電磁阻尼-講課稿

電磁阻尼西華師范大學李佳珂知識回顧：課件點擊：同學們，通過前面的學習我們知道，穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，在這個閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。楞次定律告訴我們感應(yīng)電流具有這樣方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化。上節(jié)課我們還學習過一種特殊的感應(yīng)電流：由于電磁感應(yīng)，在塊狀的金屬導體中也要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流就像水的漩渦，因此叫做渦流。通常我們運用渦流的熱效應(yīng)來冶煉金屬。那么渦流除了熱效應(yīng)之外，它還有哪些應(yīng)用呢，接下來，就讓我們一同走進今天的課堂---電磁阻尼。板書：電磁阻尼（標題）（1分鐘）課前引入：阻尼振動我們并不陌生，引起阻尼振動的阻力可以是摩擦力，當然也可以是磁場力。我們先來看一個實驗現(xiàn)象，課件點擊：我在金屬桿的兩端接有彈性勁度相同的彈簧，彈簧下端分別懸掛兩個完全相同的一小節(jié)鋁管構(gòu)成一豎直方向上的彈簧振子。接下來，我讓左右兩邊的鋁管從同一位置釋放，讓其振動起來，請同學們仔細觀察對比兩組鋁管的振動情況有何不同。我們看到左邊的鋁管振幅逐漸減小，很快就停止了振動。右邊鋁管處于自然振動狀態(tài)。其實老師這里有個小秘密沒有告訴大家，在左邊鋁管下方的小木樁上老師放置了一小塊磁鐵。課件點擊：為什么下端放有磁鐵的鋁管就會迅速停止振動呢？(2-3分鐘)新課教學：課件點擊：我們可以這樣來分析。將鋁管看成是由許多半徑相同的同心細圓環(huán)疊合而成。當鋁管向下運動時，位于下方磁鐵產(chǎn)生的磁場,穿過鋁管的磁通量增加，根據(jù)楞次定律，容易判斷出感應(yīng)電流的磁場方向向下，此時的鋁管我們就可以等效成為N極向下的條形磁鐵，與小木樁上磁鐵的N極相互排斥，使得鋁管振幅迅速衰減進而停止運動。課件點擊：大量的實驗表明，類似于鋁管這樣的導體與磁體發(fā)生相對運動時，兩者之間會產(chǎn)生某種阻力，阻礙導體的運動。板書：導體在磁場中運動：？阻礙導體的運動這種力是怎樣產(chǎn)生的呢？課件點擊：剛才得到了感應(yīng)電流的磁場方向向下，那么感應(yīng)電流的方向就應(yīng)該為順時針方向，從而在鋁管內(nèi)部形成了渦流。為了便于分析，我們截取鋁管的一個截面，并沿直徑切開。確定所截取的鋁管截面在圖示平面上電流流入和流出方向。根據(jù)左手定則，我們判斷出圖示中細圓環(huán)左右兩個位置受安培力分別為F1，F(xiàn)2，它們的合力向上。同樣的，細圓環(huán)上其他對稱的兩個位置所受的合力也向上。因此，整個細圓環(huán)受到向上的作用力。由于鋁管是由許多細圓環(huán)疊合而成，所以，整個鋁管所受安培力的合力也向上。從而阻礙鋁管向下運動；同理分析可分析出鋁管向上運動時，所受安培力的合力向下，同樣也會阻礙鋁管向上的運動。課件點擊：由此可見，鋁管在磁場中所受的安培力總是起阻礙作用。通過以上的分析我們發(fā)現(xiàn)：導體在磁場中運動時，引起導體阻礙運動的力就是安培力。板書：安培力課件點擊：因此，當導體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導體受到安培力，而安培力始終阻礙導體的運動，我們把這種現(xiàn)象稱之為電磁阻尼。板書：1.電磁阻尼現(xiàn)象：由于安培力總是阻礙導體的運動，所以安培力對導體所做的功為負功，這就是渦流的機械效應(yīng)。板書：2.導體所受安培力做負功。利用電磁阻尼現(xiàn)象，我還制作了一個簡易的電磁阻尼器。木架上的金屬圓盤可以繞其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，在木架下方，有兩塊磁鐵，在此區(qū)域內(nèi)形成水平方向的磁場。當老師輕輕地波動金屬圓盤，由于軸承的摩擦力很小，金屬圓盤可以轉(zhuǎn)動很長時間。當我將轉(zhuǎn)動的金屬圓盤放入磁場中，金屬圓盤內(nèi)部感應(yīng)出的渦流同樣會使金屬盤受到安培力的阻礙作用，（演示）我們觀察到金屬擺迅速停止轉(zhuǎn)動。課件點擊：同學們試想，如果金屬圓盤轉(zhuǎn)速極高時，比如安裝在汽車上的剎車盤。依靠現(xiàn)有的實驗裝置想要通過安培力讓金屬圓盤迅速減速甚至是制動，顯然是不可行的。那么我們需要怎么做呢？可以外加更強的磁場，也可以讓磁場的覆蓋面更廣，或是加厚金屬盤增強渦流的機械效應(yīng)。至于具體的制作，請同學們課后查找