核心素养视角下导体棒切割问题的创新解法

刘正春

(云南省曲靖市第一中学 655000)

提高核心素养是新课程改革立德树人的根本任务，是培养学生学习能力、实践能力和创新能力的最终目标.物理核心素养是指学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化而形成的带有物理学科特性和品质.

物理核心素养由物理观念、科学思维、实验探究和科学态度与责任四个方面的要素构成.物理教学重在让学生通过物理知识的学习，也可以从一题多解开发思维，从而形成物理视角认识事物和解决问题的思路，掌握物理学习的探究方法，养成正确的科学研究和强烈的责任感.课堂教学中创新解法是培养和发展学生核心素养的有效途径之一.

电磁感应中导体棒切割问题分析是高中物理的重点内容，本问题分析中导体棒速度不变，但切割的有效长度在变，安培力是个变力，是一个变力做功问题，变力做功的求解方法多样.但在平时教学过程中若分析不透彻，学生遇到新的问题还是一头雾水，做起来还是比较费劲.从下面的分析可以很好培养学生的综合分析能力，下面以电磁感应为例，给出三种求焦耳热的方法.

模型分析光滑金属导轨AOB水平放置在垂直平面向内的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属导体棒MN架在金属导轨上，在外力作用下以固定的速度v0向右匀速运动，从金属导轨的顶端O运动到AB，如图1所示.已知金属导轨的顶角为θ，导轨和金属棒单位长度的电阻都为r0，AB的长度为x0，求导体棒从O运动到AB的这个过程中整个系统产生的焦耳热Q.

图1

分析设导体棒向右运动的距离为x时，与导轨构成闭合回路的部分长为l，导体棒切割磁感线产生的电流为I，则在整个运动过程中，I都满足式子：

可以看到，金属导体棒以固定速度向右运动时，闭合回路中的电流I始终为一固定常数.

分析思路一平均力

安培力所做功的大小等于系统产生的焦耳热，而导体棒向右运动的距离为x时所受安培力为

FI=BIl=BIxtanθ，

由于B、I、θ是固定的常数，可知该力与导体棒运动的距离x呈线性关系，如图2所示：

图2

则从O点运动到AB，安培力所做的功为：

则系统产生的焦耳热为

分析思路二平均功率法

设导体棒从O点开始运动距离x用时为t，整个系统的发热功率P满足如下式子：

p=I2R

由该式可知功率P与时间t呈线性关系，如图3所示：

图3

则整个系统在0～t内产生的焦耳热Q满足：

根据简单的数学推算，可知

由此可知，方法一和方法二所得结果相同.

分析思路三积分法

极短时间dt内安培力做的功为dW，则

dW=dU·I·dt

整个过程中对dW积分，

导体棒从O运动到AB，磁通量的总改变量Φ满足：

则从O到AB，系统产生的热量Q满足：

Q=W

该种方法所得的结果与前两种方法相同.

dW还可以表示为

dW=I2R·dt

则导体棒走过x，系统产生的焦耳热可以表示为：

从O到AB，导体棒走过总距离为x0，则：

创新解法是培养学生创新思维的摇篮，也是发展科学思维的关键，也是中学物理教学核心素养落地的关键因素.所以在教学中我们应大胆创设物理情境，让学生大胆提出提出新的解法，以此来激发学生学习物理的热情.

从不同的方向考虑问题是培养综合分析能力的主要途径，核心素养的培养蕴含了学生学习方式和教学方式的多元化.物理教师应该以提升学生物理核心素养为宗旨，改变教学观念，改进教学方式和手段，大胆设计创新课堂，创设有利于学生物理核心素养.准确把握核心素养的内涵是物理核心素养落实教学的前提和基础.教师在平时设计教学时要科学和合理，在教学过程中围绕核心素养，选择恰当的学习情境，从而促进学生的学习兴趣，让科学核心素养在物理课堂里落地生根.