选择性必修 第二册涡流、电磁阻尼和电磁驱动教案

这是一份选择性必修 第二册涡流、电磁阻尼和电磁驱动教案，共8页。教案主要包含了感生电动势，涡流，电磁阻尼，电磁驱动等内容，欢迎下载使用。

课型
新授课
课时
1
主备人
杨志松
教学目标
物理观念：知道涡流对我们有不利和有利两个方面的影响，以及如何利用的防止。
科学思维：通过学生的讨论和旧知识分析新问题弄清涡流产生的原因以及涡流的特点。
科学探究：知道什么是电磁阻尼和电磁驱动现象，并能分析二者的不同点和相同点。
科学态度与责任：通过理论与实际的相结合，提高学习的兴趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力。
重点
1.感生电场、感生电动势
2.涡流的概念及其应用
3.电磁阻尼和电磁驱动的实际分析
难点
电磁阻尼和电磁驱动的实际分析
核心知识
感生电动势、涡流、电磁阻尼和电磁驱动
学情分析
涡流、电磁阻尼和电磁驱动是一种特殊的电磁感应现象，在实际中有许多应用。学生已经学习了电路的基本常识以及电磁感应的相关规律，学会判断回路是否会产生感应电流以及感应电流的方向，掌握了感应电动勢的大小与什么因素有关。但本节重点学习的是利用电磁感应现象的应用实例。如何将理论和实际相结合，如何利用理论指导实践是学生需要重点领悟的。
教学内容及教师活动设计
学生活动设计
二次备课
环节一：新课引入
展示图片：提出问题：两种炉具给锅加热的原理一样吗？
提出问题：电磁炉的加热原理是什么？是热传递吗？
教师点拨：本节课我们来学习与电磁感应有关的一些现象及其应用。
引导思考：“导体切割”和“磁场变化”产生感应电动势，是电磁感应现象中常见的两种类型，我们知道“导体切割”产生感应电动势的非静电力与洛伦兹力有关，那么，“磁场变化”型的非静电力又和什么力有关呢？
非静电力是洛伦兹力的沿杆分力
非静电力是什么力呢？
电热炉和电磁炉是日常生活中常见的炉具，学生对电磁炉的原理比较好奇。引导学生对两种炉具进行对比，让学生明确电磁炉的原理和电热炉有很大的不同，为后面涡流的引入埋下伏笔。
回顾上一节学习的“动生电动势问题”，思考“磁场变化”型的非静电力来源，体会两种电磁感应现象的区别。

环节二：新课教学
教师介绍：感生电场
英国物理学家麦克斯韦认为变化的磁场会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，叫作感生电场。如果此空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流。产生的感应电动势和感生电场有关，产生感应电动势的非静电力也和感生电场有关。
引导学生思考：用感生电场解释感应电流的形成原因？
讲解总结：
一、感生电动势
1、感生电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感生电场。
①感生电场不是静电场；
②感生电场的电场线是闭合的，因此也叫涡旋电场；
③感生电场的方向与感应电流方向相同（可由楞次定律判断）；
④感生电场对放入其中的电荷也有力的作用，称为感生电场力。
2、感生电动势：由感生电场产生的感应电动势叫作感生电动势。
①大小：
②非静电力：感生电场力
3、电子感应加速器
用感生电场加速电子的一种设备。
教师介绍：麦克斯韦简介
麦克斯韦的电学研究始于1854年，当时他刚从剑桥毕业。他读到了法拉第的《电学实验研究》，被书中新颖的实验和见解吸引。法拉第是实验大师，有着常人所不及之处，但唯独欠缺数学功力，所以他的创见都是以直观形式来表达的。在认真地研究了法拉第的著作后，麦克斯韦感受到力线思想的宝贵价值，也看到法拉第在定性表述上的弱点。于是这个刚刚毕业的年轻人决定用数学来弥补这一点。1855年麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》。1873年出版了《论电和磁》，被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家。1879年他因病与世长辞，那一年爱因斯坦正好出生。
教师介绍：涡流
根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的自由电子就会在感生电场的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流，看起来就像水中的漩涡，所以通常叫作涡电流，简称涡流。
引导思考：在变化的磁场中放入线圈？放入金属板、放入金属块，有感应电流吗？如果有，它的形状如何？
总结归纳：
二、涡流
1、涡流：当某个线圈中电流变化时，使得附近的导体中产生涡旋状的电流，简称涡流。
2、涡流的特点：
①涡流具有热效应，金属导体电阻率越小，涡流越明显；
②涡流具有磁效应。
3、涡流的应用：
①热效应的应用：电磁炉、真空冶炼炉
想一想：电磁炉对锅具有什么要求？电磁炉配上铜锅加热效果会不会更好呢？
②磁效应的应用：金属探测器、安检门
4、涡流的危害与防止
（1）危害：电动机、变压器线圈中流过变化的电流时，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。
（2）防止（减少涡流的途径）：
①增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。
②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
思考与讨论：
一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么影响？
结论：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动。

