2021-2022學(xué)年魯科版選擇性必修第二冊(cè)2-3自感現(xiàn)象與渦流教案

第2章電磁感應(yīng) 第3節(jié)自感現(xiàn)象與渦流教案教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)1.物理觀念(1)知道什么是渦流，了解渦流的產(chǎn)生原理，知道渦流的特性是熱效應(yīng)。(2)了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的工作原理2.科學(xué)思維(1)通過(guò)學(xué)習(xí)渦流在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，如何利用與防止這些應(yīng)用，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)辯證地認(rèn)識(shí)問(wèn)題。（2）培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新精神，鼓勵(lì)學(xué)生開動(dòng)腦筋，將渦流的原理應(yīng)用到實(shí)際生活中來(lái)。(3)養(yǎng)成善于分析和比較的思維習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生從生活中觀察科學(xué)、主動(dòng)探索的精神。3.科學(xué)探究(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力以及科學(xué)探究能力。(2)通過(guò)分析相關(guān)裝置與器材的工作原理，培養(yǎng)學(xué)生的分析表述能力，提高理論與實(shí)際相結(jié)合的意識(shí).(3)培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新的能力4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)通過(guò)對(duì)渦流現(xiàn)象的研究，培養(yǎng)學(xué)生善于動(dòng)手動(dòng)腦，敢于猜想，喜歡探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣.(2)通過(guò)學(xué)習(xí)渦流在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)服務(wù)社會(huì)的意識(shí)。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：渦流的特性、利用以及防止。教學(xué)難點(diǎn)：電磁阻尼、電磁驅(qū)動(dòng)的原理。三、教學(xué)流程圖渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)引入電磁阻尼渦流電磁驅(qū)動(dòng)熱效應(yīng)利用與防止原理：導(dǎo)體受到安培力作用應(yīng)用四、教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖[引入新課]變壓器鐵芯用硅鋼片疊合而成[儀器展示]展示電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察其鐵芯有什么特點(diǎn)。[啟發(fā)提問(wèn)]為什么要這樣?用一整塊金屬做鐵芯不是更省事兒？[觀察回答]它們的鐵芯都不是整塊鐵，而是有許多薄片疊合而成。好奇并思考讓學(xué)生親身觀察，激發(fā)學(xué)生的好奇心渦流渦流熱效應(yīng)演示渦流的原理線圈中的電流變化時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生渦流。渦流的利用真空冶煉爐自制金屬探測(cè)器[引導(dǎo)提問(wèn)]當(dāng)線圈中電流隨時(shí)間變化時(shí)，附近的線圈兒會(huì)怎樣？[解釋]實(shí)際上，這個(gè)線圈周圍附近的任何導(dǎo)體都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。[提問(wèn)]這樣一圈圈的感應(yīng)電流看起來(lái)像什么？[概念]渦流及其熱效應(yīng)介紹渦流熱效應(yīng)的利用——真空冶煉爐[提問(wèn)]渦流冶煉和普通的冶煉爐相比，優(yōu)點(diǎn)是什么？[提問(wèn)]同學(xué)們還能想到生活中有哪些渦流的應(yīng)用嗎？[啟發(fā)點(diǎn)撥]引導(dǎo)學(xué)生回答電磁爐，金屬探測(cè)器的工作原理[思考回答]由于電磁感應(yīng)，附近的另一個(gè)線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。[回答]看起來(lái)就像水中的漩渦[思考回答]渦流冶煉的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)，可以冶煉高質(zhì)量的合金。[金屬探測(cè)器的原理]線圈掃過(guò)地面，線圈中有變化的電流，如果地下埋著金屬物品，金屬中會(huì)感應(yīng)出渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。引導(dǎo)學(xué)生在解釋、演示、實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，總結(jié)出物流的原理，并發(fā)現(xiàn)物流具有熱效應(yīng)，進(jìn)而得出渦流的定義。渦流在日常生活中有利也有弊，有利如何利用，有弊如何防止。既讓學(xué)生體會(huì)物理知識(shí)可服務(wù)于社會(huì)，也引導(dǎo)學(xué)生辯證地認(rèn)識(shí)渦流，體現(xiàn)到事物的一分為二性。通過(guò)變壓器鐵芯用硅鋼片疊加而成原理的解釋，呼應(yīng)課題引入時(shí)的小實(shí)驗(yàn)渦流的防止渦流的熱效應(yīng)會(huì)損壞鐵芯用硅鋼片做變壓器鐵芯[提問(wèn)]現(xiàn)在同學(xué)們能夠解釋，為什么變壓器不用一整塊的鐵芯了嗎？[啟發(fā)點(diǎn)撥]引導(dǎo)學(xué)生回答上述問(wèn)題：變壓器鐵芯為什么要用若干相互絕緣的薄硅鋼片疊加而成？[回答]變壓器的線圈繞在鐵芯上，渦流的熱效應(yīng)會(huì)使鐵芯發(fā)熱，損壞變壓器。用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯，并且制成如圖所示的形狀，可以有效的防止渦流。[體會(huì)]渦流的熱效應(yīng)有時(shí)會(huì)浪費(fèi)能量，因此有時(shí)也需要防止渦流。電磁阻尼觀察電磁阻尼現(xiàn)象磁體從銅管上方自由下落，磁鐵下落時(shí)間變長(zhǎng)[小實(shí)驗(yàn)]時(shí)間隧道[提問(wèn)]如果一個(gè)小物體從銅管上方自由下落，估算通過(guò)的時(shí)間。[實(shí)驗(yàn)操作](1)在銅管上方由靜止釋放小物體，如粉筆。(2)在銅管上方有靜止釋放小磁鐵[回答]用自由落體的模型估算，物體自由下落一米左右，時(shí)間不會(huì)超過(guò)0.5秒。[觀察現(xiàn)象]物體不到0.5秒就通過(guò)了，確實(shí)跟估算的一樣。