高中物理-渦流電磁阻尼電磁驅動教學設計學情分析教材分析課后反思

渦流、電磁阻尼、電磁驅動教學目標：（一）知識與技能1．知道渦流是如何產生的。2．知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止。3．知道電磁阻尼和電磁驅動。（二）過程與方法：培養(yǎng)學生客觀、全面地認識事物的科學態(tài)度。（三）情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生用辯證唯物主義的觀點認識問題。教學重點、難點教學重點：1．渦流的概念及其應用。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。教學方法：通過演示實驗，引導學生觀察現象、分析實驗教學手段：電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅動演示裝置（U形磁鐵、能繞軸轉動的鋁框）。教學活動：引入新課：小游戲：將一枚硬幣請一位同學藏在身上，老師用考試用探測器找出來，老師舉起探測器。師：想知道這個探測器的工作原理嗎？生：想。師：那請大家跟隨我來學習《渦流、電磁阻尼、電磁驅動》這節(jié)課的知識。展示幻燈片一：《渦流、電磁阻尼、電磁驅動》進行新課：師：前面我們探究了感應電流的產生條件，有哪些條件呢？（學生回答：只有穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化才能產生感應電流，老師在黑板上記錄）；掌握了感應電流方向判斷的兩個方法，分別是楞次定律和右手定則；明白了感應電動勢的大小是由磁通量的變化快慢決定的；還知道了感生和動生的產生機理原來還不一樣。那么，應用所學的知識思考下列問題。展示幻燈片二(此處略)問題一：線圈中有無電流產生？方向如何？生：有，方向逆時針。問題二：電流是怎么產生的？生：變化的磁場在導線里產生了感生電場，使自由電荷發(fā)生了定向移動，形成了電流。（如若學生感覺困難，可以引導回答電荷定向移動才能形成電流，電荷要移動，需要有力的作用，此處就很容易想到感生電場了）動畫演示：內圈陸陸續(xù)續(xù)增加幾個線圈，是否都有電流產生，方向如何？師：如果密密麻麻的擺滿線圈，不留空隙，它就變成了一個金屬餅，這些電流是否依然存在？生：是。師：為什么呢？生：變化的磁場在金屬餅里產生了感生電場，使自由電荷發(fā)生了定向移動，形成了電流。展示幻燈片三：（金屬餅中有渦旋狀的電流）師：金屬餅內部的電流看起來像水的漩渦，可以形象的稱作渦流。展示幻燈片四：（渦流:1.定義：由于電磁感應，在金屬塊中產生的水渦狀的電流）師：從渦流的形成可以看出它其實就是感應電流，只不過在塊狀金屬里的回路比較多，形成的感應電流分布像水渦。（拿起一塊金屬），如果我給這塊金屬提供產生渦流的條件，你們有什么辦法能證明它的存在嗎？請學生思考，并踴躍發(fā)言。對學生提出的各種方法都不予置評，將檢驗的方法歸為兩類，電流的熱效應和機械效應，并且板書記錄。演示：利用可拆變壓器加熱鋁鍋和紙片，請學生觸摸感受溫度的升高。讓學生先摸鋁鍋，再摸紙片，談感受。師:為什么鋁鍋被加熱了？生：線圈中通入的是變化的電流，產生的磁場發(fā)生了變化，在鋁鍋里激發(fā)出了渦流，給鋁鍋加熱了。師：那紙片為何沒被加熱呢？生：因為紙片不是導體，沒有自由電荷，所以沒能形成渦流。師：回答很精彩，請坐。那用什么辦法能增大渦流的大小呢？思考討論，并發(fā)言。生:增大電流變化的頻率。師：如果我加大電流的頻率，鋁鍋中的渦流能否使鋁鍋融化呢？生:能。師：由于實驗條件的限制，我們沒法提供足夠大頻率的電流，所以沒法親眼見證，但工業(yè)上是可以做到的，于是真空冶煉爐應運而生。展示真空冶煉爐的圖片，簡單介紹工作原理，并啟發(fā)學生分析它的優(yōu)點：易控、無需氧氣，真空冶煉，純度高。師：回到課前的小游戲，想想探測器為何能找出硬幣呢？請學生思考，積極回答。生：探測器中有變化的電流，能在硬幣中激發(fā)出渦流，渦流產生的磁場反過來影響了探測器中的電流，引起了報警。師：那你說它能探測出你口袋里的百元大鈔嗎？生:不能。師:通過上述分析，渦流的確是存在的，并且可以為我們所用。你知道生活中還有利用渦流工作的裝置嗎？可以讓學生討論，并請部分同學回答，然后展示電磁灶的圖片。介紹電磁灶的內部結構和工作原理，并提出問題：師：對煮飯的鍋有什么要求嗎?生：金屬鍋。展示幻燈片五：（渦流：1.定義2.應用：真空冶煉爐、金屬探測器、電磁灶等）師：渦流對于我們是否只有好處，沒有壞處呢?生：不是的。師：正如所說，有時渦流是有危害的，比如變壓器在工作時會產生渦流，對我們來說就是有害的。