高中物理-涡流电磁阻尼电磁驱动教学设计学情分析教材分析课后反思

涡流、电磁阻尼、电磁驱动教学目标：（一）知识与技能1．知道涡流是如何产生的。2．知道涡流对我们有不利和有利的两方面，以及如何利用和防止。3．知道电磁阻尼和电磁驱动。（二）过程与方法：培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。（三）情感、态度与价值观：培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。教学重点、难点教学重点：1．涡流的概念及其应用。2．电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。★教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。教学方法：通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验教学手段：电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器）、电磁阻尼演示装置（示教电流表、微安表、弹簧、条形磁铁），电磁驱动演示装置（U形磁铁、能绕轴转动的铝框）。教学活动：引入新课：小游戏：将一枚硬币请一位同学藏在身上，老师用考试用探测器找出来，老师举起探测器。师：想知道这个探测器的工作原理吗？生：想。师：那请大家跟随我来学习《涡流、电磁阻尼、电磁驱动》这节课的知识。展示幻灯片一：《涡流、电磁阻尼、电磁驱动》进行新课：师：前面我们探究了感应电流的产生条件，有哪些条件呢？（学生回答：只有穿过闭合回路的磁通量发生变化才能产生感应电流，老师在黑板上记录）；掌握了感应电流方向判断的两个方法，分别是楞次定律和右手定则；明白了感应电动势的大小是由磁通量的变化快慢决定的；还知道了感生和动生的产生机理原来还不一样。那么，应用所学的知识思考下列问题。展示幻灯片二(此处略)问题一：线圈中有无电流产生？方向如何？生：有，方向逆时针。问题二：电流是怎么产生的？生：变化的磁场在导线里产生了感生电场，使自由电荷发生了定向移动，形成了电流。（如若学生感觉困难，可以引导回答电荷定向移动才能形成电流，电荷要移动，需要有力的作用，此处就很容易想到感生电场了）动画演示：内圈陆陆续续增加几个线圈，是否都有电流产生，方向如何？师：如果密密麻麻的摆满线圈，不留空隙，它就变成了一个金属饼，这些电流是否依然存在？生：是。师：为什么呢？生：变化的磁场在金属饼里产生了感生电场，使自由电荷发生了定向移动，形成了电流。展示幻灯片三：（金属饼中有涡旋状的电流）师：金属饼内部的电流看起来像水的漩涡，可以形象的称作涡流。展示幻灯片四：（涡流:1.定义：由于电磁感应，在金属块中产生的水涡状的电流）师：从涡流的形成可以看出它其实就是感应电流，只不过在块状金属里的回路比较多，形成的感应电流分布像水涡。（拿起一块金属），如果我给这块金属提供产生涡流的条件，你们有什么办法能证明它的存在吗？请学生思考，并踊跃发言。对学生提出的各种方法都不予置评，将检验的方法归为两类，电流的热效应和机械效应，并且板书记录。演示：利用可拆变压器加热铝锅和纸片，请学生触摸感受温度的升高。让学生先摸铝锅，再摸纸片，谈感受。师:为什么铝锅被加热了？生：线圈中通入的是变化的电流，产生的磁场发生了变化，在铝锅里激发出了涡流，给铝锅加热了。师：那纸片为何没被加热呢？生：因为纸片不是导体，没有自由电荷，所以没能形成涡流。师：回答很精彩，请坐。那用什么办法能增大涡流的大小呢？思考讨论，并发言。生:增大电流变化的频率。师：如果我加大电流的频率，铝锅中的涡流能否使铝锅融化呢？生:能。师：由于实验条件的限制，我们没法提供足够大频率的电流，所以没法亲眼见证，但工业上是可以做到的，于是真空冶炼炉应运而生。展示真空冶炼炉的图片，简单介绍工作原理，并启发学生分析它的优点：易控、无需氧气，真空冶炼，纯度高。师：回到课前的小游戏，想想探测器为何能找出硬币呢？请学生思考，积极回答。生：探测器中有变化的电流，能在硬币中激发出涡流，涡流产生的磁场反过来影响了探测器中的电流，引起了报警。师：那你说它能探测出你口袋里的百元大钞吗？生:不能。师:通过上述分析，涡流的确是存在的，并且可以为我们所用。你知道生活中还有利用涡流工作的装置吗？可以让学生讨论，并请部分同学回答，然后展示电磁灶的图片。介绍电磁灶的内部结构和工作原理，并提出问题：师：对煮饭的锅有什么要求吗?生：金属锅。展示幻灯片五：（涡流：1.定义2.应用：真空冶炼炉、金属探测器、电磁灶等）师：涡流对于我们是否只有好处，没有坏处呢?生：不是的。师：正如所说，有时涡流是有危害的，比如变压器在工作时会产生涡流，对我们来说就是有害的。展示变压器，简单介绍工作原理和铁芯的作用。师：变压器工作时，铁芯中是否有涡流产生？生：有师：既然有涡流产生，它就会使铁芯发热，就要浪费能量，甚至还会烧坏变压器。所以我们需要减少铁芯中涡流的产生，有什么办法呢？请学生思考回答。生：采用电阻率更大的硅钢，并且用彼此绝缘的硅钢片压合而成。投影仪展示硅钢片。展示幻灯片六：（涡流：1.定义2.应用：真空冶炼炉、金属探测器、电磁灶等3.防止：变压器铁芯的制作）演示：磁性小球在金属管上划来划去。师：我们已经对涡流有了深入的了解，那么大家看这时金属管里是否产生了涡流？怎么证明呢？