1、核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)案例 第四章 【核心素養(yǎng)【核心素養(yǎng)樣題示范樣題示范】 情境利用超導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮。在水平桌面上放情境利用超導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮。在水平桌面上放 置一周長為置一周長為L,L,質(zhì)量為質(zhì)量為m m的超導(dǎo)圓環(huán)的超導(dǎo)圓環(huán), ,如圖所示如圖所示, ,一永磁鐵一永磁鐵 在外力作用下在外力作用下, ,從圓環(huán)正上方緩慢下移至離桌面高從圓環(huán)正上方緩慢下移至離桌面高H H處處 撤去外力撤去外力, ,永磁鐵恰好平衡永磁鐵恰好平衡, ,此時(shí)圓環(huán)中的感應(yīng)電流大此時(shí)圓環(huán)中的感應(yīng)電流大 小為小為I,I,其所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為其所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,B,方向與水方向與水 平面成平面成角。角。( (

2、已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹橐阎?dāng)?shù)刂亓铀俣葹間) g) 設(shè)問設(shè)問 (1)(1)從上往下看從上往下看, ,超導(dǎo)圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向超導(dǎo)圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向? ? (2)(2)剛撤去外力時(shí)剛撤去外力時(shí), ,桌面對(duì)圓環(huán)的支持力大小為多少桌面對(duì)圓環(huán)的支持力大小為多少? ? (3)(3)經(jīng)一段時(shí)間后經(jīng)一段時(shí)間后, ,永磁鐵會(huì)緩慢下移至離桌面高為永磁鐵會(huì)緩慢下移至離桌面高為h h的的 位置處平衡位置處平衡, ,請(qǐng)據(jù)該現(xiàn)象考慮超導(dǎo)體的電阻真的絕對(duì)為請(qǐng)據(jù)該現(xiàn)象考慮超導(dǎo)體的電阻真的絕對(duì)為 零嗎零嗎? ? (4)(4)若圓環(huán)的截面面積為若圓環(huán)的截面面積為S,S,電阻率為電阻率為,電流保持不變電流保持不變, , 求永磁

3、鐵自距桌面求永磁鐵自距桌面H H處下移至離桌面高為處下移至離桌面高為h h處的過程中處的過程中 所經(jīng)過的時(shí)間所經(jīng)過的時(shí)間tt。 【解析【解析】(1)(1)從上往下看從上往下看, ,逆時(shí)針電流。逆時(shí)針電流。 (2)(2)圓環(huán)所受到的安培力圓環(huán)所受到的安培力F=BILF=BIL 其豎直方向的分量其豎直方向的分量F F1 1=Fcos=BILcos=Fcos=BILcos 以圓環(huán)為研究對(duì)象以圓環(huán)為研究對(duì)象, ,由平衡條件由平衡條件, ,得得N=mg+BILcosN=mg+BILcos (3)(3)造成這種現(xiàn)象的原因是由于超導(dǎo)體有微小電阻造成這種現(xiàn)象的原因是由于超導(dǎo)體有微小電阻, ,有有 電流時(shí)會(huì)有重

4、力勢能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。電流時(shí)會(huì)有重力勢能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。 (4)(4)設(shè)永磁鐵的質(zhì)量為設(shè)永磁鐵的質(zhì)量為M,M,以永磁鐵為研究對(duì)象以永磁鐵為研究對(duì)象, ,由平由平 衡條件衡條件, , 可知可知Mg=BILcosMg=BILcos 由能量守恒由能量守恒, ,得永磁鐵減少的重力勢能等于圓環(huán)中產(chǎn)得永磁鐵減少的重力勢能等于圓環(huán)中產(chǎn) 生的焦耳熱。生的焦耳熱。 Q=Mg(H-h)=BILcos(H-hQ=Mg(H-h)=BILcos(H-h) ) 由由Q=IQ=I2 2RtRt 又又R= R= 解得解得 tt= = 答案答案: :(1)(1)逆時(shí)針逆時(shí)針(2)mg+BILcos(2)mg+BILcos (3)(

