選修32第四章第7節(jié)《渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動》教學設(shè)計

1、選修32第四幸第7節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動教學設(shè)計選修3-2第四章第7節(jié)渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動一、教材分析本節(jié)是選學內(nèi)容，它是又一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在實際中有許多應(yīng)用,可根據(jù)各校 的實際情況或選講，或指導(dǎo)學生閱讀。渦流和自感現(xiàn)象以及許多現(xiàn)象一樣，都有利弊兩個方 面。教學中應(yīng)充分應(yīng)用這些實例，培養(yǎng)學生全面認識和對待事物的科學態(tài)度。二、學情分析學生已經(jīng)學習了電路的基本常識以及電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律，學會判斷回路是否會產(chǎn)生感 應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，而且還掌握了感應(yīng)電動勢的大小與什么因索有關(guān)。即已經(jīng)學會 對自感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒有渦流這個概念而已，也沒有意識到渦流現(xiàn)象，線圖本身也 會產(chǎn)生電磁

2、感應(yīng)現(xiàn)象.學習中對渦流現(xiàn)象的解釋以及分析是學生遇到的最大挑戰(zhàn).三、教學目標（一）知識與技能1 .知道渦流是如何產(chǎn)生的。2 .知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止.3 .知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動。（二）過程與方法培養(yǎng)學生客觀、全面地認識事物的科學態(tài)度。（三）情感、態(tài)度與價值觀培養(yǎng)學生用辯證唯物主義的現(xiàn)點認識問題O四、重點、難點教學重點：1 .渦流的概念及其應(yīng)用。2 .電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。教學難點：電磁阪尼和電磁驅(qū)動的實例分析。五、教學手段與策略通過演示實驗，引導(dǎo)學生觀察現(xiàn)象、分析實臉六、教學用具：電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝貪（示教電

3、流 表、微安表、彈黃、條形磁鐵），電磁驅(qū)動演示裝正（U形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框）七、課時安排：1課時八、教學過程（一）引入新課教師：出示電動機、變壓器鐵芯，引導(dǎo)學生仔細現(xiàn)察其鐵芯有什么特點？學生：它們的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多薄片交合而成的。教師：為什么要這樣做呢？用一個整塊的金屬做鐵心不是更省事兒？學習了渦流的知 識，同學們就會知道其中的奧秘。（二）進行新課1、渦流教師：演示1渦流生熱實臉。在可拆變壓器的一字鐵下面加一塊厚約2m的鐵板，鐵板垂直于鐵芯里磁感線的方向。 在原線圖接交流電。幾分鐘后，讓學生摸摸鐵芯和鐵板，比較它們的溫度，報告給全班同學。學生：鐵板的溫度比鐵芯高。教師：為什么

4、鐵芯和鐵板會發(fā)熱呢？原來在鐵芯和鐵板中有渦流產(chǎn)生.安排學生閱讀教 材，了解什么叫渦流？學生：當線圖中的電流發(fā)生變化時，這個線圖附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流 看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。師生共同活動：分析渦流的產(chǎn)生過程.分析:如圖所示，線網(wǎng)接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)， 若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激 發(fā)出感生電場。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圖組成的，在感 生電場作用下，這些線圉中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流,由于導(dǎo)體存在 電阻，當電流在導(dǎo)體中流動時，就會產(chǎn)生電熱，這就是渦流的熱效應(yīng)。教師：課件演示，渦流的產(chǎn)生過程，增強學生的感性認識。教

5、師：為什么鐵板的溫度比鐵芯高？學生：因為鐵板中的渦流很強，會產(chǎn)生大量的熱。而鐵芯中的渦流被限制在狹窄的薄片 之內(nèi)，回路的也阻很大，渦流大為減弱，渦流產(chǎn)生的熱量也減少.教師：同學們明白了為什么鐵芯用薄片殳合而成了嗎？學生：為了減少渦流損失的也能，同時也保護鐵芯不被燒壞。教師：下面大家閱讀教材，了解一下渦流在生產(chǎn)、生活、科技等方面的應(yīng)用。2、電磁阻尼教師：下面我們看教材30頁上的“思考與討論”，分組討論，然后發(fā)表自己的見解。學生：閱讀教材后，發(fā)表自己的看法.師生共同活動，得出電磁阻尼的概念：導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體 的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼，

6、教師：演示2電磁阻尼.按照教材“做一做”中敘述的內(nèi)容，演示電表指針在偏轉(zhuǎn)過程中受到的電磁阻尼現(xiàn)象。學生觀察現(xiàn)象并解釋現(xiàn)象。4。演示3如圖所示，彈釜下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動較長時間才停下來.如果在磁鐵下端放一固定線圉，磁鐵會很彳快停下來.上述現(xiàn)象說明了什么？I學生：觀察現(xiàn)象并作出分析。當磁鐵穿過固定的閉合線圉時，在閉合線圖中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流 的磁場會阻礙磁鐵和線圉靠近或離開，也就是磁鐵振動時除了空氣阻力外，還有線圖的磁場 力作為阻力，安培阻力較相對較大，因而磁鐵會很快停下來。3、電磁驅(qū)動教師：感應(yīng)電流不僅會對導(dǎo)體產(chǎn)生阻尼作用，有時還會產(chǎn)生驅(qū)動作用。演示4電磁

