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1、一 寸 光 阴 不 可 轻 1 选修选修 3-2 第四章第第四章第 7 节节涡流涡流 电磁阻尼和电磁驱动电磁阻尼和电磁驱动 一一、教材分析、教材分析 本节是选学内容，它是又一种特殊的电磁感应现象，在实际中有许多应用。可根据各校 的实际情况或选讲，或指导学生阅读。涡流和自感现象以及许多现象一样，都有利弊两个方 面。教学中应充分应用这些实例，培养学生全面认识和对待事物的科学态度。 二、学情分析二、学情分析 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， 而且还掌握了感应电动势的大小与什么因素有关。 即已经学会 对自感现象的分析，但头脑中没有
2、涡流这个概念而已，也没有意识到涡流现象，线圈本身也 会产生电磁感应现象。学习中对涡流现象的解释以及分析是学生遇到的最大挑战。 三、教学目标三、教学目标 （一）知识与技能（一）知识与技能 1知道涡流是如何产生的。 2知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。 3知道电磁阻尼和电磁驱动。 （二）过程与方法（二）过程与方法 培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。 （三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观 培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。 四、重点、难点四、重点、难点 教学重点：教学重点： 1涡流的概念及其应用。 2电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 教学难点：教学难点： 电
3、磁阻尼和电磁驱动的实例分析。 一 寸 光 阴 不 可 轻 2 五、教学手段与策略五、教学手段与策略 通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验 六、六、教学用具：教学用具： 电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器） 、电磁阻尼演示装置（示教电流 表、微安表、弹簧、条形磁铁） ，电磁驱动演示装置（U 形磁铁、能绕轴转动的铝框） 。 七、课时安排七、课时安排 ： 1 课时课时 八、教学过程八、教学过程 （一）引入新课（一）引入新课 教师：出示电动机、变压器铁芯，引导学生仔细观察其铁芯有什么特点？ 学生：它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多薄片叠合而成的。 教师：为什么要这样做呢？用一个整块的
4、金属做铁心不是更省事儿？学习了涡流的知 识，同学们就会知道其中的奥秘。 （二）进行新课（二）进行新课 1、涡流、涡流 教师： 演示 1涡流生热实验。 在可拆变压器的一字铁下面加一块厚约 2 mm 的铁板，铁板垂直于铁芯里磁感线的方 向。在原线圈接交流电。几分钟后，让学生摸摸铁芯和铁板，比较它们的温度，报告给全班 同学。 学生：铁板的温度比铁芯高。 教师： 为什么铁芯和铁板会发热呢？原来在铁芯和铁板中有涡流产生。 安排学生阅读教 材，了解什么叫涡流？ 学生：当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电 流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流涡流。 师生共同活动：分析涡流的产
5、生过程。 分析：如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内， 若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场 一 寸 光 阴 不 可 轻 3 激发出感生电场。导体可以看作是由许多闭合线圈组成的，在感生电场作用下，这些线圈中 产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。由于导体存在电阻，当电流在导体中流动 时，就会产生电热，这就是涡流的热效应。 教师：课件演示，涡流的产生过程，增强学生的感性认识。 教师：为什么铁板的温度比铁芯高？ 学生：因为铁板中的涡流很强，会产生大量的热。而铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片 之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。 教师：同学们明白了
6、为什么铁芯用薄片叠合而成了吗？ 学生：为了减少涡流损失的电能，同时也保护铁芯不被烧坏。 教师：下面大家阅读教材，了解一下涡流在生产、生活、科技等方面的应用。 2、电磁阻尼、电磁阻尼 教师：下面我们看教材 30 页上的“思考与讨论” ，分组讨论，然后发表自己的见解。 学生：阅读教材后，发表自己的看法。 师生共同活动，得出电磁阻尼的概念： 导体在磁场中运动时， 感应电流使导体受到安培力的作用， 安培力的方向总是阻碍导体 的运动，这种现象称为电磁阻尼电磁阻尼。 教师： 演示 2电磁阻尼。 按照教材“做一做”中叙述的内容，演示电表指针在偏转过程中受到的电磁阻尼现象。 学生观察现象并解释现象。 演示 3
7、如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释 放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会 很快停下来。上述现象说明了什么？ 学生：观察现象并作出分析。 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电 流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开， 也就是磁铁振动时除了空气阻力外， 还有线圈的磁 场力作为阻力，安培阻力较相对较大，因而磁铁会很快停下来。 3、电磁驱动、电磁驱动 一 寸 光 阴 不 可 轻 4 教师：感应电流不仅会对导体产生阻尼作用，有时还会产生驱动作用。 演示 4电磁驱动。 演示教材 31 页的演示实验。引导学生观察并解释实验现象。 师生共
8、同活动，得出电磁驱动的概念： 磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来， 这种现象称为电磁驱动电磁驱动。 教师： 交流感应电动机就是应用电磁驱动的原理工作的。 简要介绍交流感应电动机的工 作过程。 （三）课堂总结、点评（三）课堂总结、点评 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本 上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。 学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结 和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。 点评点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。 教师要放开，让学生自己总结所学内容，允
