《渦流》示范教案(新人教版選修32)

1、4.7渦流【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)與技能（ 1）知道渦流是如何產(chǎn)生的（ 2）知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止渦流2、過(guò)程與方法（ 1）用實(shí)驗(yàn)的方法引入新課激發(fā)學(xué)生的求知欲（ 2）通過(guò)舊知識(shí)分析新問(wèn)題弄清渦流的產(chǎn)生原因（ 3）利用理論聯(lián)系實(shí)際的方法加深理解渦流3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀（ 1）體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣，引發(fā)學(xué)生去分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，提高其學(xué)習(xí)掌握知識(shí)的能力（ 2）通過(guò)理論與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)情趣，培養(yǎng)其用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】渦流的產(chǎn)生原因和渦流的作用【教學(xué)難點(diǎn)】渦流的產(chǎn)生原因【教學(xué)方法】 實(shí)驗(yàn)法、探究法【教學(xué)用具】 可拆教學(xué)變壓器上的線圈一個(gè)， 硅鋼片疊加的鐵芯以及外形與

2、之相同的塊狀鐵芯各一個(gè)。電磁灶?！窘虒W(xué)過(guò)程】（一）引入新課 ：實(shí)驗(yàn) 1：如圖線圈接入220V 交變電源，塊狀鐵芯插入線圈中，讓一名學(xué)生感知鐵芯的變化。現(xiàn)象：幾分鐘后學(xué)生感到鐵芯變熱。解釋：原來(lái)把塊狀的金屬放在變化的磁場(chǎng)中或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)， 金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合電路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。（二）進(jìn)行新課：1渦流：塊狀金屬放在變化磁場(chǎng)中，或者讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。引導(dǎo)學(xué)生解釋：如圖所示，當(dāng)交變電流通過(guò)線圈時(shí)，穿過(guò)鐵芯的磁通量不斷變化，鐵芯會(huì)產(chǎn)生圖中所示的渦流，塊狀鐵芯的電流很強(qiáng)會(huì)使鐵芯大量發(fā)熱，浪費(fèi)大量電能。金屬塊中的渦流也

3、要產(chǎn)生熱量,如果金屬的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。2渦流的防止和利用（ 1）渦流的防止實(shí)驗(yàn) 2上面的實(shí)驗(yàn)中，把塊狀鐵芯換成硅鋼片鐵芯，再接通電源，幾分鐘后，通過(guò)學(xué)生感知，溫度沒(méi)有明顯變化。引導(dǎo)學(xué)生解釋： 涂有絕緣的薄硅鋼片疊加的鐵芯，在變化的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，又因?yàn)楣桎撈绕胀ǖ碾娮璐?，可以進(jìn)一步減小渦流損失，電動(dòng)機(jī)和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬。線圈中流過(guò)變化的電流,在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱,浪費(fèi)了能量 ,還可能損壞電器。減少渦流的途徑: 、增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。、用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來(lái)代替整塊硅鋼

4、鐵芯。（ 2）渦流的利用、真空冶煉爐，高頻焊接冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過(guò)線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。線圈中通以高頻交流時(shí)， 待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流， 由于焊接縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起 .我國(guó)生產(chǎn)的自行車車架就是用這種辦法焊接的。 交變電流的頻率越高， 它產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化就越快， 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在待焊接工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，感應(yīng)電流就越大.而放出的電熱與電流的平方成正比，所以交變電流的頻率越高焊接處放出的熱量越多.、探雷器和安檢門都是利用渦流制成的探測(cè)地

5、雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個(gè)長(zhǎng)柄線圈在地面上掃過(guò)，線圈中由變化的電流，如果地下埋著金屬物品，金屬中感應(yīng)渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流， 使儀器報(bào)警， 這種探雷器可以用來(lái)探測(cè)金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。機(jī)場(chǎng)的安檢門可以探測(cè)人身攜帶的金屬物品，道理是一樣的。、使 電學(xué)測(cè)量?jī)x表指針盡快停下來(lái)的電磁阻尼。當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象成為電磁阻尼。把銅板做成的擺放到電磁鐵的磁場(chǎng)中，當(dāng)電磁鐵未通電時(shí)，擺要往復(fù)多次，擺才能停止下來(lái)如果電磁鐵通電，磁場(chǎng)在擺動(dòng)的銅板中產(chǎn)生渦流。渦流受磁場(chǎng)作用力的方向與擺動(dòng)方向相反，因而增大

