涡流 电磁阻尼和电磁驱动(江苏省盐城市城区)

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名称 涡流 电磁阻尼和电磁驱动(江苏省盐城市城区)
格式 rar
文件大小 175.7KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2008-03-08 10:09:00

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文档简介

海头中学高二物理教案
§ 4.7 涡 流 教案编号 07
备课时间 2007年9月日 教学时间 年月日
主备教师 吕继山 使用教师 吕继山
三维目标 (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)情感态度与价值观培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。
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 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
教学媒体 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。
(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
答案:B
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:BD
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
课后作业: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。
板书设计:§ 4.7 涡 流
1、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。
2、电磁阻尼: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。
3、电磁驱动: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。
教学体会:
海头中学高二物理学案
第七节 涡流
【知能准备】
1.涡流概念:
2.涡流产生原因:
3.涡流的利用与控制
(1)利用——
(2)控制——
4.电磁驱动原理:
典型例题:
【例题1】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。
【同类变式7-1】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
【例题2】如图所示,abcd是一闭合的小金属线框,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
【解析】线框在进入和离开磁场的过程中磁通量才会变化,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.
【同类变式7-2】如图所示为一光滑轨道,其中MN部分为一段对称的圆弧,两侧的直导轨与圆弧相切,在MN部分有如图所示的匀强磁场,有一较小的金属环如图放置在P点,金属环由静止自由释放,经很多次来回运动后,下列判断正确的有( )
A、金属环仍能上升到与P等高处;
B、金属环最终将静止在最低点;
C、金属环上升的最大高度与MN等高处;
D、金属环上升的最大高度一直在变小。
【例题3】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.
【解析】磁铁的N极接近时,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.
【同类变式7-3】著名物理学家弗曼曾设计过一个实验,如图所示.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
【同类变式答案】1.BD 2. 3.A(瞬间增强的磁场会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)
[基本训练题]
1.如图所示,水平方向的磁场垂直于光滑曲面,闭合小金属环从高h的曲面上端无初速滑下,又沿曲面的另一侧上升,则( )
A.若是匀强磁场,环在左侧上升的高度小于h
B.若是匀强磁场,环在左侧上升的高度大于h
C.若是非匀强磁场,环在左侧上升高度等于h
D.若是非匀强磁场,环在左侧上升的高度小于h
2.如图所示,是称为阻尼摆的示意图.在轻质杆上固定一金属薄片,轻质杆可绕上端O为轴在竖直平面内转动,一水平磁场穿过金属薄片.当薄片是一整块时和开有许多槽时(如虚线所示),使它们都从偏离竖直方向的同一位置释放,两者摆动情况有何不同?为什么?
[拓展创新题]
3.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程是y=x2,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中的虚线所示).一个小金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑.假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是多少
[综合能力题]
4.地球是一个巨大的磁体,具有金属外壳的人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动,若不能忽略所经之处地磁场的强弱差别,则( ).
A. 运行速率将越来越小
B.运行周期将越来越小
C. 轨道半径将越来越小
D.向心加速度将越来越小
[名题荟萃]
(2002上海)5、如图所示,A、B为大小、形状均相同且内壁光滑,但用不同材料制成的圆管,竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球,同时从A、B管上端的管口无初速释放,穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述这可能正确的是:( )
A、A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的;
B、A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的;
C、A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的;
D、A管是用胶木制成的,B管是用铝制成的。
【综合评价答案】
1.D 2.开有许多槽后,使得回路电阻变大, 大幅减小涡流。这样,整块时摆动几次很快会停下,开有许多槽时能摆动较长时间才停下.
3. 4.BC 5.B
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