12.5专题：电磁感应中的动量问题 教学设计 -2026届高考物理一轮复习

一轮复习：12.5专题：电磁感应中的动量问题

教

学

目

标

物理观念

1. 理解电磁感应现象中导体棒在安培力作用下的运动本质，掌握三大典型模型的受力与运动特征，构建电磁感应与动量变化之间物理图景。

2. 深刻理解安培力作为变力在时间上的累积效应可通过动量定理进行等效处理，明确电荷量、位移、速度变化与冲量之间的内在联系，形成“力—时间—动量”和“磁—电—力—动”的综合物理观念。

3. 掌握电磁感应系统中满足动量守恒的条件，能识别双棒系统中安培力为内力的特征，建立电磁感应过程中的动量守恒模型，理解能量转化与动量传递的协同机制。

科学思维

1. 通过分析非匀变速运动中安培力随速度变化的特点，运用微元法和极限思想将变力问题转化为冲量问题，提升建模能力。

2. 借助例题对比“动量定理”与“动能定理”的适用情境，培养学生根据已知量选择最优解题路径的能力，强化物理思维的灵活性与策略性。

3. 通过构建“电容器充电/放电式”模型的动态演化过程，引导学生从初始状态到终态进行全过程分析，发展系统思维与因果推理能力，提升对复杂电磁过程的理解深度。

科学探究

1. 设计“问题链”驱动探究：从“如何求电荷量？”“怎样找位移？”到“能否用动量守恒？”，引导学生自主提出假设、设计解决方案，并在合作讨论中验证思路的合理性。

2. 组织小组合作探究不等间距双棒模型中电流、加速度、速度的动态关系，鼓励学生绘制v-t图像、I-t图像辅助分析，体验科学探究中“提出问题—建立模型—数学推导—结论验证”的完整流程。

3. 引导学生对湖北卷压轴题进行拆解探究，模拟高考真实情境，经历“读图—提取信息—构建物理模型—列方程—求解—检验结果”的全过程，提升综合探究能力。

科学态度与责任

1. 在解决电磁轨道炮、金属环防撞等实际问题中，体会物理规律在现代科技与工程安全中的应用价值，增强社会责任感与科技报国情怀。

2. 面对复杂多变的电磁感应问题，培养学生严谨求实的科学态度，尊重数据与逻辑，杜绝主观臆断，在反复演算与讨论中锤炼耐心与专注力。

3. 通过错题辨析与反思总结，帮助学生正视学习中的困难与错误，树立克服难题的信心，培养积极进取、勇于挑战的学习品质。

教学重点

1. 掌握应用动量定理处理电磁感应中非匀变速直线运动问题的方法。

2. 构建并识别“单棒+电阻”“双棒系统”“电容器+棒”三类典型模型的物理特征与适用条件，能够准确列出动量定理或动量守恒方程。

教学难点

1. 理解安培力作为变力时其冲量的计算方法。

2. 在双棒系统或多导体回路中判断系统是否满足动量守恒条件。

教学方法

议题式教学法、情境探究法、讲授法、合作探究法

教具

多媒体课件、实物投影仪、黑板

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

一、创设情境，导入新课

一、创设情境，导入新课

（1）播放视频，引发思考：

教师播放一段“电磁轨道炮发射”的科普视频，展示高速弹丸被加速的过程。提问：“在这个过程中，是什么力提供了巨大的加速度？这个力是如何产生的？它是不是恒定不变的？”引导学生回忆起安培力F = BIL，并意识到电流会随着速度增加

1. 观看视频，回顾安培力公式，意识到其大小随速度变化。

2. 思考教师提出的问题，认识到变力下直接使用F=ma难以求

而减小，因此安培力是变化的。

（2）提出问题，激发认知冲突：

进一步设问：“如果安培力不是恒力，我们还能用牛顿第二定律直接积分来求解位移或时间吗？有没有更简便的方法？”让学生感受到传统动力学方法在此类问题中的局限性，从而引出本节课的主题——借助动量的观点来简化分析。

（3）揭示课题，明确目标：

教师板书课题《电磁感应中的动量问题》，并简要说明：“今天我们将学习如何运用动量定理和动量守恒定律，巧妙地解决这类看似复杂的非匀变速电磁感应问题。”