展示變壓器，簡單介紹工作原理和鐵芯的作用。師：變壓器工作時，鐵芯中是否有渦流產生？生：有師：既然有渦流產生，它就會使鐵芯發(fā)熱，就要浪費能量，甚至還會燒壞變壓器。所以我們需要減少鐵芯中渦流的產生，有什么辦法呢？請學生思考回答。生：采用電阻率更大的硅鋼，并且用彼此絕緣的硅鋼片壓合而成。投影儀展示硅鋼片。展示幻燈片六：（渦流：1.定義2.應用：真空冶煉爐、金屬探測器、電磁灶等3.防止：變壓器鐵芯的制作）演示：磁性小球在金屬管上劃來劃去。師：我們已經對渦流有了深入的了解，那么大家看這時金屬管里是否產生了渦流？怎么證明呢？請學生用手觸摸，體會熱效應不容易察覺。從而考慮用磁效應來檢驗。演示：將磁性小球懸掛起來，讓其在金屬管上擺動，很快能停下來。師：為什么？生：金屬管中產生了渦流，它阻礙了磁體和導體之間的相對運動。演示：在懸掛的磁性小球下面拉動金屬管，帶動小球擺動。師：為什么呢？生：金屬管中產生了渦流，它阻礙了磁體和導體之間的相對運動。師：很好，這就是我們前面講的，感應電流能通過阻礙磁體和導體之間的相對運動來阻礙導體中磁通量的變化。概括為“來拒去留”。師：在電磁感應現象中，感應電流要阻礙磁體和導體間的相對運動，如果是幫助磁體或導體對地運動，這種現象就叫做電磁驅動現象。如果是阻礙磁體或導體對地運動，這種現象就叫做電磁阻尼現象。展示課件：（電磁驅動：1.定義：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。2.應用：三相交流電機）（電磁阻尼：1.定義：導體在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，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。2.應用:電表線圈骨架的制作）師：大家課下查閱資料了解電表線圈的結構和工作原理，思考兩個問題：1.為何線圈的骨架要用鋁材料制作?2.電表運輸途中為何要連接兩個接線柱？練習題：1．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動，如果發(fā)現小球做減速運動，則小球的材料可能是（CD）A．鐵B．木C．銅D．鋁2．如圖所示，閉合金屬環(huán)從曲面上h高處滾下，又沿曲面的另一側上升，設環(huán)的初速為零，摩擦不計，曲面處在圖示磁場中，則（BD）A．若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于hB．若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于hC．若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于hD．若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于h渦流電磁阻尼電磁驅動學情分析：前面已經學習了電磁感應現象的相關的知識，知道了感應電流產生的條件，方向的判斷，大小的決定因素等，為本節(jié)課的學習奠定了一定的基礎，但是渦流對學生來說比較抽象，理解起來有困難，所以在課前要求學生做好復習和預習工作。渦流電磁阻尼電磁驅動教學效果評價表：項目及分值評價內容及標準分值得分合計教學目標（10分）1、符合課標要求，體現知識與技能，過程與方法，情感態(tài)度與價值觀等要求。66102、明確、具體、準確，具有操作性。44教學內容（10分）1、教材處理得當，教學重、難點突出。4492、課時劃分合理，課程容量適度。323、能夠結合實際和學科特點，滲透情感、態(tài)度、價值觀教育。33教學過程（40分）1、能夠依據課程特點，提出具體問題，激發(fā)學生求知欲望，促使學生自學教材。54362、能夠創(chuàng)設師生平等交流、生生合作互動的學習氛圍。1093、能夠面向全體，關注個性差異，并注重優(yōu)生培養(yǎng)和差生轉化。544、能夠體現教師釋疑過程，能突出重點，突破難點，并且有適當的拓寬和延伸。1095、及時組織課堂訓練（或落實），反饋學習效果，提高課堂效率。556、根據學科特點和教學內容，靈活選用教學方法，科學有序地組織開展教學活動。55教學效果（20分）1、基本實現課時目標，多數學生能夠完成作業(yè)，不同學生都能得到不同的發(fā)展。55192、學生主動地參與學習活動，相互合作、共同探究學習問題，樂于交流分享成績。553、課堂氣氛寬松，師生精神飽滿，學生參與面廣，能夠體驗學習和成功的愉悅。554、學生注意力集中，學習積極主動，與教師配合默契。