人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)1：2 3 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)教案

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1第二章電磁感應(yīng)第3節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)〖教材分析〗渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在實(shí)際中有許多應(yīng)用。渦流和自感現(xiàn)象以及許多現(xiàn)象一樣，都有利弊兩個(gè)方面。教學(xué)中應(yīng)充分應(yīng)用這些實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生全面認(rèn)識(shí)和對(duì)待事物的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路的基本常識(shí)以及電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律，學(xué)會(huì)判斷回路是否會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，而旦還掌握了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與什么因素有關(guān)。即已經(jīng)學(xué)會(huì)對(duì)自感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒(méi)有渦流這個(gè)概念而已，也沒(méi)有意識(shí)到渦流現(xiàn)象，線(xiàn)圏本身也會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)中對(duì)渦流現(xiàn)象的解釋以及分析是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。〖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)。〖教學(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：（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)際分析教學(xué)難點(diǎn)：電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)際分析〖教學(xué)過(guò)程〗1.情景導(dǎo)入在電磁的爐盤(pán)下有一個(gè)線(xiàn)圈。電磁爐工作時(shí)，它的盤(pán)面并不發(fā)熱，在爐盤(pán)上放置鐵鍋，鐵鍋就會(huì)發(fā)熱，你知道這是為什么嗎？2、新課學(xué)習(xí)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場(chǎng)（一）、理論探究感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生電流是怎樣產(chǎn)生的？→自由電荷為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？→猜想：使電荷運(yùn)動(dòng)的力可能是洛倫茲力、靜電力、或者是其它力→使電荷運(yùn)動(dòng)的力難道是變化的磁場(chǎng)對(duì)其施加的力嗎？（二）〔英〕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)（inducedelectricfield）。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)。應(yīng)用實(shí)例電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是用感生電場(chǎng)來(lái)加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線(xiàn)圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場(chǎng)使電子加速。上圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵線(xiàn)圈電流的方向與圖示方向一致時(shí)，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？電子感應(yīng)加速器是用感生電場(chǎng)來(lái)加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運(yùn)動(dòng)。電磁鐵線(xiàn)圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場(chǎng)使電子加速。上圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵線(xiàn)圈電流的方向與圖示方向一致時(shí)，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？二、渦流1.定義由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流。如圖中的虛線(xiàn)所示2.特點(diǎn)若金屬電阻率很小，則渦流往往很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量很多。3.應(yīng)用（1）渦流熱效應(yīng)：真空冶煉爐，電磁爐。（2）真空冶煉爐原理：金屬塊中的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量。用來(lái)冶煉合金鋼的真空冶煉爐（如圖），爐外有線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中通入迅速變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)過(guò)程可以在真空中進(jìn)行，能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。（3）.渦流的磁效應(yīng)：渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線(xiàn)圈中的電流，使儀器報(bào)警。4、危害：線(xiàn)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。5、防止（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(lái)代替整塊硅鋼鐵芯。三、電磁阻尼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)——電磁阻尼。2.應(yīng)用:磁電式儀表、電氣機(jī)車(chē)的電磁制動(dòng)、阻尼擺等.(1)為什么用鋁框做線(xiàn)圈骨架？(2)、微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何應(yīng)該把兩個(gè)接線(xiàn)柱連在一起？(3)、金屬管演示渦流的電磁阻尼現(xiàn)象（播放視頻，讓學(xué)生思考，分組討論）(4)、彈簧振子演示電磁阻尼現(xiàn)象（播放視頻，讓學(xué)生思考，分組討論）四、電磁驅(qū)動(dòng)1、電磁驅(qū)動(dòng)：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(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。2、應(yīng)用：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電能表、汽車(chē)上用的電磁式速度表等。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。配置的三個(gè)線(xiàn)圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類(lèi)似上面演示實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中的導(dǎo)線(xiàn)框也就隨著轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2.3-11）。就這樣，電動(dòng)機(jī)（圖2.3-12）把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能3、電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別：①電磁阻尼是導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng);②電磁驅(qū)動(dòng)是磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。聯(lián)系：安培力的作用都是阻礙它們間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。訓(xùn)練提升1．下列關(guān)于渦流的說(shuō)法正確的是（）A．渦流跟平時(shí)常見(jiàn)的感應(yīng)電流一樣，都是因?yàn)榇┻^(guò)導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流，而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng)，但沒(méi)有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流〖答案〗A〖解析〗渦流本質(zhì)上是感應(yīng)電流，是導(dǎo)體自身構(gòu)成回路，在穿過(guò)導(dǎo)體的磁通量變化時(shí)產(chǎn)生的，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；渦流不僅有熱效應(yīng)，同其他電流一樣也有磁效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；硅鋼電阻率大，產(chǎn)生的渦流較小，但仍能產(chǎn)生渦流，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2．關(guān)于電磁驅(qū)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這種作用稱(chēng)為電磁驅(qū)動(dòng)B．在電磁驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)安培力做功使電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能C．在電磁驅(qū)動(dòng)中，主動(dòng)部分與被動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)(或轉(zhuǎn)動(dòng))方向相反D．電磁驅(qū)動(dòng)是由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力的作用而運(yùn)動(dòng)〖答案〗ABD〖解析〗根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)的定義可知，選項(xiàng)A、B、D正確；在電磁驅(qū)動(dòng)中，主動(dòng)部分與被動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)(或轉(zhuǎn)動(dòng))方向相同，且被動(dòng)部分的速度(或角速度)較小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。3．關(guān)于電磁阻尼，下列說(shuō)法正確的是（）A．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)體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電磁阻尼B．磁電式儀表正是利用電磁阻尼的原理使指針迅速停下來(lái)，從而便于讀數(shù)C．電磁阻尼是導(dǎo)體因感應(yīng)電流受到的安培力對(duì)導(dǎo)體做負(fù)功，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)D．電磁阻尼現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但分析時(shí)同樣遵循楞次定律〖答案〗ABC〖解析〗根據(jù)電磁阻尼的定義知，選項(xiàng)A、B、C正確；電磁阻尼現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，分析時(shí)不僅遵循楞次定律，同樣也遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4．甲、乙兩個(gè)完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO′旋轉(zhuǎn)，當(dāng)給以相同的初始角速度開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)后，由于阻力，經(jīng)相同的時(shí)間后便停止；若將環(huán)置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B且大小相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，甲環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向平行，乙環(huán)的轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，如圖所示，當(dāng)甲、乙兩環(huán)同時(shí)以相同的角速度開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)后，則下列判斷正確的是（）A．甲環(huán)先停 B．乙環(huán)先停C．兩環(huán)同時(shí)停下 D．無(wú)法判斷兩環(huán)停止的先后順序〖答案〗B〖解析〗乙環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而甲環(huán)不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故乙環(huán)先停下來(lái)，選項(xiàng)B正確?！冀虒W(xué)反思〗渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)雖然是本章的重點(diǎn)，但并不是難點(diǎn)，如果依照教材順序按部就班地由教師演示、歸納、概括，盡管學(xué)生也能接受，但他們就有可能處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果。本節(jié)課應(yīng)試圖改變這種弊端，在教學(xué)過(guò)程的總體設(shè)計(jì)上以學(xué)生為探素者，教師做引路人，按照“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，實(shí)驗(yàn)作手段，問(wèn)