電磁阻尼-講課稿

電磁阻尼西華師范大學(xué)李佳珂知識(shí)回顧：課件點(diǎn)擊：同學(xué)們，通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在這個(gè)閉合回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。楞次定律告訴我們感應(yīng)電流具有這樣方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化。上節(jié)課我們還學(xué)習(xí)過一種特殊的感應(yīng)電流：由于電磁感應(yīng)，在塊狀的金屬導(dǎo)體中也要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流就像水的漩渦，因此叫做渦流。通常我們運(yùn)用渦流的熱效應(yīng)來冶煉金屬。那么渦流除了熱效應(yīng)之外，它還有哪些應(yīng)用呢，接下來，就讓我們一同走進(jìn)今天的課堂---電磁阻尼。板書：電磁阻尼（標(biāo)題）（1分鐘）課前引入：阻尼振動(dòng)我們并不陌生，引起阻尼振動(dòng)的阻力可以是摩擦力，當(dāng)然也可以是磁場(chǎng)力。我們先來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，課件點(diǎn)擊：我在金屬桿的兩端接有彈性勁度相同的彈簧，彈簧下端分別懸掛兩個(gè)完全相同的一小節(jié)鋁管構(gòu)成一豎直方向上的彈簧振子。接下來，我讓左右兩邊的鋁管從同一位置釋放，讓其振動(dòng)起來，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察對(duì)比兩組鋁管的振動(dòng)情況有何不同。我們看到左邊的鋁管振幅逐漸減小，很快就停止了振動(dòng)。右邊鋁管處于自然振動(dòng)狀態(tài)。其實(shí)老師這里有個(gè)小秘密沒有告訴大家，在左邊鋁管下方的小木樁上老師放置了一小塊磁鐵。課件點(diǎn)擊：為什么下端放有磁鐵的鋁管就會(huì)迅速停止振動(dòng)呢？(2-3分鐘)新課教學(xué)：課件點(diǎn)擊：我們可以這樣來分析。將鋁管看成是由許多半徑相同的同心細(xì)圓環(huán)疊合而成。當(dāng)鋁管向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，位于下方磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng),穿過鋁管的磁通量增加，根據(jù)楞次定律，容易判斷出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下，此時(shí)的鋁管我們就可以等效成為N極向下的條形磁鐵，與小木樁上磁鐵的N極相互排斥，使得鋁管振幅迅速衰減進(jìn)而停止運(yùn)動(dòng)。課件點(diǎn)擊：大量的實(shí)驗(yàn)表明，類似于鋁管這樣的導(dǎo)體與磁體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者之間會(huì)產(chǎn)生某種阻力，阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。板書：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)：？阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)這種力是怎樣產(chǎn)生的呢？課件點(diǎn)擊：剛才得到了感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下，那么感應(yīng)電流的方向就應(yīng)該為順時(shí)針方向，從而在鋁管內(nèi)部形成了渦流。為了便于分析，我們截取鋁管的一個(gè)截面，并沿直徑切開。確定所截取的鋁管截面在圖示平面上電流流入和流出方向。根據(jù)左手定則，我們判斷出圖示中細(xì)圓環(huán)左右兩個(gè)位置受安培力分別為F1，F(xiàn)2，它們的合力向上。同樣的，細(xì)圓環(huán)上其他對(duì)稱的兩個(gè)位置所受的合力也向上。因此，整個(gè)細(xì)圓環(huán)受到向上的作用力。由于鋁管是由許多細(xì)圓環(huán)疊合而成，所以，整個(gè)鋁管所受安培力的合力也向上。從而阻礙鋁管向下運(yùn)動(dòng)；同理分析可分析出鋁管向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受安培力的合力向下，同樣也會(huì)阻礙鋁管向上的運(yùn)動(dòng)。課件點(diǎn)擊：由此可見，鋁管在磁場(chǎng)中所受的安培力總是起阻礙作用。通過以上的分析我們發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起導(dǎo)體阻礙運(yùn)動(dòng)的力就是安培力。板書：安培力課件點(diǎn)擊：因此，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力，而安培力始終阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，我們把這種現(xiàn)象稱之為電磁阻尼。板書：1.電磁阻尼現(xiàn)象：由于安培力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，所以安培力對(duì)導(dǎo)體所做的功為負(fù)功，這就是渦流的機(jī)械效應(yīng)。板書：2.導(dǎo)體所受安培力做負(fù)功。利用電磁阻尼現(xiàn)象，我還制作了一個(gè)簡易的電磁阻尼器。木架上的金屬圓盤可以繞其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在木架下方，有兩塊磁鐵，在此區(qū)域內(nèi)形成水平方向的磁場(chǎng)。當(dāng)老師輕輕地波動(dòng)金屬圓盤，由于軸承的摩擦力很小，金屬圓盤可以轉(zhuǎn)動(dòng)很長時(shí)間。當(dāng)我將轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓盤放入磁場(chǎng)中，金屬圓盤內(nèi)部感應(yīng)出的渦流同樣會(huì)使金屬盤受到安培力的阻礙作用，（演示）我們觀察到金屬擺迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。課件點(diǎn)擊：同學(xué)們?cè)囅?，如果金屬圓盤轉(zhuǎn)速極高時(shí)，比如安裝在汽車上的剎車盤。依靠現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置想要通過安培力讓金屬圓盤迅速減速甚至是制動(dòng)，顯然是不可行的。那么我們需要怎么做呢？可以外加更強(qiáng)的磁場(chǎng)，也可以讓磁場(chǎng)的覆蓋面更廣，或是加厚金屬盤增強(qiáng)渦流的機(jī)械效應(yīng)。至于具體的制作，請(qǐng)同學(xué)們課后查找