高中人教物理選擇性必修二2.3 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)（教學(xué)設(shè)計(jì)）-同步備課

1、第二章 電磁感應(yīng)第3節(jié) 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在實(shí)際中有許多應(yīng)用。渦流和自感現(xiàn)象以及許多現(xiàn)象一樣，都有利弊兩個(gè)方面。教學(xué)中應(yīng)充分應(yīng)用這些實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生全面認(rèn)識和對待事物的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路的基本常識以及電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律，學(xué)會(huì)判斷回路是否會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，而旦還掌握了感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與什么因素有關(guān)。即已經(jīng)學(xué)會(huì)對自感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒有渦流這個(gè)概念而已，也沒有意識到渦流現(xiàn)象，線圏本身也會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)中對渦流現(xiàn)象的解釋以及分析是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。物理觀念：知道渦流對我們有不利和有利兩個(gè)方面的影響，以及如何

2、利用的防止.科學(xué)思維：通過學(xué)生的討論和舊知識分析新問題弄清渦流產(chǎn)生的原因以及渦流的特點(diǎn)科學(xué)探究：通過魔術(shù)實(shí)驗(yàn)探究，知道什么是電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象，并能分析二者的不同點(diǎn)和相同點(diǎn)，以及實(shí)質(zhì)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過理論與實(shí)際的相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其用理論知識解決實(shí)際問題的能力。1、教學(xué)重點(diǎn)：（1）渦流的概念及其應(yīng)用。（2）電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)際分析2、教學(xué)難點(diǎn)：電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)際分析電磁爐、多媒體課件引題：展示圖片，并提出問題：這兩種灶給鍋加熱的原理是什么？（熱傳遞）再展示電磁爐的圖片，提出問題：電磁爐的加熱原理是什么？是熱傳遞嗎？【探究體驗(yàn)】電磁爐加熱原理探究探究活動(dòng)1：開啟電磁爐一

3、會(huì)，觸摸電磁爐的爐面和鍋，有什么感受？用勺子靠近電磁爐中間位置但不要接觸，過一會(huì)觸摸勺子和爐面有什么感受？（不是熱傳遞）探究活動(dòng)2：開啟電磁爐，將帶燈泡的線圈放到電磁爐面上（由邊上慢慢往中間移動(dòng)）觀察現(xiàn)象，將線圈拿起靠近電磁爐觀察現(xiàn)象，轉(zhuǎn)動(dòng)線圈方位，觀察現(xiàn)象問題引導(dǎo)：電燈泡線圈接電源了嗎？燈泡為什么能亮，線圈中電流是怎么形成的？（感應(yīng)電流）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？這產(chǎn)生感應(yīng)電流是感生？還是動(dòng)生？磁場從哪來？是變化的還是恒定的？磁場的方向如何？為什么？若是這樣，想一想電磁爐內(nèi)部有個(gè)什么裝置？探究活動(dòng)3：打開電磁爐看一下它的廬山真面貌，看里面是否有一個(gè)線圈【思考】：結(jié)合探究活動(dòng)一，思考電磁爐的加

4、熱原理是什么?在哪里產(chǎn)生了感應(yīng)電流？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)就可以解釋以上現(xiàn)象2、新課進(jìn)行一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場（一）、理論探究感生電動(dòng)勢的產(chǎn)生電流是怎樣產(chǎn)生的？自由電荷為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？猜想：使電荷運(yùn)動(dòng)的力可能是洛倫茲力、靜電力、或者是其它力使電荷運(yùn)動(dòng)的力難道是變化的磁場對其施加的力嗎？（二）英麥克斯韋認(rèn)為：磁場變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場。這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場（induced electric field）。如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在感生電場的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢。應(yīng)用實(shí)例-電子感應(yīng)加速器電子

5、感應(yīng)加速器是用感生電場來加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。上圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時(shí)，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？電子感應(yīng)加速器是用感生電場來加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。上圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針方向

