2020版高中物理 第四章 电磁感应 核心素养评价案例课件 新人教版选修3-2

核心素养评价案例第四章【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F1=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)=BILcosθ·(H-h)由Q=I2R·Δt又R=ρ解得Δt=答案:(1)逆时针(2)mg+BILcosθ(3)见解析(4)LSBScosHhIBScosHhI【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①Q=Mg(H-h)=BILcosθ·(H-h)表达方式②Q=I2R·Δt