1-8 涡流现象及其应用 教学设计

涡流现象及其应用
1教学目标
（1）、知道涡流是如何产生的
（2）、知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流
（3）、通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因
（3）、利用理论联系实际的方法加深理解涡流
2学情分析
涡流是电磁感应现象的一种特殊现象，应该从
( http: / / www.21cnjy.com )电磁感应定律的角度去理解涡流，涡流有时很有用，教师上课时多举一些生活中的应用实例，例如我们生活中的电磁炉、安检门等都是利用涡流的原理制成的，而这些学生日常生活中都见过，这样学生更易接受和理解。
3重点难点
涡流的产生原因和涡流的作用
4教学过程
4.1
第一学时
4.1.1教学目标
（1）、知道涡流是如何产生的
（2）、知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流
（3）、通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因
（3）、利用理论联系实际的方法加深理解涡流
4.1.2学时重点
涡流的产生原因和涡流的作用
4.1.3学时难点
涡流的产生原因
4.1.4教学活动
活动1【讲授】第7节　涡流现象及其应用教学过程
第7节
涡流现象及其应用教学过程
教学活动
引入新课
导入一
实验1
：
如图线圈接入220V交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。
现
象：几分钟后学生感到铁芯变热。
解释：原来把块状的金属放在变化的磁场中或让
( http: / / www.21cnjy.com )它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合电路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。
导入二
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？
它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。
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
1、涡流
［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
( http: / / www.21cnjy.com )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。
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？
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。
分析：如图所示，线圈接入反
( http: / / www.21cnjy.com )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。
课件演示，涡流的产生过程，增强学生的感性认识。
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。
2、电磁阻尼
阅读教材30页上
的“思考与讨论”，分组讨论，然后发表自己的见解。
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。
［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。
［演示3］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁
( http: / / www.21cnjy.com )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？
当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合
( http: / / www.21cnjy.com )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、电磁驱动
［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。
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。
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。
（四
）实例探究
涡流的应用
【例1】如图所示是高频焊接原理示意
( http: / / www.21cnjy.com )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
答案：AD
巩固练习
1．如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面
( http: / / www.21cnjy.com )上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（
）
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变
答案：B21世纪教育网
2．如图所示，闭合金属环从曲面上
h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（
）
A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于
h
B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
答案：BD21世纪教育网
3．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（
）
A．铁
B．木
C．铜
D．铝
答案：CD
4．如图所示，圆形金属环竖
( http: / / www.21cnjy.com )直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿
导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
答案：减速
5．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说
法正确的是（
）
A．A、B两点在同一水平线
B．A点高于B点
C．A点低于B点
D．铜
环将做等幅
摆动
答案：B
作
业
1、认真阅读教材。
2、思考并完成“问题与练习”中的习题。
3、收集“涡流的利用和防止”方面的资料，课后交流。
4.2
第二学时
4.2.1教学目标
通过课时训练，使学生能利用涡流的知识解决具体问题，提高解决问题的能力。
4.2.2学时重点
利用涡流的知识解决具体问题的能力。
4.2.3学时难点
4.2.4教学活动
活动1【练习】课时训练
第7
节
涡流及其应用课时训练
基础达标：
１．用来冶炼合金钢的真空
( http: / / www.21cnjy.com )___________，炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________．涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度．
2．利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能
( http: / / www.21cnjy.com )在___________中进行，这样就能防止___________进入金属，可以冶炼高质量的___________．
3．探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，
( http: / / www.21cnjy.com )士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中________