解。

3. 明确本节课的学习目标，产生探究新方法的兴趣。

二、考点突破，模型建构

二、考点突破，模型建构

（一）动量定理在电磁感应中的应用

1.“单棒+电阻”模型

（1）水平光滑导轨模型讲解：

教师在PPT上展示“水平放置的平行光滑导轨”模型图：间距L，左侧接电阻R，导体棒质量m、初速v₀、电阻不计，磁场B垂直向下。提问：“当棒向右滑动时，会产生什么现象？”

引导学生回答：切割磁感线→产生感应电动势E=BLv→形成电流I==→受到向左的安培力F=BIL=。

继续追问：“这个力有什么特点？”学生答：“与速度成正比，方向与运动方向相反，是阻力。”

教师指出：“这是一个典型的阻尼运动，加速度逐渐减小的减速运动。”接着提出核心问题：“若要求整个过程中通过棒的电荷量q、总位移s，怎么办？”

引导学生回忆动量定理：F合Δt = Δp。强调此处的F是变力，但我们可以对其在整个过程求和：ΣFΔt = mv - mv₀。

具体化为：-BL·Δt=0-mv0⇒ BLq = mv₀ ⇒q=

再结合q=·Δt==⇒=mv0⇒s=

教师总结：“只要知道初末速度和质量，就能通过动量定理快速求出电荷量和位移，无需关心中间复杂的运动细节！”

（2）倾斜导轨模型迁移应用：

教师展示倾斜导轨模型：倾角θ，棒由静止释放。提问：“此时棒受哪些力？运动情况如何？”学生分析：重力分力mgsinθ向下，安培力向上，最终可能达到稳定速度。

设经过Δt₁，电荷量为q，速度达v₁。教师引导应用动量定理：(mgsinθ - F安)Δt = mv₁ - 0。

其中F安Δt = BLq（同理可得），所以mgsinθ·Δt₁ - BLq = mv₁。

若题目给出Δt₁和q，即可求v₁；反之亦然。强调此式可用于连接时间、电荷量与速度变化。

（3）典例精析：例1多选题解析

1. 回忆安培力产生机制，理解其随速度变化的特性。

2. 小组讨论例1选项，尝试独立推导各物理量表达式。

3. 分析双棒系统的相互作用，理解电动势差异导致电流产生。

4. 应用动量定理分别对两棒列式，联立求解未知量。

5. 区分“充电式”与“放电式”电容器模型的能量来源与转化方向。

6. 完成例3的推导练习，巩固动量定理在复合电路中的应用。

【例1】(多选)如图所示，水平面上固定放置有“”形光滑金属导轨，平行的两边宽度为L。虚线MN右侧存在方向垂直于导轨平面的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为B，磁场的区域足够大。质量为m、电阻为R、长度也为L的金属棒垂直于导轨放置，以初速度v0沿导轨进入匀强磁场区域，最终静止。金属棒与导轨始终垂直且接触良好，不计金属导轨电阻，则(　　)

A.金属棒刚进入磁场时受到的安培力大小为

B.金属棒在磁场中运动的时间为

C.金属棒在磁场中运动的距离为

D.流过金属棒横截面的总电荷量为

教师出示例1题目及图示，组织学生独立思考后小组讨论。

逐项分析：

A项：刚进入时v=v₀，E=BLv₀，I==，F=BIL=

B、C、D项：由动量定理-FΔt=-BL·Δt=0-mv0，q=·Δt==⇒=mv0⇒s=

而若为匀减速则s=t⇒t=，但实际加速度减小⇒t≠

2. 不等间距双棒模型

（1）模型引入与物理分析：

【例2】(多选)如图所示，M、N、P、Q四条光滑的足够长的金属导轨平行放置，导轨间距分别为2L和L，两组导轨间由导线相连，装置置于水平面内，导轨间存在方向竖直向下的、磁感应强度大小为B的匀强磁场，两根质量均为m、接入电路的电阻均为R的导体棒C、D分别垂直于导轨放置，且均处于静止状态，其余部分电阻不计。t＝0时使导体棒C获得瞬时速度v0向右运动，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好，且达到稳定运动时导体棒C未到两组导轨连接处，则下列说法正确的是(　　)

A.t＝0时，导体棒D的加速度大小为a＝

B.达到稳定运动时，C、D两棒速度之比为1∶1

C.从t＝0时至达到稳定运动过程中，回路产生的内能为m