渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動教學設(shè)計

1、全國第四屆“人教社杯”大學生物理教學技能大賽渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動教學設(shè)計【課題】渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動【教學時間】45分鐘【教學對象】高中二年級學生【教材】人教版高中物理選修3-2第四章第七節(jié)【教學內(nèi)容分析】1.教材的地位和作用本章教材從電磁感應現(xiàn)象、規(guī)律、應用這三個階段逐步展開。教材的前兩節(jié)讓學生開始認識電磁感應現(xiàn)象；然后在第三和第四兩節(jié)分別介紹電磁感應中的兩個重要規(guī)律：楞次定律和法拉第電磁感應定律；而最后兩節(jié)則著重介紹特殊的電磁感應現(xiàn)象及其應用。經(jīng)歷這三個階段的系統(tǒng)化學習，有助于學生掌握好電磁感應的相關(guān)知識。第七節(jié)渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動的內(nèi)容正是著重講述渦流這種特殊的感應電流。由普

2、通的感應電流到特殊的感應電流，這里是存在一定的跨度的，理解能力差的學生就會出現(xiàn)問題。所以講解渦流這種實質(zhì)上是舊知識的新知識，要注意培養(yǎng)學生的知識遷移能力。而本節(jié)另外一部分內(nèi)容則是電磁阻尼和電磁驅(qū)動，這是電磁感應在動力學方面的兩種現(xiàn)象，在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應用。通過觀察和推導這兩種現(xiàn)象，可以培養(yǎng)學生觀察實驗、理論推導等邏輯思維能力，體現(xiàn)物理與社會生活的聯(lián)系。2.課程標準要求通過實驗，了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象。舉例說明自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中的應用。3.教材內(nèi)容安排教材首先簡單回顧單匝線圈中產(chǎn)生的感應電流，引出塊狀導體中存在的感應電流是形如水的旋渦狀的渦電流。這樣的安排，在一定程度是符合知

3、識的建構(gòu)的，從學生已有的知識出發(fā)，建立新知識，具有較好的效果。教材在介紹的渦流的概念后，就開始展開渦流的熱效應的利與弊，以及渦流探測的應用。這里都提供了一些應用方面的素材，可以吸引學生的興趣。教材上剩余的篇幅均用來介紹電磁阻尼和電磁驅(qū)動，并且給出了確切的定義。在這里，是通過一道簡單的題目：分析單匝線圈在進入磁場過程中線圈受到的安培力對其運動的影響，再結(jié)合磁電式儀表中鋁框架在磁場中運動受阻礙作用，引出電磁阻尼現(xiàn)象。然后再通過物理學中對稱的思想，從磁場相對導體運動的實驗出發(fā)，歸納出電磁驅(qū)動現(xiàn)象。接著再介紹電磁驅(qū)動現(xiàn)象在生活中的應用交流感應電動機。體現(xiàn)了新課程標準中從生活走向物理，從物理走向社會的理

4、念。4.教材的特點第一，從復習舊知識引入新概念。新概念往往與已經(jīng)學習過的概念規(guī)律之間存在有機的聯(lián)系，抓住新舊知識之間的聯(lián)系，從已有知識出發(fā)，把新概念自然地引出來，也可以創(chuàng)設(shè)學習新概念的物理環(huán)境。第二，從物理原理出發(fā)，經(jīng)過簡單的引導，得出電磁阻尼現(xiàn)象和電磁驅(qū)動現(xiàn)象的定義。教材本身是引導性的作用，對教師的約束較少，有較大的空間自由發(fā)揮。5.教材的處理（1） 完善新舊知識之間的聯(lián)系引導學生根據(jù)單匝線圈中產(chǎn)生感應電流的現(xiàn)象，結(jié)合數(shù)學上線構(gòu)成面的知識，將塊狀金屬導體看作若干個線圈構(gòu)成。而每個線圈中都有一圈感應電流，因此對于整塊金屬導體，形成的感應電流就應該如同水中的旋渦，由此從理想的單匝線圈過渡到實際生

