高中物理-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)教案

PAGEPAGE4用心愛心專心4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)（一）知識與技能1．知道渦流是如何產(chǎn)生的。2．知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止3．知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。（二）過程與方法培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點(diǎn)認(rèn)識問題。教學(xué)1．渦流的概念及其應(yīng)用。2．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。教學(xué)方法通過演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)新課導(dǎo)學(xué)(一)渦流定義塊狀金屬放在變化的磁場中，或讓它在磁場中運(yùn)動(dòng)，金屬塊內(nèi)有感應(yīng)電場產(chǎn)生，從而形成閉合回路，這時(shí)感生電場力可以在整塊金屬內(nèi)部引起閉合渦旋狀的感應(yīng)電流，所以叫做渦電流。“渦電流”簡稱渦流。(二)渦流的熱效應(yīng)當(dāng)變壓器的線圈中通過交變電流時(shí)，在鐵芯內(nèi)部有變化的磁場，因而產(chǎn)生感生電場，引起渦流。渦流在通過電阻時(shí)也要放出焦耳熱。1．應(yīng)用：利用的熱效應(yīng)進(jìn)行加熱的方法稱為感應(yīng)加熱。而渦流的大小和磁通量變化率成正比，磁場變化的頻率越高，導(dǎo)體里的渦流也越大。實(shí)際上,一般使用高頻交流電激發(fā)渦流。如：A．高頻焊接：線圈中通以高頻交流電時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流）。由于焊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。我國產(chǎn)生的自行車架就是用這種方法焊接的。B．高頻感應(yīng)爐高頻感應(yīng)爐利用渦流來熔化金屬。圖是冶煉金屬的感應(yīng)爐的示意圖．冶煉鍋內(nèi)裝入被冶煉的金屬，線圈通上高頻交變電流，這時(shí)被冶煉的金屬中就產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化．這種冶煉方法速度快，溫度容易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，因此適于冶煉特種合金和特種鋼．(三)渦流的磁效應(yīng)1．電磁阻尼現(xiàn)象：把銅板做成的擺放到電磁鐵的磁場中，當(dāng)電磁鐵未通電時(shí)，擺要往復(fù)多次，擺才能停止下來．如果電磁鐵通電，磁場在擺動(dòng)的銅板中產(chǎn)生渦流。渦流受磁場作用力的方向與擺動(dòng)方向相反，因而增大了擺的阻尼，擺很快就能停止下來。這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。2．應(yīng)用：電磁儀表中的電磁阻尼器就是根據(jù)渦流磁效應(yīng)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(dāng)測量電流流過線圈時(shí)，鋁框隨線圈指針一起在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)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(dòng)，使指針較快地穩(wěn)定在指示位置上。此外，電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器也是根據(jù)這一效應(yīng)制作的。(四)渦流的機(jī)械效應(yīng)電磁驅(qū)動(dòng)在磁場運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)導(dǎo)體一起運(yùn)動(dòng)，這種作用稱為“電磁驅(qū)動(dòng)”作用。當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)楞次定律此時(shí)在圓盤上將產(chǎn)生渦流，受到磁場的作用力將產(chǎn)生一個(gè)促使金屬圓盤按磁場旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。但是如果圓盤的轉(zhuǎn)速達(dá)到了與磁場轉(zhuǎn)速一樣，則兩者的相對速度為零，感應(yīng)電流便不會(huì)產(chǎn)生，這時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)作用便消失。所以在電磁驅(qū)動(dòng)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(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。電磁驅(qū)動(dòng)作用可用來制造測量轉(zhuǎn)速的電表，這類轉(zhuǎn)速表常稱為磁性式轉(zhuǎn)速表。用磁性式轉(zhuǎn)速表測量轉(zhuǎn)速時(shí)，將被測機(jī)器的轉(zhuǎn)軸通過連接器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)速表中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)軸相連，永久磁鐵一般是由一塊充以四個(gè)極的磁鋼制成，這便形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。在永久磁鐵的上方有一個(gè)金屬圓盤，稱為感應(yīng)片。感應(yīng)片與永久磁鐵間有很小的氣隙，兩者互不接觸。當(dāng)永久磁鐵隨著機(jī)器的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，感應(yīng)片上將產(chǎn)生渦流。這渦流又將受到這旋轉(zhuǎn)磁場的作用力，結(jié)果感應(yīng)片被驅(qū)動(dòng)，從而沿永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)。感應(yīng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)與感應(yīng)片轉(zhuǎn)軸相連的彈簧，將其扭緊，從而產(chǎn)生彈性恢復(fù)轉(zhuǎn)矩。最后，當(dāng)感應(yīng)片轉(zhuǎn)過一定的角度，由電磁驅(qū)動(dòng)作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩剛巧與彈性恢復(fù)的轉(zhuǎn)矩抵消時(shí)，便達(dá)到一個(gè)暫C、A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的；D、A管是用膠木制成的，B管是用鋁制