高中人教物理選擇性必修二(教案)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

1、7/7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)【教學(xué)目標(biāo)】1了解渦流的產(chǎn)生過(guò)程。2了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。3通過(guò)對(duì)渦流實(shí)例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。4了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】通過(guò)對(duì)渦流實(shí)例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】了解電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)。【教學(xué)過(guò)程】一、新課導(dǎo)入出示電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察其鐵芯有什么特點(diǎn)？它們的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多薄片疊合而成的。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？演示1用線圈給水加熱，思考：為什么水會(huì)沸騰起來(lái)呢？二、新課教學(xué)（一）電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)結(jié)合之前的知識(shí)，講解一下幾個(gè)概念：1感生

2、電場(chǎng)：麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)。這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場(chǎng)。2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會(huì)在感生電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是說(shuō)導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3感生電動(dòng)勢(shì)：如果感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的，它也叫作感生電動(dòng)勢(shì)。（二）渦流1渦流：根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子就會(huì)在感生電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）如果環(huán)不斷增粗直到變成一圓盤(pán)，又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（2）變成方盤(pán)呢？（3）如

3、果導(dǎo)體用整塊鐵代替，電流變化時(shí)，鐵塊中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀如何？總結(jié)：一般來(lái)說(shuō)，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。渦流是在整塊金屬內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律?，F(xiàn)在知道水為什么會(huì)沸騰嗎？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(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。2渦流的應(yīng)用：（1）渦流的熱效應(yīng)：真空冶煉爐冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過(guò)線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。電磁爐電磁爐的臺(tái)面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)通上交替變化極快的交流電時(shí)，

4、在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過(guò)鍋體，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時(shí)，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。（2）渦流的磁效應(yīng)：探雷器探測(cè)地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個(gè)長(zhǎng)柄線圈在地面上掃過(guò)，線圈中有變化的電流。如果地下埋著金屬物品，金屬中感應(yīng)渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。金屬探測(cè)器、安檢門渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。3渦流的危害與防止危害：線圈中流過(guò)變化的電流，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱，浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器。防止（減少渦流的途徑）：增大鐵芯材料的電阻率，常用的材料是硅鋼。用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來(lái)代替整塊硅

5、鋼鐵芯。（三）電磁阻尼演示2小魔術(shù)：時(shí)光隧道（金屬管實(shí)驗(yàn)）合作探究：神秘下落物到底是什么呢？為什么它能打開(kāi)塵封的時(shí)光隧道？（提示：從時(shí)光隧道與神秘下落物體的材質(zhì)、特性進(jìn)行研究，運(yùn)用楞次定律、安培力的知識(shí)進(jìn)行解釋。）分析驗(yàn)證：一個(gè)單匝線圈落入磁場(chǎng)中，分析它在圖示位置時(shí)感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向。安培力對(duì)線圈的運(yùn)動(dòng)有什么影響？結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。1電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。演示3取一只微安表，用手晃動(dòng)表殼，觀察表針相對(duì)表盤(pán)擺動(dòng)的情況。用導(dǎo)

6、線把微安表的兩個(gè)接線柱連在一起，再次晃動(dòng)表殼，表針相對(duì)表盤(pán)的擺動(dòng)情況與剛才有什么不同？思考：微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何把兩個(gè)接線柱連在一起？?jī)?nèi)部有磁體，有線圈。把接線柱連在一起，線圈在擺動(dòng)的時(shí)候就產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流可以阻礙線圈的擺動(dòng)，使指針迅速停止擺動(dòng)，保護(hù)游絲，指針。2電磁阻尼的應(yīng)用（1）磁電式儀表的運(yùn)輸（2）電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)（3）阻尼擺（四）電磁驅(qū)動(dòng)演示4觀察鋁框的運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生觀察并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。1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)象稱為電磁驅(qū)動(dòng)。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是應(yīng)用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。簡(jiǎn)要介紹交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程

7、。 當(dāng)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用而運(yùn)動(dòng)起來(lái)的現(xiàn)象。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。2電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系聯(lián)系：電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)，都是由于導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，安培力的方向與導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。區(qū)別：電磁阻尼是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)（或者速度較大）時(shí)，安培力的方向與導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。電磁驅(qū)動(dòng)是磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體靜止（或者速度較小）時(shí)，安培力對(duì)導(dǎo)體提供動(dòng)力，使導(dǎo)體隨磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。三、鞏固練習(xí)1如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，如果

8、發(fā)現(xiàn)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2如圖所示，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v0向圓環(huán)運(yùn)動(dòng)，其軸線在圓環(huán)圓心，與環(huán)面垂直，則磁鐵在穿過(guò)環(huán)的過(guò)程中，做_運(yùn)動(dòng)。（選填“加速”、“勻速”或“減速”）3高頻感應(yīng)爐是用于冶煉高質(zhì)量的特殊金屬的，如圖所示，在冶煉爐外繞有線圈，鍋內(nèi)放入待冶煉的金屬，線圈內(nèi)通入高頻交變電流，冶煉鍋體是絕緣材料制作的，鍋內(nèi)金屬能被加熱熔化并達(dá)到很高的溫度。以下說(shuō)法正確的是（ ）A金屬利用線圈中的電流產(chǎn)生的焦耳熱來(lái)加熱B金屬利用交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流來(lái)加熱C高頻交變電流能發(fā)射紅外線來(lái)加熱金屬D增加高頻交變電流能提高冶煉金屬的溫

9、度4如圖所示，掛在彈簧下端的條形磁鐵在閉合線圈內(nèi)振動(dòng)，如果空氣阻力不計(jì)，則（ ）A磁鐵的振幅不變B磁鐵做阻尼振動(dòng)C線圈中有逐漸變?nèi)醯闹绷麟奃線圈中逐漸變?nèi)醯慕涣麟?如圖所示，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若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度小于hB若是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度等于hC若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度等于hD若是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)滾上的高度小于h6異步電動(dòng)機(jī)模型如圖所示，蹄形輕磁鐵和矩形線框abcd均可繞豎直軸無(wú)摩擦地轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)使線框沿逆時(shí)針?lè)较虮３謩蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)（從上往下看），則磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況是（ ）A磁鐵沿逆時(shí)針?lè)较颍◤纳贤?/p>

10、看）轉(zhuǎn)動(dòng)B磁鐵沿順時(shí)針?lè)较颍◤纳贤驴矗┺D(zhuǎn)動(dòng)C磁鐵由靜止開(kāi)始一直加速轉(zhuǎn)動(dòng)D磁鐵先由靜止開(kāi)始加速轉(zhuǎn)動(dòng)，后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)7桌面上放一銅片，一條形磁鐵的N極自上而下接近銅片的過(guò)程中，銅片對(duì)桌面的壓力（ ）A增大B減小C不變D無(wú)法判斷是否變化81824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤(pán)水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤(pán)在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤(pán)中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后。下列說(shuō)法正確的是（ ）A圓盤(pán)上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B圓盤(pán)內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)C在圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤(pán)的磁通量發(fā)生了變化D圓盤(pán)中的自由電子隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)9如圖所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過(guò)了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來(lái)。若要縮短上述加熱時(shí)間，下列措施可行的有（ ）A