电磁阻尼-讲课稿

电磁阻尼西华师范大学李佳珂知识回顾：课件点击：同学们，通过前面的学习我们知道，穿过闭合回路的磁通量发生变化时，在这个闭合回路中就会产生感应电流。楞次定律告诉我们感应电流具有这样方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化。上节课我们还学习过一种特殊的感应电流：由于电磁感应，在块状的金属导体中也要产生感应电流，这种电流就像水的漩涡，因此叫做涡流。通常我们运用涡流的热效应来冶炼金属。那么涡流除了热效应之外，它还有哪些应用呢，接下来，就让我们一同走进今天的课堂---电磁阻尼。板书：电磁阻尼（标题）（1分钟）课前引入：阻尼振动我们并不陌生，引起阻尼振动的阻力可以是摩擦力，当然也可以是磁场力。我们先来看一个实验现象，课件点击：我在金属杆的两端接有弹性劲度相同的弹簧，弹簧下端分别悬挂两个完全相同的一小节铝管构成一竖直方向上的弹簧振子。接下来，我让左右两边的铝管从同一位置释放，让其振动起来，请同学们仔细观察对比两组铝管的振动情况有何不同。我们看到左边的铝管振幅逐渐减小，很快就停止了振动。右边铝管处于自然振动状态。其实老师这里有个小秘密没有告诉大家，在左边铝管下方的小木桩上老师放置了一小块磁铁。课件点击：为什么下端放有磁铁的铝管就会迅速停止振动呢？(2-3分钟)新课教学：课件点击：我们可以这样来分析。将铝管看成是由许多半径相同的同心细圆环叠合而成。当铝管向下运动时，位于下方磁铁产生的磁场,穿过铝管的磁通量增加，根据楞次定律，容易判断出感应电流的磁场方向向下，此时的铝管我们就可以等效成为N极向下的条形磁铁，与小木桩上磁铁的N极相互排斥，使得铝管振幅迅速衰减进而停止运动。课件点击：大量的实验表明，类似于铝管这样的导体与磁体发生相对运动时，两者之间会产生某种阻力，阻碍导体的运动。板书：导体在磁场中运动：？阻碍导体的运动这种力是怎样产生的呢？课件点击：刚才得到了感应电流的磁场方向向下，那么感应电流的方向就应该为顺时针方向，从而在铝管内部形成了涡流。为了便于分析，我们截取铝管的一个截面，并沿直径切开。确定所截取的铝管截面在图示平面上电流流入和流出方向。根据左手定则，我们判断出图示中细圆环左右两个位置受安培力分别为F1，F2，它们的合力向上。同样的，细圆环上其他对称的两个位置所受的合力也向上。因此，整个细圆环受到向上的作用力。由于铝管是由许多细圆环叠合而成，所以，整个铝管所受安培力的合力也向上。从而阻碍铝管向下运动；同理分析可分析出铝管向上运动时，所受安培力的合力向下，同样也会阻碍铝管向上的运动。课件点击：由此可见，铝管在磁场中所受的安培力总是起阻碍作用。通过以上的分析我们发现：导体在磁场中运动时，引起导体阻碍运动的力就是安培力。板书：安培力课件点击：因此，当导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力，而安培力始终阻碍导体的运动，我们把这种现象称之为电磁阻尼。板书：1.电磁阻尼现象：由于安培力总是阻碍导体的运动，所以安培力对导体所做的功为负功，这就是涡流的机械效应。板书：2.导体所受安培力做负功。利用电磁阻尼现象，我还制作了一个简易的电磁阻尼器。木架上的金属圆盘可以绕其转轴转动，在木架下方，有两块磁铁，在此区域内形成水平方向的磁场。当老师轻轻地波动金属圆盘，由于轴承的摩擦力很小，金属圆盘可以转动很长时间。当我将转动的金属圆盘放入磁场中，金属圆盘内部感应出的涡流同样会使金属盘受到安培力的阻碍作用，（演示）我们观察到金属摆迅速停止转动。课件点击：同学们试想，如果金属圆盘转速极高时，比如安装在汽车上的刹车盘。依靠现有的实验装置想要通过安培力让金属圆盘迅速减速甚至是制动，显然是不可行的。那么我们需要怎么做呢？可以外加更强的磁场，也可以让磁场的覆盖面更广，或是加厚金属盘增强涡流的机械效应。至于具体的制作，请同学们课后查找