高中物理第1章电磁感应与现代生活核心素养评价案例课件

高中物理第1章电磁感应与现代生活核心素养评价案例课件

核心素养评价案例 第 1 章 【 核心素养 · 样题示范 】 情境　利用超导体可以实现磁悬浮。在水平桌面上放置一周长为 L, 质量为 m 的超导圆环 , 如图所示 , 一永磁铁在外力作用下 , 从圆环正上方缓慢下移至离桌面高 H 处撤去外力 , 永磁铁恰好平衡 , 此时圆环中的感应电流大小为 I, 其所在处磁场的磁感应强度大小为 B, 方向与水平面成 θ 角。 ( 已知当地重力加速度为 g) 设问　 (1) 从上往下看 , 超导圆环中感应电流的方向 ? (2) 刚撤去外力时 , 桌面对圆环的支持力大小为多少 ? (3) 经一段时间后 , 永磁铁会缓慢下移至离桌面高为 h 的位置处平衡 , 请据该现象考虑超导体的电阻真的绝对为零吗 ? (4) 若圆环的截面面积为 S, 电阻率为 ρ, 电流保持不变 , 求永磁铁自距桌面 H 处下移至离桌面高为 h 处的过程中所经过的时间 Δt 。 【 解析 】 (1) 从上往下看 , 逆时针电流。 (2) 圆环所受到的安培力 F=BIL 其竖直方向的分量 F 1 =Fcosθ=BILcosθ 以圆环为研究对象 , 由平衡条件 , 得 N=mg+BILcosθ (3) 造成这种现象的原因是由于超导体有微小电阻 , 有电流时会有重力势能转化为焦耳热。 (4) 设永磁铁的质量为 M, 以永磁铁为研究对象 , 由平衡条件 , 可知 Mg=BILcosθ 由能量守恒 , 得永磁铁减少的重力势能等于圆环中产生的焦耳热。 Q=Mg(H-h)=BILcos θ · (H-h) 由 Q=I 2 R · Δ t 又 R= ρ 解得 Δt= 答案 : (1) 逆时针　 (2)mg+BILcosθ (3) 见解析　 (4) 【 案例评析 · 素养任务 】 【 素养及质量水平评析 】 设问 1: 科学思维 —— 水平 2 能在比较简单的电磁感应现象中 , 运用楞次定律进行分析、得出感应电流的方向。 设问 2: 科学思维 —— 水平 3 能在刚撤去外力时 , 选取圆环为研究对象 , 选用平衡问题模型 , 进行分析、推理得出结论。 设问 3: 科学态度与责任 —— 水平 4 能对永磁体平衡位置的下降从物理学视角用能量守恒定律进行解释 , 从而进一步修正已有超导体电阻绝对为零的错误。 设问 4: 科学思维 —— 水平 5 能综合分析推理 , 运用平衡条件、能量守恒定律、焦耳定律、电阻定律等求出两次位置变化经过的时间 Δt 。 【 素养达成任务要求 】 设问 1: 任务 1: 超导圆环中的磁通量方向向哪 ? 提示 : 向下 任务 2: 永磁铁下移时 , 超导圆环中的磁通量如何变化 ? 提示 : 增大 设问 2: 任务 1: 画出超导圆环的受力分析图 : 提示 : 任务 2: 对超导圆环 , 据竖直方向受力平衡列方程 : 提示 : N=mg+BILcosθ 设问 3: 任务 1: 永磁铁自距桌面 H 处下移至离桌面高为 h 处的过程中 , 机械能怎么变化 ? 提示 : 减小 任务 2: 永磁铁自距桌面 H 处下移至离桌面高为 h 处的过程中 , 机械能变化的原因 ? 提示 : 超导体有微小电阻 , 有电流时会有重力势能转化为焦耳热。 设问 4: 任务 1: 永磁铁的质量怎么得出 ? 提示 : 由平衡条件 , 可知 Mg=BILcosθ 任务 2: 此过程中 , 超导圆环产生的焦耳热可怎么表达 ? 提示 : 表达方式① Q=Mg(H-h)=BILcosθ · (H-h) 表达方式② Q=I 2 R · Δt