5、活中的塊狀金屬導體，從而建立渦流的概念。利用數(shù)學的知識來解釋物理現(xiàn)象，也體現(xiàn)了新課程標準對教師學科交叉教學的要求。（2） 重組教學內(nèi)容鑒于本節(jié)內(nèi)容的綜合性、資源的豐富性和應用的廣泛性，我重新梳理本節(jié)課知識的邏輯線索。在得出渦流的概念之后，先討論渦流的特點，再整體探討渦流的可利用之處，分別從電流i存在的熱效應，電流激發(fā)出的感生磁場b即渦流探測，電流在磁場沖受到的安培力f即機械效應三個角度來展開。而電磁阻尼和電磁驅(qū)動，是感應電流的機械效應，渦流作為一種特殊的感應電流，當然也有繼續(xù)效應，所以，在講述渦流機械效應的時候，引出電磁阻尼和電磁驅(qū)動是十分合理的。而凡事有利必有弊，最后再討論渦流存在的危害，并

6、提出解決方案。這樣的處理，將本節(jié)課相對分賽的內(nèi)容顯得更有整體性和邏輯性。【學生情況分析】1.學生的興趣特點：高二的學生對物理有著較強的操作興趣、因果認識興趣。他們希望通過觀察實驗現(xiàn)象，經(jīng)歷思考來理解現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并總結(jié)出其中規(guī)律。所以在教學中，應充分發(fā)揮演示實驗的作用，通過教師的引導，激發(fā)學生的認知興趣，充分調(diào)動學生學習的積極性和自主性。2.學生的知識基礎(chǔ)：學生已經(jīng)學習過法拉第電磁感應定律、安培力、楞次定律等知識，故在教學中要充分利用學生的已有的知識經(jīng)驗，使學生積極主動地參與教學過程。3.學生的認識困難：（1）從理想到現(xiàn)實的突破物理上往往用一個簡單的理想模型來替代復雜的現(xiàn)實事物，比如引入質(zhì)點

7、這一理想的模型。而在電磁感應這一章，學生過去學習的都是理想的單匝線圈的問題，而在現(xiàn)實生活中存在的往往的塊狀的金屬導體，所以渦流現(xiàn)象是生活中更加常見的現(xiàn)象，這是一個從理想到現(xiàn)實的一個飛躍，存在一定的困難。（2）電磁學與動力學結(jié)合問題的復雜性一種物理現(xiàn)象涉及的物理原理越多，學生就越難理解。感應電流的機械效應電磁阻尼和電磁驅(qū)動是電磁學與動力學相結(jié)合的問題，考慮的是感應電流受到的安培力產(chǎn)生的機械效果。這里涉及的內(nèi)容較多，存在一定的困難。【教學目標】1.知識與技能（1）知道渦流是如何產(chǎn)生的；（2）知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止。2.過程與方法（1）培養(yǎng)學生客觀、全面地認識事物的科學態(tài)度；（2）2.

8、學會分析電磁學與動力學相結(jié)合的問題。3.情感態(tài)度與價值觀（1）培養(yǎng)學生用辯證的觀點認識問題；（2）體驗物理技術(shù)與社會的聯(lián)系。【教學重點】知道渦流產(chǎn)生原理和應用 【教學難點】理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動產(chǎn)生過程 【教學策略設(shè)計】本節(jié)課的教學設(shè)計體現(xiàn)了新課程“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念，在教學的指導思想上，始終堅持“教師為主導，學生為主體”的原則，通過教師創(chuàng)設(shè)問題情境和有效的設(shè)問引導，讓學生親歷物理知識的構(gòu)建過程。1.教學方法（1）實驗探究法物理是一門透過現(xiàn)象看本質(zhì)的科學，所以實驗是物理學的基礎(chǔ)。通過阻尼擺。電磁驅(qū)動演示儀幾個實驗的環(huán)節(jié)，讓學生親眼觀察這兩種現(xiàn)象，獲取事實依據(jù)，定義所描述的物

