《7渦輪流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)(甘肅省市級(jí)優(yōu)課)-物理教案

第七節(jié)：渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)【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、過程與方法（1）、用實(shí)驗(yàn)的方法講授新課激發(fā)學(xué)生的求知欲（2）、通過舊知識(shí)分析新問題弄清渦流的產(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)的樂趣，引發(fā)學(xué)生去分析問題，解決問題，提高其學(xué)習(xí)掌握知識(shí)的能力[（2）、通過理論與實(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)際問題的能力。4、課時(shí)量：1課時(shí)【教學(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、講授法【教學(xué)用具】閉合線圈、彈簧、磁體、鋁環(huán)【教學(xué)過程】（一）引入新課：當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，在磁場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生感生電場(chǎng)，使導(dǎo)體中的自由電子定向移動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，閉合的曲線像旋渦一樣，我們把它叫渦電流。簡(jiǎn)稱渦流。（二）進(jìn)行新課：一、渦流如圖線圈中通入正弦交流電一個(gè)周期，鐵芯中產(chǎn)生的渦流如何變化，用動(dòng)畫做演示。說明：（1）渦流是在整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。（2）渦流的產(chǎn)生遵守法拉第電磁感應(yīng)定律。渦流的熱效應(yīng)：金屬塊中的渦流也要產(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。應(yīng)用：（1）、真空冶煉爐冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過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。（2）、高頻焊接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.。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，焊接處放出的熱量越多.（3）、電磁爐電磁灶的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，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)的磁力線通過鐵質(zhì)鍋底時(shí)會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的渦流使鍋本身自行高速發(fā)熱，放出大量的熱量，再作用于鍋內(nèi)食物，將飯菜煮熟。2.渦流的磁效應(yīng)：（1）金屬探測(cè)器探測(cè)器產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，周期性變化的磁場(chǎng)在空間產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)。而渦旋電場(chǎng)如果遇到金屬的話，會(huì)形成渦電流，渦電流產(chǎn)生磁場(chǎng)可以被檢測(cè)到。（2）探雷器和安檢門都是利用渦流制成的探測(cè)地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，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)反過來影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警，這種探雷器可以用來探測(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)到人身攜帶的金屬物品，道理是一樣的。3、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)電能,還可能損壞電器，如電動(dòng)機(jī)、變壓器。當(dāng)交變電流通過線圈時(shí)，穿過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。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。減少渦流的途徑:①、增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。②、用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。例題1、下列哪些措施是為了防止渦流的危害（CD）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，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)電的氧化層例題2、如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是(AD)A．交流電的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快B．交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快C．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大二、電磁阻尼1.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)——電磁阻尼。2.應(yīng)用:磁電式儀表、阻尼擺等.(1)為什么用鋁框做線圈骨架？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。(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？構(gòu)成閉合回路，防止指針擺動(dòng)(3)、電磁阻尼擺為何很快停下來？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．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，因而增大了擺的阻尼，擺很快就能停止下來。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。(4)、金屬管演示渦流的電磁阻尼現(xiàn)象看視頻說明現(xiàn)象(5)、彈簧振子演示電磁阻尼現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)，看視頻說明現(xiàn)象例題3、如圖所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是(BC)A．防止渦流而設(shè)計(jì)的B．利用渦流而設(shè)計(jì)的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動(dòng)的作用三、電磁驅(qū)動(dòng)1、電磁驅(qū)動(dòng)：當(dāng)磁場(chǎng)相對(duì)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)、汽車上用的電磁式速度表等?？匆曨l說明旋轉(zhuǎn)的U型磁體如何驅(qū)動(dòng)鋁框轉(zhuǎn)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。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。例題4、如圖所示，閉合導(dǎo)線環(huán)和條形磁鐵都可以繞水平的中心軸OO′自由轉(zhuǎn)動(dòng)，開始時(shí)磁鐵和圓環(huán)都靜止在豎直平面內(nèi)．若條形磁鐵突然繞OO′軸，N極向紙里、S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過程中，圓環(huán)將(A)A．產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)上端向里、下端向外隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)B．產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)上端向外、下端向里轉(zhuǎn)動(dòng)C．產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，圓環(huán)并不轉(zhuǎn)動(dòng)D．產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電