54教師素質（10分）1、教學心理素質好，教態(tài)自然、親切、大方莊重，具有較強的親和力。2182、語言標準規(guī)范，清晰準確，生動精煉；講解示范符合科學性，邏輯性、形象性、情感性強。223、字跡工整美觀，條理清楚；重點突出，布局合理。214、能根據實際需要，恰當運用現代教育技術或其他教學手段輔助教學；能開發(fā)、利用教學資源提高教學效益。225、靈活運用教材，駕馭現場能力強，應變自如。22教學特色（10分）1、能夠滲透先進的教育理念，能夠貫穿先進的教育方法。5472、具有較為明顯的教學風格，在某些方面具有創(chuàng)造性。53評價人程正瑞，張恒才，薛志紅，吳中元合計89自評效果將學生自己的照片放在第一個環(huán)節(jié)，學生的積極性特別高，教師演示，給學生做一個知識的鋪墊。第二個環(huán)節(jié)讓學生自主探究，學習魔棒工具的使用，培養(yǎng)學生自主學習的能力。理解圖層的概念對本節(jié)課起著至關重要的作用，用透明膠片和生活中的貼畫來進行展示，非常直觀，起到突破難點的作用。渦流電磁阻尼電磁驅動教材分析：本節(jié)教材是選修內容，是電磁感應現象的幾個實例，是電磁感應定律的實際應用。渦流是一種特殊的電磁感應現象，在生產生活中有許多應用，本節(jié)中主要學習渦流及其成因，渦流的熱效應、機械效應等。重點是渦流的概念及其應用。難點是電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。1年哈師大附中高二檢測)下列應用與渦流有關的是()A．家用電磁爐 B．家用微波爐C．真空冶煉爐 D．探雷器解析：選ACD.家用電磁爐、真空冶煉爐、探雷器都是利用渦流工作，而家用微波爐是利用微波直接作用于食物．圖4－7－82．高頻感應爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的，如圖4－7－8所示為冶煉金屬的高頻感應爐的示意圖，爐內放入被冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這時被冶煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易控制，并能避免有害雜質混入被煉金屬中，因此適于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是()A．利用線圈中電流產生的焦耳熱B．利用線圈中電流產生的磁場C．利用交變電流的交變磁場在爐內金屬中產生的渦流D．給線圈通電的同時，給爐內金屬也通了電解析：選C.高頻感應爐的線圈通入高頻交變電流時，產生變化的磁場，變化的磁場就能使金屬中產生渦流，利用渦流的熱效應加熱進行冶煉．故選項C正確．A、B、D錯誤．圖4－7－93.如圖4－7－9所示，金屬球(銅球)下端有通電的線圈，今把小球拉離平衡位置后釋放，此后關于小球的運動情況是(不計空氣阻力)()A．做等幅振動B．做阻尼振動C．振幅不斷增大D．無法判定解析：選B.小球在通電線圈的磁場中運動，小球中產生渦流，故小球要受到安培力作用阻礙它與線圈的相對運動，做阻尼振動．圖4－7－104.老師做了一個物理小實驗讓學生觀察：一輕質橫桿兩側各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點自由轉動，老師拿一條形磁鐵插向其中一個小環(huán)，后又取出插向另一個小環(huán)，如圖4－7－10所示，同學們看到的現象是()A．磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉動B．磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉動C．無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都不發(fā)生轉動D．無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都發(fā)生轉動解析：選B.右環(huán)閉合，在此過程中可產生感應電流，環(huán)受安培力作用，橫桿轉動，左環(huán)不閉合，無感應電流，無以上現象，選B.圖4－7－115．如圖4－7－11所示，光滑金屬球從高h的曲面滾下，又沿曲面的另一側上升，設金屬球初速度為零，曲面光滑，則()A．若是勻強磁場，球滾上的高度小于hB．若是勻強磁場，球滾上的高度等于hC．若是非勻強磁場，球滾上的高度等于hD．若是非勻強磁場，球滾上的高度小于h解析：選BD.