___有的电流．如果地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．
4．同样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯放在同一变化的磁场中相比较（
）
A．金属块中的涡流较大，热功率也较大
B．硅钢片中涡流较大，热功率也较大
C．金属块中涡流较大，硅钢片中热功率较大
D．硅钢片中涡流较大，金属块中热功率较大
5．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（
）
A．增大涡流，提高变
压器的效率
B．减小涡流，提高变压器
的效率
C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量
D．增大铁芯中的电阻，以减小发热量
6．如图所示，一块长方形光滑铝板水
( http: / / www.21cnjy.com )平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左
端沿中线向右端滚动，则（
）
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变
7．如图所示，闭合金属环从曲面上
h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（
）
A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于
h
B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h
8．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（
）
A．铁
B．木
C．铜
D．铝
9．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光
( http: / / www.21cnjy.com )滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”
或“减速”）
10．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（
）
A．A、B两点在同一水平线
B．A点高于B点
C．A点低于B点
D．铜环将做等幅摆动
能力提升：
11．如图所示是高频焊接原理示意图，
( http: / / www.21cnjy.com )线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起．我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的．
试定性说明：为什么交变电流的频率越高，焊接缝处放出的热量越大？
12、用丝线悬挂闭合金属环，悬于O点，
( http: / / www.21cnjy.com )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？
13．如图所示是称为阻尼摆的示
( http: / / www.21cnjy.com )意图，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端O点轴在竖直面内转动，一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面．使摆从图中实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间．试定性分析其原因．
14、如图所示，挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内振动，如果空气阻力不计，则：（
）
A．磁铁的振幅不变
B．磁铁做阻尼振动
C．线圈中有逐渐变弱的直流电
D．线圈中逐渐变弱的交流电
15、如图所示，abcd是一闭合的小金
( http: / / www.21cnjy.com )属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则(
)
A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反
B.线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大
C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小
D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能
16、桌面上放一铜片，一条形磁铁的N极自上而下接近铜片的过程中，铜片对桌面的压力
(
)
A．增大．
B．减小．
C．不变．
D．无法判断是否变化
17、著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如
( http: / / www.21cnjy.com )图所示.在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是（
）
A.圆盘将逆时针转动
B.圆盘将顺时针转动
C.圆盘不会转动
D.无法确定圆盘是否会动
参考答案：
答案：冶炼炉
线圈
周期性变化的
涡流
热量
答案：真空
空气中的杂质
合金
答案：变化着
金属物品
涡流
磁场
电流
答案：A
5、答案：BD
思路解析：不使用整块硅钢而是
( http: / / www.21cnjy.com )采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率是防止涡流而采取的措施．本题正确选项是BD．
启示：对于任何事物都具有两面性．对人类有益的一面要尽量去开发利用，对人类有害的一面要尽可能防止．
6、答案
：B
7、答案：BD
8、答案：CD
9、答案：减速
10、答案：B
11、答案：交变电流的频率越高，它产生
( http: / / www.21cnjy.com )的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大．而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高焊接处放出的热量越
多．
12、答案：只有左边有匀强磁场，金属环
( http: / / www.21cnjy.com )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。
13、答案：第一种情况下，阻尼摆进入有界
( http: / / www.21cnjy.com )磁场后，在摆中会形成涡流，涡流受磁场的阻碍作用，会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间．
14、答案：BD
15、答案：线框在进入和离开磁场的过程中磁通
( http: / / www.21cnjy.com )量才会变化，也可以看做其部分在切割磁感线，因此有感应电流，且由楞次定律或右手定则可确定进入和离开磁场时感应电流方向是相反的，故A项正确；当线圈整体都进入匀强磁场后，磁通量就保持不变了，此段过程中不会产生感应电流，故B错误，但提醒一下的是此时还是有感应电动势的(如果是非匀强磁场，则又另当别论了)；
当线框在进入和离开磁场的过程中会有感
( http: / / www.21cnjy.com )应电流产生，则回路中有机械能转化为电能，或者说当导体在磁
场中做相对磁场的切割运动而产生感应电流的同时，一定会有安培“阻力”阻碍其相对运动，故线框的摆角会减小，但当线框最后整体都进入磁场中后，并只在磁场中摆动时，没有感应电流产生，则机械能保持守恒，摆角就不会再变化，故C项正确，而D项错误.综上所述，正确答案是AC项.
16、答案：A。分析：磁铁的N极接近时
( http: / / www.21cnjy.com )，自上而下
穿过铜片的磁通量增大，在铜片内会产生逆时针向绕行的感应电流(如图)，使铜片上方呈现
N极，阻碍磁铁接近．根据牛顿第三定律，磁铁对铜片有同样大小的作用力，使铜片增加对桌面的压力．答A．
17、答案：
A。分析：瞬间增强的磁场会
( http: / / www.21cnjy.com )在周围产生一个顺时针的涡旋电场，负电荷受到逆时针方向的电场力，带动圆盘逆时针转动，而负电荷的这种定向运动则形成了顺时针的环形电流。