选修2第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动教学设计

选修选修 3-23-2 第四章第第四章第 7 7 节涡流节涡流电磁阻尼和电磁驱动电磁阻尼和电磁驱动 一一、教材分析、教材分析 本节是选学内容，它是又一种特殊的电磁感应现象， 在实际中有许多应用。 可根据各校 的实际情况或选讲，或指导学生阅读。涡流和自感现象以及许多现象一样， 都有利弊两个方 面。教学中应充分应用这些实例，培养学生全面认识和对待事物的科学态度。 二、学情分析二、学情分析 学生已经学习了电路的基本常识以及电磁感应的相关规律，学会判断回路是否会产生感 应电流以及感应电流的方向， 而且还掌握了感应电动势的大小与什么因素有关。 即已经学会 对自感现象的分析，但头脑中没有涡流这个概念而已， 也没有意识到涡流现象， 线圈本身也 会产生电磁感应现象。学习中对涡流现象的解释以及分析是学生遇到的最大挑战。 三、教学目标三、教学目标 （一）知识与技能（一）知识与技能 1．知道涡流是如何产生的。 2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。 3．知道电磁阻尼和电磁驱动。 （二）过程与方法（二）过程与方法 培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。 （三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观 培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。 四、重点、难点四、重点、难点 教学重点：教学重点： 1．涡流的概念及其应用。 2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 教学难点：教学难点： 电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 1 五、教学手段与策略五、教学手段与策略 通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 六、六、教学用具：教学用具： 电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器） 、电磁阻尼演示装置（示教电流 表、微安表、弹簧、条形磁铁） ，电磁驱动演示装置（U 形磁铁、能绕轴转动的铝框） 。 七、课时安排七、课时安排 ：： 1 1 课时课时 八、教学过程八、教学过程 （一）引入新课（一）引入新课 教师：出示电动机、变压器铁芯，引导学生仔细观察其铁芯有什么特点？ 学生：它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。 教师：为什么要这样做呢？用一个整块的金属做铁心不是更省事儿？学习了涡流的知 识，同学们就会知道其中的奥秘。 （二）进行新课（二）进行新课 1 1、涡流、涡流 教师： ［演示 1］涡流生热实验。 在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约 2 mm 的铁板，铁板垂直于铁芯里磁感线的方 向。在原线圈接交流电。几分钟后，让学生摸摸铁芯和铁板，比较它们的温度，报告给全班 同学。 学生：铁板的温度比铁芯高。 教师： 为什么铁芯和铁板会发热呢？原来在铁芯和铁板中有涡流产生。 安排学生阅读教 材，了解什么叫涡流？ 学生：当线圈中的电流发生变化时， 这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。 这种电 流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流涡流。 师生共同活动：分析涡流的产生过程。 分析：如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内， 若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场 2 激发出感生电场。导体可以看作是由许多闭合线圈组成的， 在感生电场作用下，这些线圈中 产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。 由于导体存在电阻，当电流在导体中流动 时，就会产生电热，这就是涡流的热效应。 教师：课件演示，涡流的产生过程，增强学生的感性认识。 教师：为什么铁板的温度比铁芯高？ 学生：因为铁板中的涡流很强， 会产生大量的热。 而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片 之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。 教师：同学们明白了为什么铁芯用薄片叠合而成了吗？ 学生：为了减少涡流损失的电能，同时也保护铁芯不被烧坏。 教师：下面大家阅读教材，了解一下涡流在生产、生活、科技等方面的应用。 2 2、电磁阻尼、电磁阻尼 教师：下面我们看教材 30 页上的“思考与讨论” ，分组讨论，然后发表自己的见解。 学生：阅读教材后，发表自己的看法。 师生共同活动，得出电磁阻尼的概念： 导体在磁场中运动时， 感应电流使导体受到安培力的作用， 安培力的方向总是阻碍导体 的运动，这种现象称为电磁阻尼电磁阻尼。 教师： ［演示 2］电磁阻尼。 按照教材“做一做”中叙述的内容，演示电表指针在偏转过程中受到的电磁阻尼现象。 学生观察现象并解释现象。 ［演示 3］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释 放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会 很快停下来。上述现象说明了什么？ 学生：观察现象并作出分析。 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电 流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开， 也就是磁铁振动时除了空气阻力外， 还有线圈的磁 场力作为阻力，安培阻力较相对较大，因而磁铁会很快停下来。 3 3、电磁驱动、电磁驱动 3 教师：感应电流不仅会对导体产生阻尼作用，有时还会产生驱动作用。 ［演示 4］电磁驱动。 演示教材 31 页的演示实验。引导学生观察并解释实验现象。 师生共同活动，得出电磁驱动的概念： 磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来， 这种现象称为电磁驱动电磁驱动。 教师： 交流感应电动机就是应用电磁驱动的原理工作的。 简要介绍交流感应电动机的工 作过程。 （三）课堂总结、点评（三）课堂总结、点评 教师活动：让学生概括总结本节的内容。 请一个同学到黑板上总结， 其他同学在笔记本 上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。 学生活动：认真总结概括本节内容， 并把自己这节课的体会写下来、 比较黑板上的小结 和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。 点评点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。 教师要放开，让学生自己总结所学内容， 允许内容的顺序不同， 从而构建他们自己的知 识框架。 （四）实例探究（四）实例探究 涡流的应用涡流的应用 【例 1】如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金 属工件中就产生感应电流， 感应电流通过焊缝产生大量热量， 将金属融化，把工件焊接在一 起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（） A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的 电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 解析：线圈中通以高频变化的电流时， 待焊接的金属工件中就产生感应电流， 感应电流 4 的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化的越快，感应电动势就越大。 A 选项正确。工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D 选项也正确。 答案：AD 【例 2】用丝线悬挂闭合金属环，悬于 O 点，虚线左边有匀强磁场，右 边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。 试解释这一现象。若整个空间都 有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？ 分析：只有左边有匀强磁场， 金属环在穿越磁场边界时， 由于磁通量发生变 化，有感应电流产生，于是阻碍相对运动，摆动很快停下来，这就是电磁阻 尼现象；空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量反而不变化了， 因此不产生感应电流，不 会阻碍相对运动。 （五）巩固练习 1．如图所示，一块长