3.3电磁感应现象在技术中的应用 教案 (3)

3.3电磁感应现象在技术中的应用
教案
教学目标
1、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。
2、过程与方法:
培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。
3、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。
教学重点：涡流的概念及其应用；电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
教学方法：通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验。
教学手段：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）
教学过程：
（一）引入新课
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。
思考感悟
利用涡流给物体加热时，是高频电源效果好？还是低频电源效果好？
提示：高频电源好，因为高频电源磁场变化快，磁场中导体内磁通量变化快，产生的感应电动势、感应电流更大，加热效果好．
（二）进行新课
1、涡流
一、涡流的产生及能量转化
1．涡流产生的条件
涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生的条件是穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡．
2．可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中．
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
3．能量转化
伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．
(1)如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能．
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．
4．涡流的利用
金属块内产生涡流时将会产生电热，因此可以用涡流来加热物体，电磁炉就是利用了这一原理，为了增加热功率就要适当增加ΔΦΔt.
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2mm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。（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。
电磁感应现象自发现之日起，便一直在改变着人们的生活。时至今日，生活中可以处处见到它的影子。无论是话筒，电磁炉，还是收音机，发电机，都是我们可以见到和听到的物品。而且，在高中物理中，我们便不断接触与其应用相关的题目，这些物品也曾作为物理试题的载体，不时出现在试卷中。现在看来，也是分外亲切。
2.动圈式话筒
在剧场和演讲等活动中，放大声音已经成为一种迫切的需要，而电磁感应现象的发现与应用已经成功解决了这个问题。
放大声音的装置由话筒，扩音器和扬声器三部分，其中话筒是把声音转变为电信号的装置。
动圈式话筒，是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的音圈也随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就会产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。如今，话筒或者麦克风已经随处可见。
二、磁卡和动圈式话筒的应用
1．磁卡信息的录入与读取的过程
(1)信息录入过程
记录磁头由有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线圈构成．磁卡是由一定材料的片基和均匀地涂在片基上面的磁带构成，磁带为一具有磁性敷层的合成树脂长带，用于记录信息．录入时，磁带通过一块电磁铁——录制头，也就是磁头，录制头产生的磁场随信息的改变而改变．当磁带上的磁性颗粒通过磁头时，便被不同程度地磁化，这样就在磁卡的磁带上“写入”了一连串相关磁性变化的信息．
(2)信息读取过程
当载有信息的磁卡以一定的速度通过读取磁头时，磁带上的磁性颗粒经过磁头，使穿过磁头线圈的磁通量发生相应的变化，从而产生与录制时相一致的感应电流．这样就可以把磁带上被录入的信息读取出来．
2．动圈式话筒的工作原理如图1－3－1所示，是动圈式话筒的结构原理图.
图1－3－1
（三）.知识点整合
知识点一
磁通量、磁通量的变化及磁通量变化率
1、磁通量φ
磁感应强度B与
于磁场方向的面积S的
叫做穿过这个面积的磁通量，符号φ，国际单位
。定义式为：φ=
。
定义式φ=BS中的面积S指的是垂直于匀强磁场方向的面积，如果面积S与磁感应强度B不垂直，如图12-1-1，可将磁感应强度B向着垂直于面积S和平行于面积S和方向进行正交分解，
也可以将面积向着垂直于磁感应强度B的方向投影。
设此时面积S与磁感应强度B的夹角为θ，则φ=
。
注：从磁感线角度认为在同一磁场中，磁感线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方，磁感应强度B越大。因此B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。所以磁通量反映穿过某一面积的磁感线条数的多少。
2、磁通量的变化率Δφ/Δt
磁通量的变化率为
时间内磁通量的变化量，表示磁通量变化
。
[例1]
如图12-1-2所示，两个同心圆形线圈a、b在同一平面内，其半径大小关系为ra（
）
A、>
B、=
C、<
D、条件不足，无法判断
[规律总结]
：
[例2]
在磁感应强度为B的匀强磁场中，面积为S的线圈垂直磁场方向放置，若将此线圈翻转180°，那么穿过此线圈的磁通量的变化量是多少？
[规律总结]
：
考点二
电磁感应现象
1、利用磁场产生电流的现象叫做
，产生的电流叫做
。
2、要产生感应电流必须满足两个条件：①回路
，②穿过磁通量
．当存在多个回路时，只要
闭合回路中的磁通量发生改变，都会产生感应电流．
3、感应电流与感应电动势的关系：在电磁感应现象中产生的是感应电动势，若回路是
的，则有感应电流产生；若回路
，则只有电动势，而无电流.在闭合回路中，产生感应电动势的部分是
，其余部分则为外电路.