思考与讨论：磁电式仪表为什么用铝框做骨架？
演示视频：取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同？
思考：微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
总结：构成闭合回路，利用电磁阻尼现象，减小表针晃动。
归纳总结：
三、电磁阻尼
1、电磁阻尼：当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
2、应用: 磁电式仪表铝框、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。
播放视频：阻尼摆
想一想：三个铝片有什么区别？为什么电磁阻尼效果不一样呢？
例题、如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO' 转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则( )
A．铜盘转动将变慢
B．铜盘转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定
演示视频：观察铝框的运动
引导学生观察并解释实验现象。
总结归纳：
四、电磁驱动
1、电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。
2、交流感应电动机利用电磁驱动的原理工作。
3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动;
②电磁驱动是磁场相对于导体运动。
联系：安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。
环节三：课堂练习
1、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（ CD ）
A．铁
B．木
C．铜
D．铝
2、桌面上放一铜片，一条形磁铁的N极自上而下接近铜片的过程中，铜片对桌面的压力（ A ）
A．增大
B．减小
C．不变
D．无法判断是否变化
3、1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是（ AB ）
A．圆盘上产生了感应电动势
B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C．在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个
圆盘的磁通量发生了变化
D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
学生初步了解感生电场概念。并思考感生电场和感应电流的关系。
学生深入理解感生电场。知道感生电场的特点。
学生理解磁场变化产生感应电动势时，非静电力是感生电场力。
知道电子感应加速器加速电子的原理。进一步理解感生电场力。
学生了解麦克斯韦生平，知道麦克斯韦是继牛顿之后最伟大的物理学家之一。培养学生热爱科学的情怀。
学生思考，认识到金属板或金属块中会产生涡流。
学生了解涡流的实际应用，会对电磁炉，冶炼炉，金属探测器，安检门的原理进行解释。
学生了解变压器、电动机铁芯中涡流的危害，知道减小危害的办法。
学生分析线圈中产生的感应电流方向。知道因感应电流而受到安培力，并分析安培力的方向。知道安培力阻碍线框的运动。
学生分析铝框中的电磁感应现象，分析感应电流方向和因此受到的安培力，知道安培力将阻碍线圈的运动，使得指针可以尽快稳定下来。
学生理解微安表的表头在运输时把两个接线柱连在一起，可以构成闭合回路，利用电磁阻尼现象，减小表针晃动。
学生观看视频，进一步理解电磁阻尼现象。并能够把电磁阻尼现象和能量转化与守恒思想联系起来。
学生练习，会用电磁阻尼原理分析问题。
学生观察现象，知道线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。
学生理解电磁阻尼和电磁驱动的区别和联系。
板书设计
一、感生电动势
1、感生电场：变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感生电场。
①感生电场不是静电场；
②感生电场的电场线是闭合的，因此也叫涡旋电场；
③感生电场的方向与感应电流方向相同（可由楞次定律判断）；
④感生电场对放入其中的电荷也有力的作用，称为感生电场力。
2、感生电动势：由感生电场产生的感应电动势叫作感生电动势。
①大小：
②非静电力：感生电场力
3、电子感应加速器
用感生电场加速电子的一种设备。
二、涡流
1、涡流：当某个线圈中电流变化时，使得附近的导体中产生涡旋状的电流，简称涡流。
2、涡流的特点：
①涡流具有热效应，金属导体电阻率越小，涡流越明显；
②涡流具有磁效应。
3、涡流的应用：
①热效应的应用：电磁炉、真空冶炼炉
②磁效应的应用：金属探测器、安检门
4、涡流的危害与防止
（1）危害：电动机、变压器线圈中流过变化的电流时，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，浪费了能量，还可能损坏电器。
（2）防止（减少涡流的途径）：
①增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。
②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
三、电磁阻尼
1、电磁阻尼：当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼。
2、应用: 磁电式仪表铝框、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。
四、电磁驱动
1、电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。
2、交流感应电动机利用电磁驱动的原理工作。
3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动;
②电磁驱动是磁场相对于导体运动。
联系：安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。
作业设计
练习与应用：（在课本上完成）
优化设计同步练习。
教学反思