请学生用手触摸，体会热效应不容易察觉。从而考虑用磁效应来检验。演示：将磁性小球悬挂起来，让其在金属管上摆动，很快能停下来。师：为什么？生：金属管中产生了涡流，它阻碍了磁体和导体之间的相对运动。演示：在悬挂的磁性小球下面拉动金属管，带动小球摆动。师：为什么呢？生：金属管中产生了涡流，它阻碍了磁体和导体之间的相对运动。师：很好，这就是我们前面讲的，感应电流能通过阻碍磁体和导体之间的相对运动来阻碍导体中磁通量的变化。概括为“来拒去留”。师：在电磁感应现象中，感应电流要阻碍磁体和导体间的相对运动，如果是帮助磁体或导体对地运动，这种现象就叫做电磁驱动现象。如果是阻碍磁体或导体对地运动，这种现象就叫做电磁阻尼现象。展示课件：（电磁驱动：1.定义：磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。2.应用：三相交流电机）（电磁阻尼：1.定义：导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。2.应用:电表线圈骨架的制作）师：大家课下查阅资料了解电表线圈的结构和工作原理，思考两个问题：1.为何线圈的骨架要用铝材料制作?2.电表运输途中为何要连接两个接线柱？练习题：1．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（CD）A．铁B．木C．铜D．铝2．如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（BD）A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h涡流电磁阻尼电磁驱动学情分析：前面已经学习了电磁感应现象的相关的知识，知道了感应电流产生的条件，方向的判断，大小的决定因素等，为本节课的学习奠定了一定的基础，但是涡流对学生来说比较抽象，理解起来有困难，所以在课前要求学生做好复习和预习工作。涡流电磁阻尼电磁驱动教学效果评价表：项目及分值评价内容及标准分值得分合计教学目标（10分）1、符合课标要求，体现知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观等要求。66102、明确、具体、准确，具有操作性。44教学内容（10分）1、教材处理得当，教学重、难点突出。4492、课时划分合理，课程容量适度。323、能够结合实际和学科特点，渗透情感、态度、价值观教育。33教学过程（40分）1、能够依据课程特点，提出具体问题，激发学生求知欲望，促使学生自学教材。54362、能够创设师生平等交流、生生合作互动的学习氛围。1093、能够面向全体，关注个性差异，并注重优生培养和差生转化。544、能够体现教师释疑过程，能突出重点，突破难点，并且有适当的拓宽和延伸。1095、及时组织课堂训练（或落实），反馈学习效果，提高课堂效率。556、根据学科特点和教学内容，灵活选用教学方法，科学有序地组织开展教学活动。55教学效果（20分）1、基本实现课时目标，多数学生能够完成作业，不同学生都能得到不同的发展。55192、学生主动地参与学习活动，相互合作、共同探究学习问题，乐于交流分享成绩。553、课堂气氛宽松，师生精神饱满，学生参与面广，能够体验学习和成功的愉悦。554、学生注意力集中，学习积极主动，与教师配合默契。54教师素质（10分）1、教学心理素质好，教态自然、亲切、大方庄重，具有较强的亲和力。2182、语言标准规范，清晰准确，生动精炼；讲解示范符合科学性，逻辑性、形象性、情感性强。223、字迹工整美观，条理清楚；重点突出，布局合理。214、能根据实际需要，恰当运用现代教育技术或其他教学手段辅助教学；能开发、利用教学资源提高教学效益。225、灵活运用教材，驾驭现场能力强，应变自如。22教学特色（10分）1、能够渗透先进的教育理念，能够贯穿先进的教育方法。5472、具有较为明显的教学风格，在某些方面具有创造性。53评价人程正瑞，张恒才，薛志红，吴中元合计89自评效果将学生自己的照片放在第一个环节，学生的积极性特别高，教师演示，给学生做一个知识的铺垫。第二个环节让学生自主探究，学习魔棒工具的使用，培养学生自主学习的能力。理解图层的概念对本节课起着至关重要的作用，用透明胶片和生活中的贴画来进行展示，非常直观，起到突破难点的作用。涡流电磁阻尼电磁驱动教材分析：本节教材是选修内容，是电磁感应现象的几个实例，是电磁感应定律的实际应用。涡流是一种特殊的电磁感应现象，在生产生活中有许多应用，本节中主要学习涡流及其成因，涡流的热效应、机械效应等。重点是涡流的概念及其应用。难点是电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。1年哈师大附中高二检测)下列应用与涡流有关的是()A．家用电磁炉 B．家用微波炉C．真空冶炼炉 D．探雷器解析：选ACD.家用电磁炉、真空冶炼炉、探雷器都是利用涡流工作，而家用微波炉是利用微波直接作用于食物．图4－7－82．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图4－7－8所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用线圈中电流产生的磁场C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电解析：选C.