7、驅(qū)動.演示教材31頁的演示實臉。引導(dǎo)學生觀察并解釋實驗現(xiàn)象。師生共同活動，得出電磁驅(qū)動的概念：磁場相對于導(dǎo)體運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這 種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動.教師：交流感應(yīng)電動機就是應(yīng)用電磁驅(qū)動的原理工作的。簡要介紹交流感應(yīng)電動機的工 作過程。（三）課堂總結(jié)、點評教師活動：讓學生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容.請一個同學到黑板上總結(jié)，其他同學在筆記本上 總結(jié)，然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié) 和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方.點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結(jié)能力。教師要放開，讓學生自己

8、總結(jié)所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識 框架。（四）實例探究渦流的應(yīng)用【例1】如圖所示是高頻焊接原理示意圖.線圖中通以高頻變化的電流時，待焊接的金 屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起, 而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是（）A,電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快B.電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快C.工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的 電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大解析：線圉中通以高須變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流 的大小與感應(yīng)電動勢有關(guān)，電流

9、變化的頻率越高，電流變化的越快，感應(yīng)電動勢就越大。A選 項正確。工件上焊縫處的電阻大，電流產(chǎn)生的熱量就多，D選項也正確。答案：AD【例2】用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于0點，虛線左邊有勻強磁場，右 ,與 邊沒有磁場.金屬環(huán)的擺動會很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個空間都 7： 有向外的勻強磁場，會有這種現(xiàn)象嗎？ 分析：只有左邊有句強磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時，由于磁通量發(fā)生變： 化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，于是阻礙相對運動，擺動很快停下來，這就是電磁阻: 尼現(xiàn)象；空間都有勻強磁場，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不會 阻礙相對運動。（五）鞏固練習1 .如圖所示，一塊長方形光滑鋁板水平

10、放在宸面上，鋁板右端拼接一根與鋁板等厚的條 形磁鐵，一質(zhì)量分布均勻的閉合鋁環(huán)以初速度/從板的左端沿中線向右端滾動，則（）A.鋁環(huán)的滾動速度將越來越小B.鋁環(huán)將保持勻速滾動C.鋁環(huán)的運動將逐漸偏向條形磁鐵的N極或S極D.鋁環(huán)的運動速率會改變，但運動方向?qū)⒉粫l(fā)生改變答案：B2 .如圖所示，閉合金屬環(huán)從曲面上,高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速 為零，摩擦不計，曲面處在困示磁場中，則（）A.若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于h8 .若是句強磁場，環(huán)滾上的高度等于方V卬x y x /C.若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于力JX X 5（ xD.若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于方答案：BD3 .如圖

11、所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向 運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，則小球的材料可能是（）A.鐵B木R 司C.銅D.鋁77777777777777答案:CD4 .如圖所示，圓形金屬環(huán)豎直固定穿套在光滑水平導(dǎo)就上，旬 條形磁鐵沿導(dǎo)就以初速度4向圓環(huán)運動，其軸線在圓環(huán)圓心，與環(huán) 6 / 9選修32第四幸第7節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動教學設(shè)計面垂直，則磁鐵在穿過環(huán)過程中，做 運動.（選填“加速”、“勻速”或“減速”）答案：減速（六）作業(yè)1、認真閱讀教材。2、思考并完成“問題與練習”中的習題。3、收集“渦流的利用和防止”方面的資料，在課下交流。（七）教學反思思維方法是解決

12、問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng) 學生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生 素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。九、板書設(shè)計一、渦流當線圖中的電流發(fā)生變化時，這個線圖附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流.這種電流看起 來很像水的旋渦，所以叫做渦流.應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門。二、電磁阻尼導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體 的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。三、電磁驅(qū)動磁場相對于導(dǎo)體運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來， 這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動，十、資料袋1 .利用渦流加熱

13、和熔煉金屬交變電流的磁場在金屬內(nèi)感應(yīng)的渦流能產(chǎn)生熱效應(yīng)。這種加熱方法與用燃料加熱相比有 很多優(yōu)點，除課本所述外還有：加熱效率高，達到50$90%;加熱速度快：用不同頻率的交 變也流可得到不同的加熱深度，這是因為渦流在金屬內(nèi)不是均勻分布的，越靠近金屬表面層 電流越強，須率越高這種現(xiàn)象越顯著，稱為“趨膚效應(yīng)工工業(yè)上把感應(yīng)加熱依頻率分為四種：工頻（50 Hz）;中頻（0。58 kHz）：超音頻（20 60 Hz）;高頻（60600 kHz）o工須交變電流直接由配立變壓器提供；中頻交變電流由三相 電動機帶動中頻發(fā)電機或用可控硅逆變器產(chǎn)生；超音頻和高頻交變電流由大功率電子管振蕩 器產(chǎn)生.課本圖16-41