磁鐵經(jīng)過(guò)十幾秒才通過(guò)銅管激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引起學(xué)生的注意力和好奇心體會(huì)電磁阻尼現(xiàn)象將器材發(fā)給學(xué)生，讓他們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)時(shí)間隧道的本質(zhì)是導(dǎo)體與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)下發(fā)銅管、磁鐵、鐵塊及其他小物體，讓同學(xué)們自己做實(shí)驗(yàn)。[提問(wèn)]現(xiàn)象本質(zhì)是什么？[總結(jié)]當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到一個(gè)力阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這就是電磁阻尼現(xiàn)象[實(shí)驗(yàn)探究]在銅管中，只有磁鐵下落才會(huì)變慢。[思考回答]銅管是導(dǎo)體。這一現(xiàn)象的本質(zhì)是：導(dǎo)體與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到某種阻礙。幫助學(xué)生學(xué)會(huì)構(gòu)建物理模型探究電磁阻尼原理猜想假設(shè)安培力阻礙了導(dǎo)體和磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論有感應(yīng)電流，存在安培力[引導(dǎo)提問(wèn)]是什么力阻礙了導(dǎo)體和磁鐵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？安培力由什么產(chǎn)生？[總結(jié)]只要判斷有無(wú)感應(yīng)電流，就能知道是否存在安培力。設(shè)計(jì)一個(gè)電路：線圈與靈敏電流表串聯(lián)。[實(shí)驗(yàn)操作]將條形磁鐵插入線圈[猜想](1)安培力(2)感應(yīng)電流[觀察]靈敏電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明確實(shí)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，存在安培力。明確物理實(shí)驗(yàn)的步驟，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力[分析穿入穿出過(guò)程]線圈運(yùn)動(dòng)方向穿入磁鐵磁通量變化電流方向由上至下方向現(xiàn)象指針偏轉(zhuǎn)安培力方向穿入過(guò)程線圈運(yùn)動(dòng)方向穿出磁鐵磁通量變化電流方向由上至下方向現(xiàn)象指針偏轉(zhuǎn)安培力方向穿出過(guò)程請(qǐng)同學(xué)們分析過(guò)程，完成表格。[分析](1)穿入過(guò)程：磁通量增大，電流沿順時(shí)針?lè)较?，指針向右偏轉(zhuǎn)。據(jù)左手定則嗎安培力向上，與線圈運(yùn)動(dòng)方向相反。(2)穿出過(guò)程：安培力向上，與線圈運(yùn)動(dòng)方向相反。[結(jié)論]安培力方向始終與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反。用楞次定律和左手定則的知識(shí)進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4.電磁阻尼的定義引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出電磁阻尼的定義[引導(dǎo)總結(jié)]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是穿入還是穿出，安培力始終阻礙線圈的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象叫電磁阻尼。[提問(wèn)]同學(xué)們能給電磁阻尼下個(gè)定義嗎？[學(xué)生定義]當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。引導(dǎo)學(xué)生歸納電磁阻尼的具體表述，培養(yǎng)學(xué)生語(yǔ)言和文字表達(dá)能力。5.電磁阻尼的應(yīng)用(1)制動(dòng)[實(shí)驗(yàn)演示]綁著磁鐵的小車從木板上由靜止釋放，快速下滑，到達(dá)鋁板使運(yùn)動(dòng)停止。[討論交流]綁著磁鐵的小車在鋁板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)生電磁阻尼現(xiàn)象，使小車停止運(yùn)動(dòng)。培養(yǎng)學(xué)生的分析表述和解決問(wèn)題的能力讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際現(xiàn)象，體會(huì)物理技術(shù)與社會(huì)的聯(lián)系。培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新能力。(2)減震[問(wèn)題]減震：靈敏電流計(jì)在運(yùn)輸過(guò)程中，指針一直晃動(dòng)。為減少指針晃動(dòng)，保護(hù)電表，可用導(dǎo)線把電流表的兩個(gè)接線柱項(xiàng)鏈。你能解釋嗎？[回答]短路后，指針的擺動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生電磁阻尼現(xiàn)象，阻礙指針的擺動(dòng)。電磁驅(qū)動(dòng)1.演示電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象易拉罐在磁鐵擾動(dòng)下運(yùn)動(dòng)[問(wèn)題]電磁阻尼可以使下落速度變慢，有沒(méi)有辦法使速度變快呢？[演示]磁鐵驅(qū)動(dòng)易拉罐觀察、討論和交流激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引起學(xué)生注意力和好奇心。2.電磁驅(qū)動(dòng)的定義讓學(xué)生通過(guò)信息并結(jié)合電磁阻尼的探究過(guò)程，分析得出電磁驅(qū)動(dòng)的定義[提問(wèn)]請(qǐng)一位同學(xué)解釋“磁驅(qū)動(dòng)易拉罐”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？[電磁驅(qū)動(dòng)]如果一個(gè)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這種作用稱為電磁驅(qū)動(dòng)。[回答]因?yàn)橐桌蕻a(chǎn)生了感應(yīng)電流，渦流使導(dǎo)體受安培力作用，從而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。3.電磁驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)實(shí)物與線圈模型[提問(wèn)]展示交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，觀察其結(jié)構(gòu)，同時(shí)展示線圈工作原理模型圖，請(qǐng)同學(xué)們分析交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理。[分析]三個(gè)線圈連接到三相電源上，就能在線圈中產(chǎn)生特殊的磁場(chǎng)。利用電磁驅(qū)動(dòng)