9、理現(xiàn)象重現(xiàn)，從中體驗和學習科學思維的方法，提高學生的科學素養(yǎng)。（2）講授法教學是一種認識過程，但存在其特殊性。往往不需要經(jīng)歷前人全部的探索過程，這是教師形利用實驗、教具和多媒體，從而進行形象生動、富于引導式的講解，來啟發(fā)學生思維的體現(xiàn)。在講授的過程中，側(cè)重類比、對稱的思想。2教學媒體設(shè)計以多媒體課件為載體，利用視頻、圖像、模型，讓學生知道渦流是如何產(chǎn)生的，并且從生動的現(xiàn)象出發(fā)，幫助學生電磁阻尼和電磁驅(qū)動的概念，并理解出電磁阻尼和電磁驅(qū)動的產(chǎn)生原因。使教學更加形象直觀，提高教學效果。3學法指導在學法指導上，讓學生嘗試自己觀察、描述實驗現(xiàn)象，思考、分析概括出物理規(guī)律；使學生在獲取知識過程中，領(lǐng)會物

10、理學的研究方法，同時得到科學思維方法的訓練以及協(xié)作精神、探索精神等情感態(tài)度價值觀的教育。 【教學用具】自制小狗蕩秋千裝置（鐵架臺，鋁板，強磁鐵，細繩，小狗玩偶），萬用表，電磁爐，自制阻尼擺，自制電磁驅(qū)動演示儀，自制電磁炮模型【教學流程】利用小狗蕩秋千的實驗，引出對塊狀導體的研究。 創(chuàng)設(shè)情境，導入新課 由感應電流的知識建立渦流的概念由塊狀金屬電阻小分析渦流大的特點 建立概念，分析特點辨證分析， 嚴謹治學3、由處于磁場中的感應電流受安培力的角度考慮渦流的機械效應，并且將感應電流機械效應的普適現(xiàn)象電磁阻尼和電磁驅(qū)動，在渦流的機械效應出進行講解。2、由電流的磁效應介紹渦流在探測方面的的應用金屬探測門。

11、知識應用，拓展提高1、由電流的熱效應介紹渦流的熱效應及其在生活中的應用電磁爐。 用辯證的眼光看待，渦流大的特點可能存在的危害，并提出解決方法。課外制作，鍛煉能力 通過自制教具，為學生展示與本節(jié)課緊密相關(guān)的軍事上的應用電磁炮，并以此為學生布置課外制作，鍛煉學生的動手。【教學過程】教學環(huán)節(jié)和教學內(nèi)容教師活動學生活動設(shè)計意圖（創(chuàng)設(shè)情境，導入新課0-3min）【小狗蕩秋千】利用自制的小狗蕩秋千演示實驗，讓學生觀察渦流的機械效應的現(xiàn)象。利用實物展示小狗中的磁鐵，以及所使用的金屬板。在學生發(fā)現(xiàn)小狗中有磁鐵中，覺得金屬板是鐵板。（建立概念, 分析特點 3-10min）當教師證明金屬板不是鐵磁性材料，而是其鋁

12、時，從電磁感應的角度，引導學生發(fā)現(xiàn)，是導體中產(chǎn)生了感應電流從學習過的單匝線圈在磁場中運動會產(chǎn)生感應電流，引導學生猜想，塊狀導體中也能產(chǎn)生感應電流。利用數(shù)學上點構(gòu)成線，線構(gòu)成面的知識，類比塊狀導體由多匝線圈構(gòu)成。從而形象地描述渦流的形狀如同水渦。從導體本身的電阻考慮渦電流的大小，用萬用表測量圖示導體版的電阻。演示實驗：小狗蕩秋千提出問題：為什么沒有接觸到小狗，小狗能夠自發(fā)的蕩秋千呢？引導學生觀察小狗中藏有的磁鐵，以及使用的金屬板的材料。提出問題：塊狀導體中是否也能產(chǎn)生感應電流呢？類比分析：點構(gòu)成線，線構(gòu)成面。塊狀的金屬導體可以看成由若干匝線圈組合合成，每一匝線圈中都有一圈感應電流，整體看起了如同