14、畫的是無心式感應(yīng)熔爐，用途是熔煉鑄鐵、鋼、合金鋼和銅、鋁等有色金 屬。所用交變電流的須率要隨出鍋能容納的金屬質(zhì)量多少來選擇，以取得最好的效果。例如： 5 kg 的用 20 kHz, 100 kg 的用 2。5 kHz, 5 士的用 1 kHz 乃至 50 kHz。感應(yīng)加熱法也廣泛用于鋼件的熱處理，如淬火、回火、表面滲碳等。例如齒輪、軸等只 需要將表面淬火提高硬度、增加耐磨性，可以把它放入通有高頻交流的空心線圖中，表面層 在幾秒鐘內(nèi)就可上升到淬火需要的高溫，顏色通紅，而其內(nèi)部溫度升高很少。然后用水或其 他淬火劑迅速冷卻就可以了 .其他的熱處理工藝可根據(jù)需要的加熱深度選用中頻或工頻等.2 .渦流與

15、節(jié)能炊具電磁灶我們知道，把塊狀的金屬放在變化的磁場中，或者讓它在磁場中運動時，塊狀金屬內(nèi)將 產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，叫渦電流，簡稱渦流。 由于金屬電阻小，所以渦流很強，（如圖1所示）當交流電通過導(dǎo)線時，鐵芯中就產(chǎn)生很強的 渦流，這種強電流使鐵芯發(fā)熱，浪費電能。為了減少損失，電機、變壓器等通常用具有絕緣 層的薄硅鋼片我壓制成鐵芯，使回路電阻增大，減少渦流。在各種電機、變壓器中，渦流是有害的，我們要采取各種辦法來減弱它，其實渦流也是可 以利用的，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐就是利用渦流來熔化、冶煉金屬的。這種冶煉方法速度快， 溫度容易控制，而且污染少，適應(yīng)冶煉特種合金和特

16、種鋼。渦流也可以應(yīng)用于生活.本文將要介紹的電磁灶就是渦流在生活中的應(yīng)用，電磁灶首先把50Hz的交流電通過橋式整流裝置改換成直流電，然后通過逆變器，轉(zhuǎn)換 成15 kHz 50 kHz的高頻電流，此高頻也流通過扁平螺旋形加熱線圉（螺旋中心有圓環(huán)形磁 芯）產(chǎn)生高頻交變磁場，這個磁場的磁感線穿過非金屬灶臺面板進入烹飪鐵鍋底內(nèi)，由于電 磁感應(yīng)產(chǎn)生立場，形成強大的渦流電流，發(fā)出大量的焦耳熱，達到對食物加熱的目的。圖2是電磁灶的內(nèi)部電路.圖中G為濾波電容，乙為扼流圖，和分為半導(dǎo)體高速二極 管，乙和G為高頻轉(zhuǎn)換電感和電容，C為調(diào)諧電容器，乙為加熱線圉，和乙乙組成逆變器， 通過計算可知，加在上的直流也流通過逆變

17、器后在G上產(chǎn)生交流電壓，其頻率為：片1/2n /不，如果改變心和乙的值可獲得不同須率的交變電壓，一般在15kHz 50kHz之間。從圖3可知，G兩端的電壓加到L3G （乙有電阻的串聯(lián)電路上，改變6,使R3L3G 串聯(lián)電路振動頻率尸與G的頻率尸相等，這樣在中的電流振幅最大，中交變電流在鐵鍋 底中的H的振幅也最大，產(chǎn)生的渦流最強，電磁灶的熱功率最大。下面談?wù)勲姶旁罱o鍋加熱的情況，如圖4為放在加熱圖上的鍋底剖面圖，8是加熱圉中 電流產(chǎn)生的磁場，這個磁場從圓心沿徑向分布。其磁感線分布形狀如圖5所示的傘形。8的 變化激起鍋底內(nèi)部產(chǎn)生渦流,根據(jù)右手定則可知，渦流方向如圖5所示，形成一些同心圓.圖3圖4圖5通過計算發(fā)現(xiàn)，鍋底產(chǎn)生的熱功率與交流電的頻率平方成正比，與勵磁線圖（加熱線圉） 的安匝教的平方成正比，所以電磁灶一般采用高頻勵磁。用1620股直徑為0o 5mm的銅絲 絞合制成扁平螺旋線圉，以增加安匝數(shù)。鐵的磁導(dǎo)率大，電阻也比銅、鋁大些，在相同的須 率和匝數(shù)下，產(chǎn)生的熱功率比銅、鋁大，所以一般采用鐵鍋，不用銅鍋、鋁鍋。從圖4可以看 出渦流主要分布在鍋底的表面，故鍋底