《7渦輪流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動》教學設計(甘肅省市級優(yōu)課)-物理教案

第七節(jié)：渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動教學設計【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渦流2、過程與方法（1）、用實驗的方法講授新課激發(fā)學生的求知欲（2）、通過舊知識分析新問題弄清渦流的產(chǎn)生原因（3）、利用理論聯(lián)系實際的方法加深理解渦流3、情感、態(tài)度與價值觀（1）、體驗實驗的樂趣，引發(fā)學生去分析問題，解決問題，提高其學習掌握知識的能力[（2）、通過理論與實際相結(jié)合，提高學習情趣，培養(yǎng)其用理論知識解決實際問題的能力。4、課時量：1課時【教學重點】渦流的產(chǎn)生原因和渦流的作用【教學難點】渦流的產(chǎn)生原因【教學方法】實驗法、探究法、講授法【教學用具】閉合線圈、彈簧、磁體、鋁環(huán)【教學過程】（一）引入新課：當磁場變化時，在磁場周圍會產(chǎn)生感生電場，使導體中的自由電子定向移動產(chǎn)生感應電流，閉合的曲線像旋渦一樣，我們把它叫渦電流。簡稱渦流。（二）進行新課：一、渦流如圖線圈中通入正弦交流電一個周期，鐵芯中產(chǎn)生的渦流如何變化，用動畫做演示。說明：（1）渦流是在整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的感應電流。（2）渦流的產(chǎn)生遵守法拉第電磁感應定律。渦流的熱效應：金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量,如果金屬的電阻率小，則渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。應用：（1）、真空冶煉爐冶煉金屬的高頻感應電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。（2）、高頻焊接線圈中通以高頻交流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，由于焊接縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起.。交變電流的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場的變化就越快，根據(jù)法拉第電磁感應定律，在待焊接工件中產(chǎn)生的感應電動勢就越大，感應電流就越大，焊接處放出的熱量越多.（3）、電磁爐電磁灶的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強渦流，當磁場內(nèi)的磁力線通過鐵質(zhì)鍋底時會產(chǎn)生無數(shù)的渦流使鍋本身自行高速發(fā)熱，放出大量的熱量，再作用于鍋內(nèi)食物，將飯菜煮熟。2.渦流的磁效應：（1）金屬探測器探測器產(chǎn)生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場在空間產(chǎn)生渦旋電場。而渦旋電場如果遇到金屬的話，會形成渦電流，渦電流產(chǎn)生磁場可以被檢測到。（2）探雷器和安檢門都是利用渦流制成的探測地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個長柄線圈在地面上掃過，線圈中由變化的電流，如果地下埋著金屬物品，金屬中感應渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警，這種探雷器可以用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。機場的安檢門可以探測到人身攜帶的金屬物品，道理是一樣的。3、危害：線圈中流過變化的電流,在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱,浪費電能,還可能損壞電器，如電動機、變壓器。當交變電流通過線圈時，穿過鐵芯的磁通量不斷變化，鐵芯會產(chǎn)生圖中所示的渦流，塊狀鐵芯的電流很強會使鐵芯大量發(fā)熱，浪費大量電能。涂有絕緣的薄硅鋼片疊加的鐵芯，在變化的磁場中，產(chǎn)生的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，又因為硅鋼片比普通的電阻大，可以進一步減小渦流損失，電動機和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬。減少渦流的途徑:①、增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。②、用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。例題1、下列哪些措施是為了防止渦流的危害（CD）A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導電的氧化層例題2、如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應電流，感應電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是(AD)A．交流電的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快B．交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快C．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大二、電磁阻尼1.電磁阻尼：當導體在磁場中運動時,感應電流會使導體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導體的運動——電磁阻尼。2.應用:磁電式儀表、阻尼擺等.(1)為什么用鋁框做線圈骨架？電磁儀表中的電磁阻尼器就是根據(jù)渦流磁效應制作的，在磁電式測量儀表中，常把使指針偏轉(zhuǎn)的線圈繞在閉合鋁框上，當測量電流流過線圈時，鋁框隨線圈指針一起在磁場中轉(zhuǎn)動，這時鋁框內(nèi)產(chǎn)生的渦流將受到磁場作用力，抑止指針的擺動，使指針較快地穩(wěn)定在指示位置上。(2)、微安表的表頭在運輸時為何應該把兩個接線柱連在一起？構(gòu)成閉合回路，防止指針擺動(3)、電磁阻尼擺為何很快停下來？把銅板做成的擺放到電磁鐵的磁場中，當電磁鐵未通電時，擺要往復多次，擺才能停止下來．如果電磁鐵通電，磁場在擺動的銅板中產(chǎn)生渦流。渦流受磁場作用力的方向與擺動方向相反，因而增大了擺的阻尼，擺很快就能停止下來。此外，電氣機車的電磁制動器也是根據(jù)這一效應制作的。(4)、金屬管演示渦流的電磁阻尼現(xiàn)象看視頻說明現(xiàn)象(5)、彈簧振子演示電磁阻尼現(xiàn)象演示實驗，看視頻說明現(xiàn)象例題3、如圖所示，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是(BC)A．防止渦流而設計的B．利用渦流而設計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動的作用三、電磁驅(qū)動1、電磁驅(qū)動：當磁場相對于導體轉(zhuǎn)動時，在導體中會產(chǎn)生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用而運動起來的現(xiàn)象。線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。2、應用：感應電動機、汽車上用的電磁式速度表等?？匆曨l說明旋轉(zhuǎn)的U型磁體如何驅(qū)動鋁框轉(zhuǎn)動。在磁場運動時帶動導體一起運動，這種作用稱為“電磁驅(qū)動”作用。當磁鐵轉(zhuǎn)動時，根據(jù)楞次定律此時在圓盤上將產(chǎn)生渦流，受到磁場的作用力將產(chǎn)生一個促使金屬圓盤按磁場旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動的力矩。但是如果圓盤的轉(zhuǎn)速達到了與磁場轉(zhuǎn)速一樣，則兩者的相對速度為零，感應電流便不會產(chǎn)生，這時電磁驅(qū)動作用便消失。所以在電磁驅(qū)動作用下，金屬圓盤的轉(zhuǎn)速總要比磁鐵或磁場的轉(zhuǎn)速小，或者說兩者的轉(zhuǎn)速總是異步的。感應式異步電動機就是根據(jù)這個原理制成的。交流感應電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。例題4、如圖所示，閉合導線環(huán)和條形磁鐵都可以繞水平的中心軸OO′自由轉(zhuǎn)動，開始時磁鐵和圓環(huán)都靜止在豎直平面內(nèi)．若條形磁鐵突然繞OO′軸，N極向紙里、S極向紙外轉(zhuǎn)動，在此過程中，圓環(huán)將(A)A．產(chǎn)生逆時針方向的感應電流，圓環(huán)上端向里、下端向外隨磁鐵轉(zhuǎn)動B．產(chǎn)生順時針方向的感應電流，圓環(huán)上端向外、下端向里轉(zhuǎn)動C．產(chǎn)生逆時針方向的感應電流，圓環(huán)并不轉(zhuǎn)動D．產(chǎn)生順時針方向的感應電