人教版高中物理选修3-2 4．7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（教学设计共6页）

4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动(教学设计）
教材分析
《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》是人教版高中物理选修3-2第四章第七节的内容。它是一种特殊的电磁感应现象，在实际中有许多应用。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。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，而旦还掌握了感应电动勢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，线圏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。
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两个方面的影响，以及如何利用的防止。
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。
教学重点与难点
重点：1、涡流的概念及其应用。
2、电磁阻尼和电磁驱动的实际分析。
难点：电磁阻尼和电磁驱动的实际分析。
教学方法：实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法
教具：使用实验室仪器或自制仪器。高中学生电源，滑动变阻器2个，可拆教学变压器上的线圈2个，硅钢片叠加的铁芯1个以及外形与之相同的块状铁芯2个；多媒体课件。
教学过程
一、新课引入
1、播放市场上的电磁炉，用塑料盆来煮鸡蛋的视频。
2、在探究感应电流的实验中，带铁芯的螺线管可以看到，它们的铁芯都是整块金属；而是许多变压器却不同，它们的铁芯都不是整块金属，而是由相同绝缘的薄硅钢片叠合而成的。为什么这样做呢？直接用一整块不就更省事了吗？
教学设计说明：吸引学习的注意力。
下面通过实验来探究这个问题。
二、新课教学
（一）实验探究：涡流
演示实验：在可拆变压器的一铁块下面加一块厚约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。
现象：几分钟后学生感到铁芯变热。
教学设计说明：学生通过体验铁芯的凉热，对涡流的产生条件及热效应有较深的印象。?
引出涡流的概念：线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中就会产生感应电流。块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。
播放工人加热铁链的视频。
引出问题怎么加热的？
2、涡流的热效应：像其他电流一样，由于导体存在电阻，当电流在导体中流动时，就会产生电热。
用来冶炼合金刚的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热使金属熔化。
这就可以解释导入时为什么可以用塑料盆煮鸡蛋了，因为放有金属。
教学设计说明：在此环节利用视频演，使学生能够更清晰地观看加热过程。看到这些现象都是生活中。
?3、涡流的防止
引出问题：涡流的热效应也有不利的一面，比如电动机、变压器的铁芯，请大家看图4.7-3.变压器的线圈都绕在铁芯上。线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。有什么办法可以减小涡流呢?
演示实验：硅钢片叠加的铁芯放入线圈在原线圈接交流电。几分钟后，让学生摸摸铁芯和铁板，比较它们的温度。
学生：感觉到发热不明显。
分析：在变化的磁场中，产生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。
减少涡流的途径:
①增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。
②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代 替整块硅钢铁芯。
教学设计说明：通过探究实验让学生切身感知探索和发现的过程，激发其主观能动性。培养学生在分组实验中应具备的务实的科学态度，达到师生互动、生生互动。由于他原理比较难，又不是重点，所以老师直接给出结论。
涡流还可以用在其他方面。请大家阅读了解，之后请两位学生简单描述一下金属探测器的工作过程。阅读第26页最后两段文字。金属探测器。
4、涡流的应用
①扫雷
②金属探测器，安检门等
（二）电磁阻尼
接下来我们进行其他问题的探讨。之前我们就知道，闭合导体进入磁场的过程中由于磁通量发生变化，就会产生感应电流，同时受到原磁场的安培力 。
思考与讨论
分析电表线圈骨架的作用： 一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响?
磁电式仪表的线圈常常用铝框骨架、把线圈绕在铝框上。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向?由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培カ。安培力是沿什么方向的?安培力对铝框的转动产生什么影响?使用铝框做线圈骨架有什么好处?
应用楞次定律：线圈中磁感线垂直纸面向里。线圈向下运动，磁通量增多。
增反减同----感应磁场线垂直纸面向外，线框中感应电流方向：逆时针。安培力往上。
1、逆时针，方向向上，阻碍相对运动。同理：2、①逆时针，②与运动方向相反，③阻碍相对运动，减少电阻，增大感应电流，安培阻力增大，阻碍铝框和指针的摆动，使指针较快地稳定在指示位置上。
结论：当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动-----电磁阻尼
教学设计说明：这是比较综合的运用，注意安培力总是阻碍运动方方。通过应用楞次定律讲解，得电磁阻尼的概念。
体验第27页的“做一做”先用手晃动微安表的表壳，观察表针相对表盘晃动的情况。之后用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳。试分析表针摆动情况不同的原因。
在长途运输时，表壳会经常晃动，指针左右摆动很厉害，易损坏表针，用导线把微安表的两个接线柱连在一起，这就形成了闭合回路，指针摆动时的磁通量变化产生感应电流从而阻碍它们的相对运动，这样表针的摆动幅度会大大减小，能保护电表。
（4）电磁驱动
演示实验引入问题：闭合导体与磁体间发生相对运动时安培力的作用是什么？
刚才我们分析的是磁体不动，闭合导体运动时，安培力阻碍导体运动。如果我们先让闭合导体不动，而磁体运动时，安培力会起什么作用呢？
演示课本图4.7-8所示实验：一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，可以绕支点自由转动，教师旋转磁铁。
磁铁在把柄的摇动下朝某一方向做匀速转动，磁铁的磁场也将做匀速转动，原本静止的铝框中产生涡流，受到安培ガ的作用。由于安培力阻碍它们之间的相对运动，在此安培力的作用下铝框将跟随磁铁转动起来。
电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，原磁场使导体受到安培力的作用，使导体与磁体运动方向一致，这种作用常常称为电磁驱动。
教学设计说明：这里是阻尼的反过程，不用再重新说明可以直接得结论。
三、课堂练习
1、有一个铜盘，轻轻拔动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触(图4.7-1)，铜盘就能在较短的间停止。分析这个现象产生的原因。
2、弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来。分析这个现象的产生原因，并说明此现象中能量转化的情况。
教学设计说明：加强学生对电磁阻尼电磁驱动的理解，是学生会用电磁阻尼电磁驱动判断简单现象。
4、课堂小结
1、加深了对楞次定律的理解，对学过的电磁感应，安培力等知识的应用有了很具体的了解；
2、拉近了学生与生活中的物理的距离。
五、作业布置：课本P29第五题5
附：板书设计
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流
1、块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。
2、涡流的热效应：真空冶炼炉
3、涡流的防止
①增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。
②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
4、涡流的应用：扫雷、金属探测器，安检门等。
二、电磁阻尼
当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,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
三、电磁驱动
磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,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。
教学反思
涡流、电磁阻尼和电磁驱动虽然是本章的重点，但并不是难点，如果依照教材顺序按部就班地由教师演示、归纳、概括，尽管学生也能接受，但他们就有可能处于被动学习的局面，达不到应有的教学效果。本节课应试图改变这种弊端，在教学过程的总体设计上以学生为探素者，教师做引路人，按照“教师为主导，学生为主体，实验作手段，问题为线索”的构想，采用情景引导教法来进行教学。教师在教学过程的各个环节中不断地为学生创设问题情境，设置悬念，适时点按。当探索多次失败时，启迪学生要持之以恒；当探索成功时，则应简明扼要地概括研究问题的思路，把学生从纯知识的学习导向知识、能力、思想的全面发展对学生发表的各种意见要给予充分的肯定，以便进一步激励学生学习的积极性和主动性。


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