13、水中的旋渦。提出問題：這塊金屬鋁板的電阻如何？如果感應電動勢不變，根據(jù)歐姆定律，導體中形成的感應電流渦流大小如何？歸納特點：所以渦電流與普通的感應電流相比，的特點是特別大。觀察實驗、興奮、疑惑、思考觀察、思考觀察，思考分析、思考。期待回答：很小。很大。利用鋁板演示小狗蕩秋千的實驗，提供感性素材，引起學生注意。激發(fā)學生的求知欲，讓學生帶著問題進入課堂。利用實驗的感性材料，通過分析問題，讓學生初步思考現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。通過分析，讓學生從小狗蕩秋千的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)塊狀的金屬導體中也是能夠產(chǎn)生感應電流的。采用已有的簡化的模型研究事物，使學生了解物理學常用的研究方法。從測量的數(shù)據(jù)的角度，為得出渦流的特點提供客觀

14、的證據(jù)。（知識應用，拓展提高）【熱效應10-15min】從渦流很大的特點，引出其熱效應也很大，展示生活中的應用電磁爐的圖片 聯(lián)系日常生活中使用電磁爐的體會，即用電磁爐燒水，加熱食物等?！緶u流探測15-18min】從感應電流能夠激發(fā)出感生磁場的角度，引出渦流探測方面的應用。以金屬探測門和手持金屬探測器為例，討論在有無金屬進入探測區(qū)域的時候，有什么不同。提出問題：電磁爐中的線圈的作用是什么？接入交流電電磁場如何變化？提出問題：當金屬鍋放在電磁爐上，會發(fā)生什么樣化？類比分析：感應電流具有熱效應，那渦流是否也具有熱效應？提出問題：有無金屬進入探測區(qū)域的時候，有什么不同現(xiàn)象？提出問題：感應電流會激發(fā)出感

15、生磁場，渦流呢？得出結(jié)論：根據(jù)有無渦流產(chǎn)生的磁場，就能夠進行金屬檢測了。期待回答：產(chǎn)生電磁場。產(chǎn)生交變的電磁場。期待回答：鍋中產(chǎn)生感應電流渦流。期待回答：鍋中產(chǎn)生感應電流渦流。思考、分析期待回答：有金屬時候，金屬內(nèi)容會產(chǎn)生渦流。期待回答：當然也會。從日常生活中使用的加點入手，激發(fā)學生的學習興趣?；仡欕姶鸥袘闹R。利用本節(jié)課渦流的知識，得知金屬鍋中產(chǎn)生渦流。從舊知識出發(fā)，結(jié)合生活現(xiàn)象，讓學生理解渦流的熱效應。配合講解與提問，能很好突破教學難點。將知識與技術(shù)相結(jié)合，讓學生在應用知識的同時，領(lǐng)會物理與技術(shù)的緊密結(jié)合，加深學生對科學技術(shù)的親近感?！緳C械效應18-38min】從單匝線圈在磁場中運動的問

16、題出發(fā)，分析線圈受安培力的效果。對稱分析線圈離開磁場時受安培力的效果。由普通的單匝線圈，過渡到塊狀金屬導體在磁場中運動的受力問題。教師演示實驗：阻尼擺將兩塊相同的鋁片制成的單擺，推到同樣的高度釋放后，都會來回運動，其中一塊周圍存在磁場，磁場將使導體受到安培力的作用。將塊狀的金屬導體看作若干匝現(xiàn)象組合而成，分析整塊導體的合力。得出電磁阻尼的定義?；仡櫼雽嶒灒盒」肥幥锴г谛」肥幥锴е?，小狗中有一塊強磁鐵，塊狀的金屬導體在磁場中運動，磁鐵也會跟隨導體運動。類比猜想，引出電磁驅(qū)動在小狗蕩秋千中，小狗中有一塊強磁鐵，導體運動能夠帶動磁場一起運動。那如果磁場運動，能否帶動導體運動嫩？教師演示實驗：電磁驅(qū)