【例3】如图12-1-5所示，MN、GH为平行导轨，AB、CD为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体。有匀强磁场垂直于导轨所在平面。用I表示回路中的电流（
）
A.当AB不动而CD向右滑动时，I≠0且沿顺时针方向
B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时，I=0
C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时，I=0
D.当AB、CD都向右滑动，且AB速度大于CD时，I≠0且沿逆时针方向
【规律总结】
考点三：右手定则、楞次定律
1．右手定则：伸开右手，让大拇指跟其余四个手指
，并且都跟手掌在同一个
内，让磁感线
穿过手心，拇指指向导体
的方向，其余四指所指的方向就是
的方向．如图所示
2.
楞次定律
（1）楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要
引起感应电流的
的变化．适用于所有电磁感应的情形．感应电流的磁场只是
而不是
原磁通量的变化．
（2）、楞次定律的具体含义：
楞次定律可广义的表述为：感应电流的作用效果总表现为要阻碍（反抗）引起感应电流的原因．常有这么几种形式：（1）从磁通量或电流（主要是自感）的角度看，其规律可总结为“
增
减
”．即若磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向
，若磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向
；（2）从运动的角度看，会阻碍或引起相对运动，阻碍相对运动的规律表现为“来
去
”．或闭合回路能过“扩大”或“减小”面积来实现对磁通量变化的阻碍，规律为“大小小大”．实质是所受安培力的合力不为
．（3）从能量守恒的角度看，感应电流的存在必然导致其它形式的能量向
能及
能转化．
【例4】如图
4
所示，用一根长为
L质量不计的细杆与一个上弧长为
L0、下弧
长为
d0
的金属线框的中点联结并悬挂于
O
点，悬点正下方存在一个上弧
长为
2
L0
、下弧长为
2d0
的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且
d0<将线框拉开到如图
4所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和
摩擦。下列说法正确的是
（
）
A．金属线框进入磁场时感应电流的方向为
a→d→c→b→a
B．金属线框离开磁场时感应电流的方向为
a→b→c→d→a

C．金属线框
dc边进入磁场与
ab边离开磁场的速度大小总是相等
D．金属线框最终将在磁场内左右振动
[规律总结]
运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”。
棱次定律的综合应用
【例5】电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图12-1-11所示．现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是（
）
A．从a到b，上极板带正电
B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带正电
D．从b到a，下极板带正电
限时基础训练
1．关于产生感应电流的条件，以下说法中错误的是（
）
　　A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定会有感应电流
　　B．闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流
　　C．穿过闭合电路的磁通为零的瞬间，闭合电路中一定不会产生感应电流
　D．无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流
2．电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备。下列用电器中，哪个没有利用电磁感应原理
（
）
A．动圈式话筒
B．白炽灯泡
C．磁带录音机
D．电磁炉
3、如图4所示，将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如下图连接，在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑线变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转。由此可以判断
（
）
A、线圈A向上移动或滑动变阻器滑动端P向右加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转
B、线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转
C、滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央
D、因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向
4．如图5所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是
(
)
　　A．线圈中通以恒定的电流
　　B．通电时，使变阻器的滑片P作匀速移动
　　C．通电时，使变阻器的滑片P作加速移动
　　D．将电键突然断开的瞬间
5．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，图中各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是
（
）
　　A．都会产生感应电流
　　B．都不会产生感应电流
　　C．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流
　　D．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流
6、已知穿过线圈的磁通量φ随时间t变化的关系如图所示，则在下面所述的几段时间内，磁通量变化率最大的是（
）
A．0s~2s
B．2s~4s
C．4s~5s
D．5s~7s
7、在闭合的铁芯上绕一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池构成闭合电路，如图所示，假设线圈产生磁感线全部集中在铁芯内。a、b、c为三个闭合的金属圆环，位置如图。当滑动变阻器的滑动触头左右滑动时，环中有感应电流产生的圆环是
（
）
A．a、b、c三环
B．a、b两环
C．b、c两环
D．a、c两环
8、
图中EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆．有均匀磁场垂直于导轨平面，方向向纸内，若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB(
)
A．匀速滑动时，I1=0,I2=0
B．匀速滑动时，I1≠0,I2≠0
C．加速滑动时，I1=0,I2=0
D．加速滑动时，I1≠0,I2≠0
9．如图4所示，两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面，导轨上横放着两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路。导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为R，回路上其余部分的电阻不计。在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场。开始时，导体棒处于静止状态，剪断细线后，导体棒向左右两边运动过程中
（
）
A．回路中有感应电动势
B．两根导体棒所受安培力的方向相同
C．两根导体棒和弹簧构成的系统机械能守恒
D．两根导体棒和弹簧构成的系统机械能不守恒
10．闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如图9所示，当铜环向右移动时(金属框不动)，下列说法中正确的是
(
)
　　A．铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化
　　B．金属框内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化
　　C．金属框ab边中有感应电流，因为回路abfgea中磁通量增加了
D．铜环的半圆egf中有感应电流，因为回路egfcde中的磁通量减少