若是勻強磁場，則穿過球的磁通量不發(fā)生變化，球中無渦流，機械能沒有損失，故球滾上的高度等于h，選項A錯B對；若是非勻強磁場，則穿過球的磁通量發(fā)生變化，球中有渦流產生，機械能轉化為內能，故球滾上的高度小于h，選項C錯D對．一、選擇題圖4－7－121．如圖4－7－12所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水．給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是()A．恒定直流、小鐵鍋B．恒定直流、玻璃杯C．變化的電流、小鐵鍋D．變化的電流、玻璃杯解析：選C.通入恒定直流時，所產生的磁場不變，不會產生感應電流，通入變化的電流，所產生的磁場發(fā)生變化，在空間產生感生電場，鐵鍋是導體，感生電場在導體內產生渦流，電能轉化為內能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場在導體內產生的，所以玻璃杯中的水不會升溫．2．變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這是為了()A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流，提高變壓器的效率C．增大鐵芯中的電阻，以產生更多的熱量D．增大鐵芯中的電阻，以減少發(fā)熱量解析：選BD.不使用整塊硅鋼而采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，來減少電能轉化成鐵芯的內能，提高效率，是防止渦流而采取的措施．圖4－7－133．(2011年合肥高二檢測)如圖4－7－13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動，如果發(fā)現小球做減速運動，則小球的材料可能是()A．鐵 B．木C．鋁 D．塑料解析：選C.木球、塑料球在光滑水平面上將做勻速運動，B、D錯誤；鐵球受磁鐵的吸引在光滑水平面上將做加速運動，A錯誤；鋁球受電磁阻尼作用在光滑水平面上將做減速運動，C正確．圖4－7－144.某磁場磁感線如圖4－7－14所示，有銅圓板自圖示A位置落至B位置，在下落過程中，自上向下看，圓板中的渦電流方向是()A．始終順時針B．始終逆時針C．先順時針再逆時針D．先逆時針再順時針解析：選C.把圓板從A至B的全過程分成兩個階段處理：第一階段是圓板自A位置下落到具有最大磁通量的位置O，此過程中穿過圓板磁通量的磁場方向向上且不斷增大．由楞次定律判斷感應電流方向(自上向下看)是順時針的；第二階段是圓板從具有最大磁通量位置O落到B位置，此過程穿過圓板磁通量的磁場方向向上且不斷減小，由楞次定律判得感應電流方向(自上向下看)是逆時針的．圖4－7－155．如圖4－7－15所示，掛在彈簧下端的條形磁鐵在閉合線圈內振動，如果空氣阻力不計，則下列說法中正確的是()A．磁鐵的振幅不變B．磁鐵做阻尼振動C．線圈中產生方向不變的電流D．線圈中產生方向變化的電流解析：選BD.盡管不知道條形磁鐵的下端是N極還是S極，但是，在條形磁鐵上下振動的過程中，周期性地靠近(或遠離)閉合線圈，使穿過閉合線圈的磁通量不斷變化，從而產生感應電流．根據楞次定律可知，閉合線圈產生感應電流的磁場必然阻礙條形磁鐵的振動，使其機械能不斷減小，從而做阻尼振動；同時由于條形磁鐵在靠近線圈和遠離線圈時，穿過閉合線圈的磁通量方向不變，但磁通量的增減情況剛好相反．根據楞次定律可知，線圈中感應電流的方向不斷地做周期性變化，即線圈中產生的感應電流是方向變化的電流．圖4－7－166．如圖4－7－16所示，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁鐵，四個磁極之間的距離相等，當兩塊磁鐵勻速向右通過線圈時，線圈仍靜止不動，那么線圈受到木板的摩擦力方向是()A．先向左，后向右 B．先向左、后向右、再向左C．一直向右 D．一直向左解析：選D.當兩塊磁鐵勻速向右通過線圈時，線圈內產生感應電流，線圈受到的安培力阻礙線圈相對磁鐵的向左運動，故線圈有相對木板向右運動的趨勢，故受到的靜摩擦力總是向左．選項D正確，A、B、C錯誤．圖4－7－177．如圖4－7－17所示，在光滑絕緣水平面上，有一鋁球以一定的初速度通過有界勻強磁場，則從球開始進入磁場到完全穿出磁場過程中(磁場寬度大于金屬球的直徑)，小球()A．整個過程都做勻速運動B．進入磁場過程中球做減速運動，穿出過程中球做加速運動C．整個過程都做勻減速運動D．穿出時的速度一定小于初速度解析：選D.小球的運動主要研究兩個階段：一是球進入磁場的過程，由于穿過小球的磁通量增加，在球內垂直磁場的平面上產生渦流，有電能產生，而小球在水平方向上又不受其他外力，所以產生的電能只能是由球的機械能轉化而來，由能的轉化與守恒可知，其速度減??