式F=BIL;
师:对于这个公式,我们并不知道L和I,现在想知道Lm的大小需要运用题设中的哪些已知条件;
生:需要运用

【答案解析】