渦流電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)教案

7節(jié)渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)一、教學(xué)目標(biāo)〔一〕學(xué)問(wèn)與技能知道渦流是如何產(chǎn)生的。知道渦流對(duì)我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止。知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)?！捕尺^(guò)程與方法培育學(xué)生客觀(guān)、全面地生疏事物的科學(xué)態(tài)度?！踩城楦?、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)培育學(xué)生用辯證唯物主義的觀(guān)點(diǎn)生疏問(wèn)題。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：渦流的概念及其應(yīng)用。電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。教學(xué)難點(diǎn)：電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。三、教學(xué)手段與策略通過(guò)演示試驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)看現(xiàn)象、分析試驗(yàn)四、課時(shí)安排：1課時(shí)五、教學(xué)過(guò)程〔一〕引入課教師：出示電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀(guān)看其鐵芯有什么特點(diǎn)？學(xué)生：它們的鐵芯都不是整塊金屬，而是由很多薄片疊合而成的。教師：為什么要這樣做呢？用一個(gè)整塊的金屬做鐵心不是更省事兒？學(xué)習(xí)了渦流的學(xué)問(wèn)，同學(xué)們就會(huì)知道其中的奇特?！捕尺M(jìn)展課1、渦流［演示］渦流生熱試驗(yàn)。在可拆變壓器的一字鐵下面加一塊厚約2mm的鐵板，鐵板垂直于鐵芯里磁感線(xiàn)的方向。在原線(xiàn)圈接溝通電。幾分鐘后，讓學(xué)生摸摸鐵芯和鐵板，比較它們的溫度，報(bào)告給全班同學(xué)。學(xué)生：鐵板的溫度比鐵芯高。材，了解什么叫渦流？流看起來(lái)很像水的旋渦，所以叫做渦流。師生共同活動(dòng)：分析渦流的產(chǎn)生過(guò)程。分析：如下圖，線(xiàn)圈接入反復(fù)變化的電流，某段時(shí)間內(nèi)，假設(shè)電流變大，則其磁場(chǎng)變強(qiáng)，依據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場(chǎng)激發(fā)出感生電場(chǎng)。導(dǎo)體可以看作是由很多閉合線(xiàn)圈組成的，在感生電場(chǎng)作用下，這些線(xiàn)圈中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流。由于導(dǎo)體存在電阻，當(dāng)電流在導(dǎo)體中流淌時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電熱，這就是渦流的熱效應(yīng)。教師：課件演示，渦流的產(chǎn)生過(guò)程，增加學(xué)生的感性生疏。教師：為什么鐵板的溫度比鐵芯高？之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，渦流產(chǎn)生的熱量也削減。教師：同學(xué)們明白了為什么鐵芯用薄片疊合而成了嗎？學(xué)生：為了削減渦流損失的電能，同時(shí)也保護(hù)鐵芯不被燒壞。教師：下面大家閱讀教材，了解一下渦流在生產(chǎn)、生活、科技等方面的應(yīng)用。2、電磁阻尼教師：下面我們看教材30頁(yè)上的“思考與爭(zhēng)論學(xué)生：閱讀教材后，發(fā)表自己的看法。師生共同活動(dòng)，得出電磁阻尼的概念：的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁阻尼。［演示］電磁阻尼。依據(jù)教材“做一做”中表達(dá)的內(nèi)容，演示電表指針在偏轉(zhuǎn)過(guò)程中受到的電磁阻尼現(xiàn)象。學(xué)生觀(guān)看現(xiàn)象并解釋現(xiàn)象。［演示3］如下圖，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái)。假設(shè)在磁鐵下端放一固定線(xiàn)圈，磁鐵會(huì)很快停下來(lái)。上述現(xiàn)象說(shuō)明白什么？學(xué)生：觀(guān)看現(xiàn)象并作出分析。當(dāng)磁鐵穿過(guò)固定的閉合線(xiàn)圈時(shí)，在閉合線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電場(chǎng)力作為阻力，安培阻力較相對(duì)較大，因而磁鐵會(huì)很快停下來(lái)。3、電磁驅(qū)動(dòng)教師：感應(yīng)電流不僅會(huì)對(duì)導(dǎo)體產(chǎn)生阻尼作用，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用。［4］電磁驅(qū)動(dòng)。演示教材31頁(yè)的演示試驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)看并解釋試驗(yàn)現(xiàn)象。師生共同活動(dòng)，得出電磁驅(qū)動(dòng)的概念：磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁驅(qū)動(dòng)。作過(guò)程。〔三〕課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方。點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培育學(xué)生概括總結(jié)力量。框架。〔四〕實(shí)例探究渦流的應(yīng)用【例1】如下圖是高頻焊接原理示意圖．線(xiàn)圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金起，而工件其他局部發(fā)熱很少，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度上升的越快電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度上升的越快C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是由于焊縫處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是由于焊縫處的電阻大A選項(xiàng)正確。工件上焊縫處的電阻大，電流產(chǎn)生的熱量就多，D選項(xiàng)也正確。答案：AD【例2】用絲線(xiàn)懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點(diǎn)，虛線(xiàn)左邊有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，右有向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，會(huì)有這種現(xiàn)象嗎？