4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

涡流、电磁阻尼和电磁驱动
教学目标
1. 知识与技能
(1)了解涡流是怎样产生的．
(2)了解涡流现象的利用和危害．
(3)通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用．
(4)了解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
(1)培养学生用辩证唯物主义观点认识问题．
(2)通过理论与实际相结合，提高学习情趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力．
教学重难点
1．涡流的概念、成因及其应用．
2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析．
教学准备
变压器铁芯、演示涡流生热装置、电磁阻尼演示装置、微安表、导线、电磁驱动演示装置、多媒体课件等．
引入新课
【课件展示】
利用多媒体课件展示，涡流在生活中的应用图片．

【活动体验】
如图所示，线圈接入交变电流，块状铁芯插入线圈中，让学生感知铁芯的变化．几分钟后可以感到铁芯变热．

问题：
(1)铁芯中为什么会产生感应电流？
(2)铁芯为什么会发热？
答案点拨：当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的导体中会产生感应电流，电流在导体中产生热量．
新课教学
(一)涡流
【自主学习】
引导学生阅读课本P26“涡流”的有关内容，学习与涡流相关的知识．
1．概念：在变化的磁场中，整块导体内部发生电磁感应而产生的感应电流，由于看起来像水中的漩涡，所以叫做涡电流，简称涡流．
2．应用
(1)涡流的热效应：真空冶炼炉．
(2)涡流的磁效应：变压器、金属探测器．
3．防止
(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率．
(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯．
【思维升华】
涡流的成因和能量转化分析：
(1)涡流的产生条件：涡流的本质是电磁感应，涡流的产生条件就是磁通量的变化．因为导体本身可以形成闭合回路，同时导体本身的电阻比较小，所以产生的感应电流就比较大，就像水中的漩涡一样．
(2)涡流产生的两种情况：一是导体处于变化的磁场中；一是导体的运动引起通过导体的磁通量发生变化．
(3)能量转化：如果导体处于变化的磁场中，那么磁场能转化为电能，然后电能转化成内能；如果导体的运动产生了涡流，那么机械能转化为电能，然后电能转化成内能．
(二)电磁阻尼
【演示实验】
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，磁铁振动较长时间才停下来．在磁铁下端放一固定线圈，磁铁很快停了下来．

问题：磁铁的两种振动情况有很大的不同，说明了什么？
思路点拨：磁铁下没有线圈时，磁铁在振动过程中受到空气的阻力，但是空气阻力比较小，所以磁铁可以振动很长时间；磁铁下面放置一个线圈后，在磁铁振动过程中，通过线圈的磁通量发生了变化，在线圈中会产生感应电流，线圈会受到安培力的作用，同时线圈也会给磁铁一个安培力的作用来阻碍磁铁的运动，进而阻碍磁通量的变化，所以磁铁很快就会停止振动．
思考讨论：
(1)如图所示，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？

(2)磁电式仪表的线圈常常用铝框作骨架，把线圈围绕在铝框上．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，铝框要受到安培力．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？使用铝框作线圈骨架有什么好处？
答案点拨：
(1)单匝线圈落入磁场中，图示位置时的感应电流方向为逆时针，由左手定则可判断安培力方向向上，安培力阻碍线圈的下落．
(2)仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流方向(俯视)沿铝框逆时针方向，铝框左边受向下的安培力，安培力阻碍线圈的转动．使用铝框做线圈的骨架的好处是一方面可以利用铝的电阻率小，感应电流大，电磁阻尼作用使线圈偏转后尽快停下来；另一方面铝的密度小、质量小，惯性小，转动灵活．
总结：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
【演示实验】
一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，可以绕支点自由转动．转动磁铁，观察铝框的运动．

问题：怎样解释铝框的运动？
答案点拨：当蹄形磁铁转动时，穿过铝框的磁通量发生变化，铝框中产生感应电流，根据楞次定律可知，铝框受到安培力使其随蹄形磁铁转动，阻碍磁通量的变化．
总结：如果磁场相对于导体运动，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，这种作用叫做电磁驱动．
【知识拓展】
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系：电磁阻尼是导体相对于磁场运动，电磁驱动是磁场相对于导体运动，安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动．
课堂小结
组织学生相互交流进行小结，在学生小结后对学生的学习情况进行总结和评价．
四、布置作业
问题与练习：1、2、5.
板书设计
7　涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流
1.概念：在变化的磁场中，整块导体内部发生电磁感应而产生的感应电流，由于看起来像水中的漩涡，所以叫做涡电流，简称涡流
2.应用
（1）涡流的热效应：真空冶炼炉
（2）涡流的磁效应：变压器、金属探测器
3.防止
（1）途径一：增大铁芯材料的电阻率
（2）途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
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
1.如果磁场相对于导体运动，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，这种作用叫做电磁驱动
2.电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系：电磁阻尼是导体相对于磁场运动，电磁驱动是磁场相对于导体运动，安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动