高频感应炉的线圈通入高频交变电流时，产生变化的磁场，变化的磁场就能使金属中产生涡流，利用涡流的热效应加热进行冶炼．故选项C正确．A、B、D错误．图4－7－93.如图4－7－9所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()A．做等幅振动B．做阻尼振动C．振幅不断增大D．无法判定解析：选B.小球在通电线圈的磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用阻碍它与线圈的相对运动，做阻尼振动．图4－7－104.老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，如图4－7－10所示，同学们看到的现象是()A．磁铁插向左环，横杆发生转动B．磁铁插向右环，横杆发生转动C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动解析：选B.右环闭合，在此过程中可产生感应电流，环受安培力作用，横杆转动，左环不闭合，无感应电流，无以上现象，选B.图4－7－115．如图4－7－11所示，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则()A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，球滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h解析：选BD.若是匀强磁场，则穿过球的磁通量不发生变化，球中无涡流，机械能没有损失，故球滚上的高度等于h，选项A错B对；若是非匀强磁场，则穿过球的磁通量发生变化，球中有涡流产生，机械能转化为内能，故球滚上的高度小于h，选项C错D对．一、选择题图4－7－121．如图4－7－12所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯解析：选C.通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．2．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了()A．增大涡流，提高变压器的效率B．减小涡流，提高变压器的效率C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D．增大铁芯中的电阻，以减少发热量解析：选BD.不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施．图4－7－133．(2011年合肥高二检测)如图4－7－13所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是()A．铁 B．木C．铝 D．塑料解析：选C.木球、塑料球在光滑水平面上将做匀速运动，B、D错误；铁球受磁铁的吸引在光滑水平面上将做加速运动，A错误；铝球受电磁阻尼作用在光滑水平面上将做减速运动，C正确．图4－7－144.某磁场磁感线如图4－7－14所示，有铜圆板自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，圆板中的涡电流方向是()A．始终顺时针B．始终逆时针C．先顺时针再逆时针D．先逆时针再顺时针解析：选C.把圆板从A至B的全过程分成两个阶段处理：第一阶段是圆板自A位置下落到具有最大磁通量的位置O，此过程中穿过圆板磁通量的磁场方向向上且不断增大．由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是顺时针的；第二阶段是圆板从具有最大磁通量位置O落到B位置，此过程穿过圆板磁通量的磁场方向向上且不断减小，由楞次定律判得感应电流方向(自上向下看)是逆时针的．图4－7－155．如图4－7－15所示，挂在弹簧下端的条形磁铁在闭合线圈内振动，如果空气阻力不计，则下列说法中正确的是()A．磁铁的振幅不变B．磁铁做阻尼振动C．线圈中产生方向不变的电流D．线圈中产生方向变化的电流解析：选BD.尽管不知道条形磁铁的下端是N极还是S极，但是，在条形磁铁上下振动的过程中，周期性地靠近(或远离)闭合线圈，使穿过闭合线圈的磁通量不断变化，从而产生感应电流．根据楞次定律可知，闭合线圈产生感应电流的磁场必然阻碍条形磁铁的振动，使其机械能不断减小，从而做阻尼振动；同时由于条形磁铁在靠近线圈和远离线圈时，穿过闭合线圈的磁通量方向不变，但磁通量的增减情况刚好相反．根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向不断地做周期性变化，即线圈中产生的感应电流是方向变化的电流．图4－7－166．如图4－7－16所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线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：选D.当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈内产生感应电流，线圈受到的安培力阻碍线圈相对磁铁的向左运动，故线圈有相对木板向右运动的趋势，故受到的静摩擦力总是向左．