17、動演示儀用一個電動機帶動磁鐵發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時將一個圓鋁盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓鋁盤可自由轉(zhuǎn)動。觀察當磁場運動，導體靜止時，導體能否被驅(qū)動。將塊狀的金屬導體看作若干匝現(xiàn)象組合而成，先分析單匝線圈的受力，再分析整塊導體的合力。得出電磁驅(qū)動的定義。得出電磁驅(qū)動的定義。剎車輔助裝置電渦流緩速器汽車剎車系統(tǒng)中也用到渦流的原理： 導體跟著輪胎在磁場中轉(zhuǎn)動，受到阻礙的效果。分析，提問：線圈進入磁場，穿過單匝線圈的磁通量怎么變化？單匝線圈中的感應電流方向如何？單匝線圈受到的安培力有什么效果？提問：線圈離開磁場，安培力效果如何？提問：塊狀金屬導體中會產(chǎn)生渦流，使導體受到安培力的效果，這時候安培力的效果會怎樣？引導觀察：

18、在有無磁場的兩種情況下，兩塊鋁擺的運動情況有什么不同。提出問題：整塊金屬導體受的安培力如何？提出問題：在小狗蕩秋千中，導體受到的安培力如何？從相互作用力的角度考慮，小狗中的磁鐵受到的作用力如何？得出結(jié)論：導體運動能夠帶動磁場一起運動。提出問題：磁場運動能夠帶動導體一起運動嘛？提出問題：大家有觀察到導體跟隨磁場運動的情況嘛？提出問題：整塊金屬導體受的安培力如何？提出問題：電渦流緩速器中的核心原理是什么？思考，分析。得出安培力起阻礙的效果。期待回答：仍然起阻礙的效果。類比推理，猜想塊狀導體在磁場中的運動時受到的安培力仍然起阻礙的效果。期待回答：在有磁場的情況下，導體在磁場中運動會較快地停下來，安培

19、力阻礙導體的運動。期待回答：每一匝受到的安培力均是阻力，所以對于整塊導體來說，安培力起阻礙的效果。期待回答：安培力阻礙導體運動，與導體運動方向相反。小狗中的磁鐵受到的作用力方向與導體受到的安培力方向相反?；仡檶嶒炈伎计诖卮穑捍艌鲞\動能夠帶動導體運動。期待回答：有。觀賞思考期待回答：每一匝受到的安培力均是動力，所以對于整塊導體來說，安培力起驅(qū)動的效果。期待回答：電磁阻尼。運用舊的物理模型，形象的分析單匝線圈在磁場中的運動情況，有效地為后面的學習打下基礎(chǔ)。由分析所得的結(jié)論進行合理的猜想。自然而然地引入電磁阻尼現(xiàn)象。讓學生經(jīng)歷科學探究的過程，親身感受到安培力對運動導體的阻礙的效果。引導學生分析電磁阻尼現(xiàn)象，為學生提供豐富的感性認識素材，初步掌握分析電磁學與動力學的方法。引導學生理解引入實驗，消除心中的疑惑。同時發(fā)現(xiàn)，導體運動能夠帶動磁場運動。引導學生根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)象，進行類比猜想，培養(yǎng)思維遷移能力。為學生提供豐富的應用材料，滿足高中生的應用興趣，解決學生感性材料積累不足的問題。引導學生分析電磁驅(qū)動現(xiàn)象，基本上掌握分析電磁學與動力學的方法。完善渦流的機械效應。讓學生學會運用知識，分析解決實際問題。（辨證分析，科學態(tài)度）【渦流的危害38-42min】危害：發(fā)熱浪費能量，損壞電器。防止： a.增大鐵芯材料電阻率b