6、運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時(shí)，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？二、渦流1. 定義由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流。如圖中的虛線所示 2. 特點(diǎn)若金屬電阻率很小，則渦流往往很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量很多。 3. 應(yīng)用（1）渦流熱效應(yīng)：真空冶煉爐，電磁爐。（2）真空冶煉爐原理：金屬塊中的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量。用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐（如圖），爐外有線圈，線圈中通入迅速變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)過程可以在真空中進(jìn)行，能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。（3）.渦流的磁效應(yīng)：渦流的磁場反過來影響線圈

7、中的電流，使儀器報(bào)警。4、危害：線圈中流過變化的電流,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。5、防止（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代替整塊硅鋼鐵芯。 例. 如圖所示，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(C)A恒定直流、小鐵鍋B恒定直流、玻璃杯C變化的電流、小鐵鍋 D變化的電流、玻璃杯三、電磁阻尼1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(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)電磁阻尼。2.應(yīng)用:磁電式儀

8、表、電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)、阻尼擺等.(1)為什么用鋁框做線圈骨架？(2)、微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何應(yīng)該把兩個(gè)接線柱連在一起？(3)、金屬管演示渦流的電磁阻尼現(xiàn)象（播放視頻，讓學(xué)生思考，分組討論）(4)、彈簧振子演示電磁阻尼現(xiàn)象（播放視頻，讓學(xué)生思考，分組討論）例. 如圖所示，使一個(gè)銅盤繞其豎直的軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng)，且假設(shè)摩擦等阻力不計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)是勻速的?，F(xiàn)把一個(gè)蹄形磁鐵移近銅盤，則( A )A銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)將變慢B銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)將變快C銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)D銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度是否變化，要根據(jù)磁鐵的上、下兩端的極性來決定四、電磁驅(qū)動(dòng)1、電磁驅(qū)動(dòng)：當(dāng)磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用

9、而運(yùn)動(dòng)起來的現(xiàn)象。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。2、應(yīng)用：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。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。配置的三個(gè)線圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類似上面演示實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場中的導(dǎo)線框也就隨著轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2.3-11）。就這樣，電動(dòng)機(jī)（圖2.3-12）把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能3、電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別：電磁阻尼是導(dǎo)體相對于磁場運(yùn)動(dòng); 電磁驅(qū)動(dòng)是磁場相對于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。聯(lián)系：安培力的作用都是阻礙它們間的相對運(yùn)動(dòng)。課堂練習(xí)：1、下列哪些措施是為了防止渦流的危害（ ）A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架

10、，把線圈繞在鋁框上C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層2高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不可采用是（A）A減小焊接縫的接觸電阻B增大焊接縫的接觸電阻C增大交變電流的電壓D增大交變電流的頻率3下列關(guān)于教材中四幅插圖的說法正確的是（C）A圖甲中，當(dāng)手搖動(dòng)柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，則鋁框會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，且跟磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的一樣快B圖乙是真空冶煉爐，當(dāng)爐外線圈通入高頻交流電時(shí)，線圈中產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬C丙是回旋加速器的示意圖，當(dāng)增大交流電

11、壓時(shí)，粒子獲得的最大動(dòng)能不變，所需時(shí)間變短D圖丁是微安表的表頭，在運(yùn)輸時(shí)要把兩個(gè)正、負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，這是為了保護(hù)電表指針，利用了電磁驅(qū)動(dòng)原理【作業(yè)】：課后思考研究題目：請同學(xué)以小組為單位，通過查閱資料，小組討論研究完成下面的題目：1.為什么電磁爐一定要用鐵磁質(zhì)的平底鍋，能用其它鍋嗎？（比 如鋁鍋、銅鍋）2.既然鍋底渦流很大，做飯時(shí)會(huì)觸電嗎？為什么？3.新型武器電磁炮的原理、發(fā)展形式是什么？X&X渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)雖然是本章的重點(diǎn)，但并不是難點(diǎn)，如果依照教材順序按部就班地由教師演示、歸納、概括，盡管學(xué)生也能接受，但他們就有可能處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果。本節(jié)課應(yīng)試圖改變這種弊端，在教學(xué)過程的總體設(shè)計(jì)上以學(xué)生為探素者，教師做引路人，按照“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為