5、3)見解析見解析(4) (4) L S BScosHh I BScosHh I 【案例評(píng)析【案例評(píng)析素養(yǎng)任務(wù)素養(yǎng)任務(wù)】 【素養(yǎng)及質(zhì)量水平評(píng)析【素養(yǎng)及質(zhì)量水平評(píng)析】 設(shè)問設(shè)問1:1:科學(xué)思維科學(xué)思維水平水平2 2 能在比較簡單的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能在比較簡單的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中, ,運(yùn)用楞次定律進(jìn)行分運(yùn)用楞次定律進(jìn)行分 析、得出感應(yīng)電流的方向。析、得出感應(yīng)電流的方向。 設(shè)問設(shè)問2:2:科學(xué)思維科學(xué)思維水平水平3 3 能在剛撤去外力時(shí)能在剛撤去外力時(shí), ,選取圓環(huán)為研究對(duì)象選取圓環(huán)為研究對(duì)象, ,選用平衡問選用平衡問 題模型題模型, ,進(jìn)行分析、推理得出結(jié)論。進(jìn)行分析、推理得出結(jié)論。 設(shè)問設(shè)問3:3:科學(xué)

6、態(tài)度與責(zé)任科學(xué)態(tài)度與責(zé)任水平水平4 4 能對(duì)永磁體平衡位置的下降從物理學(xué)視角用能量守恒能對(duì)永磁體平衡位置的下降從物理學(xué)視角用能量守恒 定律進(jìn)行解釋定律進(jìn)行解釋, ,從而進(jìn)一步修正已有超導(dǎo)體電阻絕對(duì)為從而進(jìn)一步修正已有超導(dǎo)體電阻絕對(duì)為 零的錯(cuò)誤。零的錯(cuò)誤。 設(shè)問設(shè)問4:4:科學(xué)思維科學(xué)思維水平水平5 5 能綜合分析推理能綜合分析推理, ,運(yùn)用平衡條件、能量守恒定律、焦耳運(yùn)用平衡條件、能量守恒定律、焦耳 定律、電阻定律等求出兩次位置變化經(jīng)過的時(shí)間定律、電阻定律等求出兩次位置變化經(jīng)過的時(shí)間tt。 【素養(yǎng)達(dá)成任務(wù)要求【素養(yǎng)達(dá)成任務(wù)要求】 設(shè)問設(shè)問1:1: 任務(wù)任務(wù)1:1:超導(dǎo)圓環(huán)中的磁通量方向向哪超導(dǎo)

7、圓環(huán)中的磁通量方向向哪? ? 提示提示: :向下向下 任務(wù)任務(wù)2:2:永磁鐵下移時(shí)永磁鐵下移時(shí), ,超導(dǎo)圓環(huán)中的磁通量如何變化超導(dǎo)圓環(huán)中的磁通量如何變化? ? 提示提示: :增大增大 設(shè)問設(shè)問2:2: 任務(wù)任務(wù)1:1:畫出超導(dǎo)圓環(huán)的受力分析圖畫出超導(dǎo)圓環(huán)的受力分析圖: : 提示提示: : 任務(wù)任務(wù)2:2:對(duì)超導(dǎo)圓環(huán)對(duì)超導(dǎo)圓環(huán), ,據(jù)豎直方向受力平衡列方程據(jù)豎直方向受力平衡列方程: : 提示提示: :N=mg+BILcosN=mg+BILcos 設(shè)問設(shè)問3:3: 任務(wù)任務(wù)1:1:永磁鐵自距桌面永磁鐵自距桌面H H處下移至離桌面高為處下移至離桌面高為h h處的過處的過 程中程中, ,機(jī)械能怎么變化機(jī)械能怎么變化? ? 提示提示: :減小減小 任務(wù)任務(wù)2:2:永磁鐵自距桌面永磁鐵自距桌面H H處下移至離桌面高為處下移至離桌面高為h h處的過處的過 程中程中, ,機(jī)械能變化的原因機(jī)械能變化的原因? ? 提示提示: :超導(dǎo)體有微小電阻超導(dǎo)體有微小電阻, ,有電流時(shí)會(huì)有重力勢能轉(zhuǎn)化有電流時(shí)會(huì)有重力勢能轉(zhuǎn)化 為焦耳熱。為焦耳熱。 設(shè)問設(shè)問4:4: 任務(wù)任務(wù)1:1:永磁鐵的質(zhì)量怎么得出永磁鐵的質(zhì)量怎么得出? ? 提示提示: :由平衡條件由平衡條件, ,可知可知Mg=BILcosMg=BILcos 任務(wù)任務(wù)2:2:此過程中