9、许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知 识框架。 （四）实例探究（四）实例探究 涡流的应用涡流的应用 【例 1】如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金 属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一 起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（ ） A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的 电阻小 D工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大 解析：线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流 一 寸 光
10、 阴 不 可 轻 5 的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，电流变化的越快，感应电动势就越大。A 选项正确。工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量就多，D 选项也正确。 答案：AD 【例 2】用丝线悬挂闭合金属环，悬于 O 点，虚线左边有匀强磁场，右 边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都 有向外的匀强磁场，会有这种现象吗？ 分析：只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时，由于磁通量发生变 化，有感应电流产生，于是阻碍相对运动，摆动很快停下来，这就是电磁阻 尼现象；空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量反而不变化了，因此不产生感应电流，不 会阻碍相对运动。 （五
11、）巩固练习（五）巩固练习 1如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的 条形磁铁， 一质量分布均匀的闭合铝环以初速度 v 从板的左端沿中线向右端滚动， 则 （ ） A铝环的滚动速度将越来越小 B铝环将保持匀速滚动 C铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的 N 极或 S 极 D铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变 答案：B 2如图所示，闭合金属环从曲面上 h 高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速 为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（ ） A若是匀强磁场，环滚上的高度小于 h B若是匀强磁场，环滚上的高度等于 h C若是非匀强磁场，环滚上的高度等于 h D
12、若是非匀强磁场，环滚上的高度小于 h 答案：BD 3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（ ） A铁 B木 C铜 D铝 答案：CD 一 寸 光 阴 不 可 轻 6 4如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上， 条形磁铁沿导轨以初速度 v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与 环面垂直， 则磁铁在穿过环过程中， 做_运动（选填 “加速” 、 “匀速”或“减速” ） 答案：减速 （六）作业（六）作业 1、认真阅读教材。 2、思考并完成“问题与练习”中的习题。 3、收集“涡流的利用和防止”方面的资料，在课下交流
13、。 （七）教学反思（七）教学反思 思维方法是解决问题的灵魂， 是物理教学的根本； 亲自实践参与知识的发现过程是培养 学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生 素质的培养就成了镜中花，水中月。 九、板书设计九、板书设计 一、涡流一、涡流 当线圈中的电流发生变化时， 这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。 这种电流看起 来很像水的旋涡，所以叫做涡流涡流。 应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门。 二、电磁阻尼二、电磁阻尼 导体在磁场中运动时， 感应电流使导体受到安培力的作用， 安培力的方向总是阻碍导体 的运动，这种现象称为电磁阻尼电磁阻尼。 三、电磁驱动三、电磁驱
14、动 磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来， 这种现象称为电磁驱动电磁驱动。 十、十、资料袋资料袋 一 寸 光 阴 不 可 轻 7 1利用涡流加热和熔炼金属 交变电流的磁场在金属内感应的涡流能产生热效应。 这种加热方法与用燃料加热相比有 很多优点，除课本所述外还有：加热效率高，达到 50%90%；加热速度快；用不同频率的 交变电流可得到不同的加热深度， 这是因为涡流在金属内不是均匀分布的， 越靠近金属表面 层电流越强，频率越高这种现象越显著，称为“趋肤效应” 。 工业上把感应加热依频率分为四种：工频（50 Hz） ；中频（0.58 kHz） ；超音频（206
15、0 Hz） ；高频（60600 kHz） 。工频交变电流直接由配电变压器提供；中频交变电流由三相电 动机带动中频发电机或用可控硅逆变器产生； 超音频和高频交变电流由大功率电子管振荡器 产生。 课本图 1641 画的是无心式感应熔炉，用途是熔炼铸铁、钢、合金钢和铜、铝等有色 金属.所用交变电流的频率要随坩锅能容纳的金属质量多少来选择，以取得最好的效果。例 如： 5 kg 的用 20 kHz，100 kg 的用 2.5 kHz，5 t 的用 1 kHz 乃至 50 kHz. 感应加热法也广泛用于钢件的热处理，如淬火、回火、表面渗碳等.例如齿轮、轴等只 需要将表面淬火提高硬度、增加耐磨性，可以把它放
16、入通有高频交流的空心线圈中，表面层 在几秒钟内就可上升到淬火需要的高温，颜色通红，而其内部温度升高很少。然后用水或其 他淬火剂迅速冷却就可以了.其他的热处理工艺可根据需要的加热深度选用中频或工频等。 2涡流与节能炊具电磁灶涡流与节能炊具电磁灶 我们知道，把块状的金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时，块状金属内将 产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，叫涡电流，简称涡流. 由于金属电阻小，所以涡流很强， （如图 1 所示）当交流电通过导线时，铁芯中就产生很强 的涡流，这种强电流使铁芯发热，浪费电能.为了减少损失，电机、变压器等通常用具有绝 缘层的薄硅钢片叠压制成铁芯，使回路电阻增大，减少涡流。 在各种电机、变压器中，涡流是