6、了擺的阻尼，擺很快就能停止下來(lái)。電磁儀表中的電磁阻尼器就是根據(jù)渦流磁效應(yīng)制作的，在磁電式測(cè)量?jī)x表中， 常把使指針偏轉(zhuǎn)的線圈繞在閉合鋁框上，當(dāng)測(cè)量電流流過(guò)線圈時(shí)，鋁框隨線圈指針一起在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)， 這時(shí)鋁框內(nèi)產(chǎn)生的渦流將受到磁場(chǎng)作用力， 抑止指針的擺動(dòng)， 使指針較快地穩(wěn)定在指示位置上。此外，電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器也是根據(jù)這一效應(yīng)制作的。、電磁灶電磁灶的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，采用磁場(chǎng)感應(yīng)渦加流加熱原理，當(dāng)通上交替變化極快的交流電時(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過(guò)鍋體，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)鐵質(zhì)鍋底時(shí)會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的渦流是鍋的本身自行高速發(fā)熱，就放出大量的熱量，

7、然后再作用于鍋內(nèi)食物，將飯菜煮熟。這種最新的加熱方式，能減少熱量傳遞的中間環(huán)節(jié)，可大大提升制熱效率，比傳統(tǒng)爐具（電爐、氣爐）節(jié)省能源一半以上。3、渦流的機(jī)械效應(yīng)-電磁驅(qū)動(dòng)在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)導(dǎo)體一起運(yùn)動(dòng)，這種作用稱為“電磁驅(qū)動(dòng)”作用。當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)楞次定律此時(shí)在圓盤上將產(chǎn)生渦流， 受到磁場(chǎng)的作用力將產(chǎn)生一個(gè)促使金屬圓盤按磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。 但是如果圓盤的轉(zhuǎn)速達(dá)到了與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一樣， 則兩者的相對(duì)速度為零，感應(yīng)電流便不會(huì)產(chǎn)生，這時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)作用便消失。所以在電磁驅(qū)動(dòng)作用下，金屬圓盤的轉(zhuǎn)速總要比磁鐵或磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速小，或者說(shuō)兩者的轉(zhuǎn)速總是異步的。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。 電磁驅(qū)動(dòng)

8、作用可用來(lái)制造測(cè)量轉(zhuǎn)速的電表， 這類轉(zhuǎn)速表常稱為磁性式轉(zhuǎn)速表。用磁性式轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)， 將被測(cè)機(jī)器的轉(zhuǎn)軸通過(guò)連接器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)速表中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)軸相連， 永久磁鐵一般是由一塊充以四個(gè)極的磁鋼制成， 這便形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在永久磁鐵的上方有一個(gè)金屬圓盤，稱為感應(yīng)片。感應(yīng)片與永久磁鐵間有很小的氣隙，兩者互不接觸。 當(dāng)永久磁鐵隨著機(jī)器的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)， 感應(yīng)片上將產(chǎn)生渦流。 這渦流又將受到這旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用力， 結(jié)果感應(yīng)片被驅(qū)動(dòng)， 從而沿永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)。 感應(yīng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)與感應(yīng)片轉(zhuǎn)軸相連的彈簧，將其扭緊， 從而產(chǎn)生彈性恢復(fù)轉(zhuǎn)矩。 最后，當(dāng)感應(yīng)片轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，由電磁驅(qū)動(dòng)作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩剛巧與

9、彈性恢復(fù)的轉(zhuǎn)矩抵消時(shí)，便達(dá)到一個(gè)暫時(shí)平衡狀態(tài)。由機(jī)器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵轉(zhuǎn)速越快，感應(yīng)片受到的電磁驅(qū)動(dòng)作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，因而指針的偏轉(zhuǎn)角度就越大。這樣，便可通過(guò)指針的偏轉(zhuǎn)角度來(lái)顯示機(jī)器的轉(zhuǎn)速。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的?！菊n堂小結(jié)】 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了渦流， 渦流是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種特殊現(xiàn)象， 應(yīng)該從電磁感應(yīng)定律的角度去理解渦流， 渦流有時(shí)很有用， 例如我們生活中的電磁爐、 安檢門等都是利用渦流的原理制成的， 但是渦流也是有害的， 例如在變壓器中的渦流就容易使線圈發(fā)熱， 容易著火，所以這時(shí)要注意冷卻，變壓器線圈都放在變壓器油里，通過(guò)變壓器油來(lái)散發(fā)熱量?！静贾米鳂I(yè)】課本 p28 問(wèn)題與練習(xí) 1、 2、 3.【板書(shū)設(shè)計(jì)】第七節(jié)：渦流1、渦流：塊狀金屬放在變化磁場(chǎng)中，或者讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流2、