《渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》設(shè)計(jì) 省賽一等獎(jiǎng)

《渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1．知道產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。2．會(huì)使用線圈以及常見(jiàn)磁鐵完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。3．學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察、記錄結(jié)果、分析論證得出結(jié)論的科學(xué)探究方法.4．通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。舉例說(shuō)明電磁感應(yīng)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件?！窘虒W(xué)課時(shí)】一課時(shí)【教學(xué)過(guò)程】1.實(shí)驗(yàn)一：閉合電路的部分導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁感線，探究導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)快慢與電流表示數(shù)大小的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)二：向線圈中插入磁鐵,或把磁鐵從線圈中抽出，探究磁鐵插入或抽出快慢與電流表示數(shù)大小的關(guān)系2.模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)：通電線圈放入大線圈或從大線圈中拔出，或改變線圈中電流的大小（改變滑線變阻器的滑片位置），探究將小線圈從大線圈中抽出或放入快慢與電流表示數(shù)的關(guān)系3.分析論證：實(shí)驗(yàn)一：磁場(chǎng)強(qiáng)度不發(fā)生變化，但閉合線圈的面積發(fā)生變化；實(shí)驗(yàn)二：①磁鐵插入線圈時(shí)，線圈的面積不變，但磁場(chǎng)由弱變強(qiáng)；②磁鐵從線圈中抽出時(shí)，線圈的面積也不改變，磁場(chǎng)由強(qiáng)變?nèi)?；?shí)驗(yàn)三：①通電線圈插入大線圈時(shí)，大線圈的面積不變，但磁場(chǎng)由弱變強(qiáng)；②通電線圈從大線圈中抽出時(shí)，大線圈的面積也不改變，但磁場(chǎng)由強(qiáng)變?nèi)?；③?dāng)迅速移動(dòng)滑線變阻器的滑片，小線圈中的電流迅速變化，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也隨之而變化，而大線圈的面積不發(fā)生變化，但穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生了變化。【課標(biāo)解讀】（1）知道渦流是如何產(chǎn)生的（2）知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止渦流（3）通過(guò)舊知識(shí)分析新問(wèn)題弄清渦流的產(chǎn)生原因【知識(shí)回顧】1.兩個(gè)線圈之間并沒(méi)有導(dǎo)線相連，但當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做。利用互感現(xiàn)象可以把由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的。2.自感現(xiàn)象發(fā)生電磁感應(yīng)的原因是由于通過(guò)導(dǎo)體的電流發(fā)生變化而引起磁通量變化。這種電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為。3.自感現(xiàn)象：由于發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感電動(dòng)勢(shì)：在現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。L稱為線圈的自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感或。自感表示線圈產(chǎn)生本領(lǐng)大小的物理量。L的大小跟線圈的形狀、長(zhǎng)短、匝數(shù)、有無(wú)鐵芯有關(guān)。單位：亨利(H)取1H=mH=μH【新課預(yù)習(xí)】1．渦流概念:2．渦流產(chǎn)生原因:3．渦流的利用與控制(1)利用——(2)控制——4．電磁驅(qū)動(dòng)原理:【新課講解】(一)渦流定義塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中，或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，金屬塊內(nèi)有感應(yīng)電場(chǎng)產(chǎn)生，從而形成閉合回路，這時(shí)感生電場(chǎng)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(jiǎn)稱渦流。(二)渦流的熱效應(yīng)當(dāng)變壓器的線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，在鐵芯內(nèi)部有變化的磁場(chǎng)，因而產(chǎn)生感生電場(chǎng)，引起渦流。渦流在通過(guò)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(chǎng)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(guó)生產(chǎn)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(lái)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．C．電磁爐：電磁爐的工作原理是采用磁場(chǎng)感應(yīng)渦加流加熱原理，利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)鐵質(zhì)鍋底時(shí)會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的渦流是鍋的本身自行高速發(fā)熱，然后再作用于鍋內(nèi)食物。這種最新的加熱方式，能減少熱量傳遞的中間環(huán)節(jié)，可大大提升制熱效率，比傳統(tǒng)爐具（電爐、氣爐）節(jié)省能源一半以上。(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(chǎng)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(lái)．如果電磁鐵通電，磁場(chǎng)在擺動(dòng)的銅板中產(chǎn)生渦流。渦流受磁場(chǎng)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(lái)。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(cè)量?jī)x表中，常把使指針偏轉(zhuǎn)的線圈繞在閉合鋁框上，當(dāng)測(cè)量電流流過(guò)線圈時(shí)，鋁框隨線圈指針一起在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)鋁框內(nèi)產(chǎn)生的渦流將受到磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的作用力將產(chǎn)生一個(gè)促使金屬圓盤按磁場(chǎng)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(chǎng)轉(zhuǎn)速一樣，則兩者的相對(duì)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(chǎng)的轉(zhuǎn)速小，或者說(shuō)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(lái)制造測(cè)量轉(zhuǎn)速的電表，這類轉(zhuǎn)速表常稱為磁性式轉(zhuǎn)速表。(五)、方法點(diǎn)撥:渦流是由于變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),這種電場(chǎng)稱為渦旋電場(chǎng)，這時(shí)渦旋電場(chǎng)力可以在整塊金屬內(nèi)部引起渦電流。因此渦流的大小取決于回路電阻和磁場(chǎng)變化率例題1.下列哪些措施是為了防止渦流的危害（）A.電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B.磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C.變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D.變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層2.如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運(yùn)動(dòng)，則小球的材料可能是（）A．鐵B．木C．銅D．鋁3.如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)焊縫產(chǎn)生大量熱