化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，于是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，搖擺很快停下來(lái)，這就是電磁阻會(huì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)?！参濉撤€(wěn)固練習(xí)如下圖，一塊長(zhǎng)方形光滑鋁板水平放在桌面上，鋁板右端拼接一根與鋁板等厚的條形磁鐵一質(zhì)量分布均勻的閉合鋁環(huán)以初速度v從板的左端沿中線(xiàn)向右端滾動(dòng)〔 〕A．鋁環(huán)的滾動(dòng)速度將越來(lái)越小B．鋁環(huán)將保持勻速滾動(dòng)C．鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)將漸漸偏向條形磁鐵的N極或S極D．鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)速率會(huì)轉(zhuǎn)變，但運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒉粫?huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變答案：B如下圖，閉合金屬環(huán)從曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速為零，摩擦不計(jì)，曲面處在圖示磁場(chǎng)中，則〔 〕A．假設(shè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度小于hB．假設(shè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度等于hC．假設(shè)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度等于hD．假設(shè)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度小于h答案：BD如下圖，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以肯定的初速度向磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，假設(shè)覺(jué)察小球做減速運(yùn)動(dòng)，則小球的材料可能是〔 〕A．鐵 B．木C．銅 D．鋁答案：CD0如下圖，圓形金屬環(huán)豎直固定穿套在光滑水平導(dǎo)軌上，條形磁鐵沿導(dǎo)軌以初速度v向圓環(huán)運(yùn)動(dòng)，其軸線(xiàn)在圓環(huán)圓心，與環(huán)面垂直則磁鐵在穿過(guò)環(huán)過(guò)程中做 運(yùn)動(dòng)〔選“加速“勻速”或“減速〕0答案：減速〔六〕作業(yè)1、認(rèn)真閱讀教材。2、思考并完成“問(wèn)題與練習(xí)”中的習(xí)題。3、收集“渦流的利用和防止”方面的資料，在課下溝通?！财摺辰虒W(xué)反思學(xué)生力量的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水素養(yǎng)的培育就成了鏡中花，水中月。六、板書(shū)設(shè)計(jì)一、渦流來(lái)很像水的旋渦，所以叫做渦流。應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門(mén)。二、電磁阻尼的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁阻尼。三、電磁驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁驅(qū)動(dòng)。七、資料袋利用渦流加熱和熔煉金屬交變電流的磁場(chǎng)在金屬內(nèi)感應(yīng)的渦流能產(chǎn)生熱效應(yīng)50%~90%；加熱速度快；用不同頻率的層電流越強(qiáng)，頻率越高這種現(xiàn)象越顯著，稱(chēng)為“趨膚效應(yīng)工業(yè)上把感應(yīng)加熱依頻率分為四種：工頻50H；中頻0.5~8kH；超音頻20~60Hz；高頻60~600kH。工頻交變電流直接由配電變壓器供給；中頻交變電流由三相電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)中頻發(fā)電機(jī)或用可控硅逆變器產(chǎn)生產(chǎn)生。16—41畫(huà)的是無(wú)心式感應(yīng)熔爐，用途是熔煉鑄鐵、鋼、合金鋼和銅、鋁等有色金屬.所用交變電流的頻率要隨坩鍋能容納的金屬質(zhì)量多少來(lái)選擇，以取得最好的效果。例如：20kHz，100kg2.5kHz，5t1kHz50kHz.感應(yīng)加熱法也廣泛用于鋼件的熱處理，如淬火、回火、外表滲碳等.例如齒輪、軸等只他淬火劑快速冷卻就可以了.其他的熱處理工藝可依據(jù)需要的加熱深度選用中頻或工頻等。渦流與節(jié)能炊具電磁灶產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，叫渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流.由于金屬電阻小，所以渦流很強(qiáng)〔如圖1所示〕的渦流，這種強(qiáng)電流使鐵芯發(fā)熱，鋪張電能.為了削減損失，電機(jī)、變壓器等通常用具有絕緣層的薄硅鋼片疊壓制成鐵芯，使回路電阻增大，削減渦流。.這種冶煉方法速度快，溫度簡(jiǎn)潔掌握，而且污染少，適應(yīng)冶煉特種合金和特種鋼。渦流也可以應(yīng)用于生活.本文將要介紹的電磁灶就是渦流在生活中的應(yīng)用。50Hz15kHz~50kHz的高頻電流，此高頻電流通過(guò)扁平螺旋形加熱線(xiàn)圈〔螺旋中心有圓環(huán)形磁芯電磁感應(yīng)產(chǎn)生電場(chǎng)，形成強(qiáng)大的渦流電流，發(fā)出大量的焦耳熱，到達(dá)對(duì)食物加熱的目的。圖1 圖22是電磁灶的內(nèi)部電路.C1為濾波電容，L1為扼流圈，D1D2為半導(dǎo)體高速二極管，L2C2為高頻轉(zhuǎn)換電感和電容，C2為調(diào)諧電容器，L3為加熱線(xiàn)圈，D1D2L2C2組成逆變器，通過(guò)計(jì)算可知，加在D1C2上產(chǎn)生溝通電壓，其頻率為：f=1/2πL2C2L2C2f15kHz~50kHz之間。從圖3C2兩端的電壓加到L3C〔3有電阻RC3R3LC3fC2fL3中的電流振幅最大，L3中交變電流在鐵鍋底中的的振幅也最大，產(chǎn)生的渦流最強(qiáng)，電磁灶的熱功率最大。4為放在加熱圖上的鍋底剖面圖，B是加熱圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)從圓心沿徑向分布。其磁感線(xiàn)分布外形如圖5所示的傘形。B的變化激起鍋底內(nèi)部產(chǎn)生渦流.依據(jù)右手定則可知，渦流方向如圖5所示，形成一些同心圓。圖3 圖4 圖5〔加熱線(xiàn)圈〕的安匝數(shù)的平方成正比，所以電磁灶一般承受高頻勵(lì)磁。用16~200.5mm的銅絲絞合制成扁平螺旋線(xiàn)圈，以