資源簡介

2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅動 教案
【教材分析】
（一）教材分析
感生電動勢和前面的動生電動勢相對應。渦流是一種特殊的電磁感應現象，在生產、生活記實驗教學等方面有許多應用。教學內容主要學習渦流及其成因，渦流的熱效應、磁效應等。電磁阻尼和電磁驅動通過演示實驗進行實例分析后得出概念即可。
【學情分析】
（一）學情分析
1.認知層面
在電磁感應這一章，學生過去學習的都是理想的單匝線圈的問題，而在現實生活中存在的往往都是塊狀的金屬導體，渦流現象是生活中更常見的現象，這是從理想到現實的飛躍，存在一定困難。
電磁學與動力學的結合。感應電流的機械效應——電磁阻尼和電磁驅動是電磁學與動力學相結合的問題，考慮的是感應電流受到的安培力產生的機械效果。這里涉及的物理原理較多，學生理解存在一定困難。
知識層面
學生已經完整地學習了電磁感應的知識，掌握了感應電流、楞次定律、法拉第電磁感應定律等知識，這為本節課的學習奠定了基礎。
能力層面
學生通過之前的學習，已經能夠通過協作完成簡單的實驗，具有初步的寫協能力、獨立思考能力，并且具有強烈的好奇心和求知欲，希望通過觀察實驗現象、經歷思考來理解現象產生的原因，并且總結出其中規律。
【教學目標】
（一）教學目標
物理觀念∶通過感生電場及感生電動勢的提出，體會物理概念的產生過程。
科學思維∶通過渦流的實例分析，體會物理模型在探索自然規律中的作用。
科學探究：通過演示實驗探究，知道什么是電磁阻尼和電磁驅動現象，并能分析二者的不同點和相同點，以及實質。
科學態度與責任∶通過渦流、電磁阻尼和電磁驅動在生產、生活中的應用，體會科學對社會發展的推動作用。
【教學重難點】
（一）教學重難點
教學重點：1.渦流的概念及其應和實例分析。
2.電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。
教學難點：電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。
【新課導入】
（一）新課導入
（展示動態圖片：半邊鐵鍋煮蛋）在電磁爐的爐盤下有一個線圈。電磁爐工作時，它的盤面并不發熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發熱。你知道這是為什么嗎
【新課講解】
（一）渦流
渦流
1．渦流：根據麥克斯韋電磁場理論，當磁場變化時，導體中的自由電子就會在感生電場的作用下定向移動從而產生感應電流，這種感應電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流，簡稱渦流。
引導學生思考：
（1）如果環不斷增粗直到變成一圓盤，又會發生什么現象？
（2）變成方盤呢？
（3）如果導體用整塊鐵代替，電流變化時，鐵塊中有感應電流嗎？如果有，它的形狀如何？
總結：一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導體就會產生感應電流，我們把這種感應電流叫做渦流。
渦流是在整塊金屬內產生的感應電流。渦流是整塊導體發生的電磁感應現象，同樣遵守電磁感應定律。
現在知道水為什么會沸騰嗎？
金屬塊中的渦流也要產生熱量，如果金屬的電阻率小，則渦流很強，產生的熱量也很多。
2．渦流的應用：
（1）渦流的熱效應：①真空冶煉爐
冶煉金屬的高頻感應電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內的金屬中產生很強的渦流，從而產生大量的熱使金屬熔化。
②電磁爐
電磁爐的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產生強大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產生強渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。
（2）渦流的磁效應：①探雷器
探測地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個長柄線圈在地面上掃過，線圈中有變化的電流。如果地下埋著金屬物品，金屬中感應渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。
②金屬探測器、安檢門
渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。
3．渦流的危害與防止
危害：線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產生的渦流使鐵芯發熱，浪費了能量，還可能損壞電器。
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代替整塊硅鋼鐵芯。
（一）電磁阻尼
電磁阻尼
[演示2]小魔術：時光隧道（金屬管實驗）
合作探究：神秘下落物到底是什么呢？為什么它能打開塵封的時光隧道？
（提示：從時光隧道與神秘下落物體的材質、特性進行研究，運用楞次定律、安培力的知識進行解釋。）
分析驗證：一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運動有什么影響？
結論：當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動。
1．電磁阻尼：當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現象稱為電磁阻尼。
[演示3]取一只微安表，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。用導線把微安表的兩個接線柱連在一起，再次晃動表殼，表針相對表盤的擺動情況與剛才有什么不同？
思考：微安表的表頭在運輸時為何把兩個接線柱連在一起？
內部有磁體，有線圈。
把接線柱連在一起，線圈在擺動的時候就產生感應電流，這個感應電流可以阻礙線圈的擺動，使指針迅速停止擺動，保護游絲，指針。
2．電磁阻尼的應用
（1）磁電式儀表的運輸
（2）電氣機車的電磁制動
（3）阻尼擺
（一）電磁驅動
電磁驅動
[演示4]觀察鋁框的運動。引導學生觀察并解釋實驗現象。
1．電磁驅動：磁場相對于導體運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種現象稱為電磁驅動。
交流感應電動機就是應用電磁驅動的原理工作的。簡要介紹交流感應電動機的工作過程。
當磁場相對于導體轉動時，在導體中會產生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用而運動起來的現象。線圈轉動與磁鐵同向，但轉速小于磁鐵，即同向異步。
2．電磁阻尼與電磁驅動的區別和聯系
聯系：
電磁阻尼和電磁驅動，都是由于導體相對于磁場運動引起磁通量的變化，產生感應電流，安培力的方向與導體的相對運動方向相反，阻礙導體的相對運動。
區別：
電磁阻尼是導體運動（或者速度較大）時，安培力的方向與導體的運動方向相反，阻礙導體的運動。
電磁驅動是磁場運動，導體靜止（或者速度較小）時，安培力對導體提供動力，使導體隨磁場運動。
【板書】
（一）板書
渦流、電磁阻尼和電磁驅動
感生電場∶
渦流：
①渦流的熱效應及其應用∶真空冶煉爐
②渦流的熱效應的防止∶ 增大鐵芯材料的電阻率，用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。
③渦流的磁效應及其應用∶探測器
3.電磁阻尼：
4.電磁驅動：
聯系∶安培力的作用都是阻礙它們間的相對運動。
【課后反思】
（一）課后反思
①本教案的內容完善，思路清晰，講解到位，能夠抓住知識點之間的聯系。課堂中的抽象部分能夠運用信息技術手段進行形象化處理，是比較好的。
②本課內容與社會現實生活聯系比較緊密，在教學中，力求把復雜的社會技術簡單化，能夠清楚詳細的講解給學生，加強了物理與現實生活的聯系。

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