选项D正确，A、B、C错误．图4－7－177．如图4－7－17所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球()A．整个过程都做匀速运动B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程中球做加速运动C．整个过程都做匀减速运动D．穿出时的速度一定小于初速度解析：选D.小球的运动主要研究两个阶段：一是球进入磁场的过程，由于穿过小球的磁通量增加，在球内垂直磁场的平面上产生涡流，有电能产生，而小球在水平方向上又不受其他外力，所以产生的电能只能是由球的机械能转化而来，由能的转化与守恒可知，其速度减小；二是穿出磁场的过程，同理可得速度进一步减小，故选项D正确．图4－7－188．如图4－7－18所示，条形磁铁从h高处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2，则它们的大小关系正确的是()A．t1＞t2，v1＞v2B．t1＝t2，v1＝v2C．t1＜t2，v1＜v2D．t1＜t2，v1＞v2解析：选D.开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流阻碍磁铁下落，故a＜g，所以t1＜t2，v1＞v2.9．一个半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环，用一根长为L的绝缘细绳悬挂于O点，离O点下方eq\f(L,2)处有一宽度为eq\f(L,4)、垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图4－7－19所示．现使圆环从与悬点O等高位置A处由静止释放(细绳张直，忽略空气阻力)，摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中金属环产生的热量是()图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：选C.线圈在进入磁场和离开磁场时，磁通量发生变化，产生感应电流，机械能减少．最后线圈在磁场下面摆动，机械能守恒．在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热，在达到稳定摆动的整个过程中，金属环减少的机械能为mg(eq\f(3,4)L＋r)．图4－7－2010.(2010年高考大纲全国卷Ⅱ)如图4－7－20，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b和下边界d水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平．线圈从水平面a开始下落．已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离．若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd，则()A．Fd>Fc>Fb B．Fc<Fd<FbC．Fc>Fb>Fd D．Fc<Fb<Fd解析：选D.金属线圈进入与离开磁场的过程中，产生感应电流，线圈受到向上的磁场力即安培力，根据F＝IlB，E＝Blv，I＝eq\f(E,r)可得：F＝eq\f(B2l2v,r)，由此可知线圈所受到的磁场力大小与速度大小成正比．当线圈完全进入磁场时，没有安培力，故Fc＝0；通过水平面b时，有veq\o\al(2,b)＝2ghab，则vb＝eq\r(2ghab)；通过水平面d时设线圈刚完全进入时的速度为v′b，有veq\o\al(2,d)－v′eq\o\al(2,b)＝2ghbd，则vd＝eq\r(v′\o\al(2,b)＋2ghbd)，而hbd＞hab，故vd＞vb，则Fd＞Fb，所以本题答案为D.二、非选择题图4－7－2111.如图4－7－21所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺旋管A.在弧形轨道上高为h的地方，无初速度释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB.(1)螺旋管A将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能．解析：(1)磁铁B向右运动时，螺旋管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺旋管A向右运动．(2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺旋管中的电能，所以mgh＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＋E电．即E电＝mgh－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B).答案：(1)向右运动(2)mgh－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)图4－7