；二是穿出磁場的過程，同理可得速度進一步減小，故選項D正確．圖4－7－188．如圖4－7－18所示，條形磁鐵從h高處自由下落，中途穿過一個固定的空心線圈，開關S斷開時，至落地用時t1，落地時速度為v1；S閉合時，至落地用時t2，落地時速度為v2，則它們的大小關系正確的是()A．t1＞t2，v1＞v2B．t1＝t2，v1＝v2C．t1＜t2，v1＜v2D．t1＜t2，v1＞v2解析：選D.開關S斷開時，線圈中無感應電流，對磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當S閉合時，線圈中有感應電流阻礙磁鐵下落，故a＜g，所以t1＜t2，v1＞v2.9．一個半徑為r、質量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)，用一根長為L的絕緣細繩懸掛于O點，離O點下方eq\f(L,2)處有一寬度為eq\f(L,4)、垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域，如圖4－7－19所示．現使圓環(huán)從與懸點O等高位置A處由靜止釋放(細繩張直，忽略空氣阻力)，擺動過程中金屬環(huán)所在平面始終垂直磁場，則在達到穩(wěn)定擺動的整個過程中金屬環(huán)產生的熱量是()圖4－7－19A．mgL B．mg(eq\f(L,2)＋r)C．mg(eq\f(3,4)L＋r) D．mg(L＋2r)解析：選C.線圈在進入磁場和離開磁場時，磁通量發(fā)生變化，產生感應電流，機械能減少．最后線圈在磁場下面擺動，機械能守恒．在整個過程中減少的機械能轉變?yōu)榻苟鸁?，在達到穩(wěn)定擺動的整個過程中，金屬環(huán)減少的機械能為mg(eq\f(3,4)L＋r)．圖4－7－2010.(2010年高考大綱全國卷Ⅱ)如圖4－7－20，空間某區(qū)域中有一勻強磁場，磁感應強度方向水平，且垂直于紙面向里，磁場上邊界b和下邊界d水平．在豎直面內有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平．線圈從水平面a開始下落．已知磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離．若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場中)和d時，線圈所受到的磁場力的大小分別為Fb、Fc和Fd，則()A．Fd>Fc>Fb B．Fc<Fd<FbC．Fc>Fb>Fd D．Fc<Fb<Fd解析：選D.金屬線圈進入與離開磁場的過程中，產生感應電流，線圈受到向上的磁場力即安培力，根據F＝IlB，E＝Blv，I＝eq\f(E,r)可得：F＝eq\f(B2l2v,r)，由此可知線圈所受到的磁場力大小與速度大小成正比．當線圈完全進入磁場時，沒有安培力，故Fc＝0；通過水平面b時，有veq\o\al(2,b)＝2ghab，則vb＝eq\r(2ghab)；通過水平面d時設線圈剛完全進入時的速度為v′b，有veq\o\al(2,d)－v′eq\o\al(2,b)＝2ghbd，則vd＝eq\r(v′\o\al(2,b)＋2ghbd)，而hbd＞hab，故vd＞vb，則Fd＞Fb，所以本題答案為D.二、非選擇題圖4－7－2111.如圖4－7－21所示，光滑弧形軌道和一足夠長的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長的金屬桿，桿上掛有一光滑螺旋管A.在弧形軌道上高為h的地方，無初速度釋放一磁鐵B(可視為質點)，B下滑至水平軌道時恰好沿螺旋管A的中心軸運動，設A、B的質量分別為M、m，若最終A、B速度分別為vA、vB.(1)螺旋管A將向哪個方向運動？(2)全過程中整個電路所消耗的電能．解析：(1)磁鐵B向右運動時，螺旋管中產生感應電流，感應電流產生電磁驅動作用，使得螺旋管A向右運動．(2)全過程中，磁鐵減少的重力勢能轉化為A、B的動能和螺旋管中的電能，所以mgh＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＋E電．即E電＝mgh－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B).答案：(1)向右運動(2)mgh－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)圖4－7