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下面是一道作业题及某学生的解答。
习题:半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示。整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为8,方向竖直向下,在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)。直导体棒在水平外力作用下以速度w绕O逆时针匀速转动、转动过程中始终与导轨保持良好接触,设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,导体棒和导轨的电阻均可忽略,重力加速度大小为g。求:
(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小:
(2)外力的功率。
解:(1)导体棒AB上的感应电动势的大小为
根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端.因此电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端。由欧姆定律可得通过R的感应电流的大小是
(2)滑动摩擦力所做的功Wf=fs,其中竖直方向上受力平衡在t时间内导体棒在内、外圆轨道上运动的距离为
所以克服摩擦力所做的功为
消耗在电阻R上的功为
所以外力所做的功为
外力的功率为
(1)指出此道试题检测了学生所学的哪些知识点。
(2)指出作业中的错误并分析错误的原因。
(3)针对上述错误原因设计一个教学片段,帮助学生正确解决该问题。
(1)本题考查闭合电路的感应电动势、感应电流、欧姆定律、做功。
(2)这位学生在用公式ε=Blv求解导体棒产生的感应电动势时,没有认识到导体棒上各点的线速度大小不一致,而用端点处的瞬时速度代入求解,学生对公式ε=Blv所适用的条件没有掌握。另外,在求摩擦力做功时将摩擦力的大小求解错误,原因是学生没有认真地进行受力分析,物理基础知识掌握不扎实。
(3)首先,引导学生对该题的物理过程进行梳理。
师:从题目中我们看到导体棒在导轨上做圆周运动,会产生感应电动势吗?
生:会,因为导体棒做切割磁感线运动。
师:那么感应电动势怎么求解呢?
生:用ε=Blv这个公式来求解。
师:这个公式适用的条件是什么呢?
生:导体棒上的速度要均匀一致。
师:很好,那大家看一下这个导体棒上的速度一样吗?如果不一样我们怎么求呢?
生:不一样,可以求导体棒的平均切割速度。
师:对,导体棒的平均切割速度就是,代入公式即可求出感应电动势和感应电流。
师:接下来我们求外力的功率,首先我们分析外力所做的功转化为哪些部分?
生:转化为电阻的焦耳热和克服摩擦力做的功。
师:为了求克服摩擦力所做的功我们首先要知道摩擦力的大小,因而要先进行受力分析。
生:导体棒受到支持力、重力、安培力。
师:在竖直方向上受到内外轨道对它的支持力和自身的重力,即再利用公式求摩擦力的大小,进而求出摩擦力的功。
有“泥土诗人”之称的诗人是()。
将下列各项按所表示年龄大小顺序排列,正确的顺序应是( )。
①不惑②垂髫③花甲④加冠⑤而立⑥古稀⑦半百
《义务教育数学课程标准(2011年版)》强调,课程内容要反映社会的需要、数学的特点,要符合学生的认知规律。课程内容的组织要重视过程,处理好()的关系。
明朝初年强化君主专制的措施是()。
1931年,一位给人们带来光明的科学家重病的消息牵动着世界人民的心,几十名记者为他守夜。每隔一个小时就对外发布一次消息:“灯”还亮着。这位科学家是( )。
钱穆在评论中国古代某制度时说,它“可以培植全国人民对政治之兴味……可以团结全国各地域于一个中央之统治”,这一制度是()。
设α是某一方程组的解向量,k为某一常数,则kα也为该方程组的解向量。( )
案例:
在有理数运算的课堂教学片段中,某学生的板演如下:
针对该学生的解答,教师进行了如下教学:
师:请仔细检查你的演算过程,看是否正确无误?
生:好像正确吧。
请分析例题1、例题2中每一步运算的依据。(10分)
下列国家中,建造了胡夫金字塔的是()。