涡流、电磁阻尼和电磁驱动

选择性必修第二册第二章第三节涡流、电磁阻尼和电磁驱动2024年6月《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》教学设计教材版本高中《物理》（人教版-选择性必修第二册）第二章第三节——《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》。教材分析涡流、电磁阻尼和电磁驱动是一种特殊的电磁感应现象，在实际中有许多应用。涡流和自感现象以及其他许多现象一样，都有利弊两个方面。教学中应充分应用这些实例，培养学生全面认识和对待事物的科学态度。学生已经学习了电路的基本常识以及电磁感应的相关规律，学会判断回路是否会产生感应电流以及感应电流的方向，而且还掌握了感应电动勢的大小与什么因素有关。即已经学会对电磁感现象的分析，但头脑中没有涡流这个概念而已，也没有意识到涡流现象，线圏本身也会产生电磁感应现象。学习中对涡流现象的解释以及分析是学生遇到的最大挑战。课标解读本节课主要落实《普通高中物理课程标准》2.2.3“通过实验，了解涡流现象，能举例说明涡流现象在生产生活中的应用与防止”这条内容要求。课程标准对本部分的教学要求是了解和使用，本着物理即生活，生活即物理，让学生学会通过对日常生活中物理现象分析，了解研究其物理本质，培养学生科学探究的能力和养成科学探究的科学性思维。学情分析同学们虽然已经学习了电场、磁场以及电磁感应现象和楞次定律，但对场这种物质的认识本身就很“虚”，对电磁感应以及楞次定律的理解也比较模糊，对于这种不是由分子、原子等组成的无形物质更是心存疑惑，所以，我认为怎样才能让学生体验“神秘”物质的存在感是重要问题，化无形于有形，让学生在体验中去认知，提高理解程度，加深认知效果。利用生活中常见的物品让“看不见，摸不着”的涡电流“清晰现形”，现象明显，充分利用涡流热效应特性，去证明涡流的存在。教学目标与核心素养物理观念1.知道涡流现象，并了解生活中的利用与防止。2.知道电磁阻尼和电磁驱动，能分析实例科学思维1.通过演示实验和对实验的讨论分析，培养学生的观察推理能力。2.通过“电磁熨斗”、“磁铁和铝管演示电磁阻尼”让学生体会物理学常用的假设法、对比法、控制变量法等方法和思想。科学探究通过演示实验，进一步让学生体会科学探究的步骤和方法科学态度与责任通过涡流的利用与防止，电磁阻尼和电磁驱动是安培力的不同效果，从而引导学生辩证看待问题。2.学生在体验探究实验的过程中，感悟科学思维，培养科学精神，增强科学责任感。教学重难点教学重点：涡流的概念及其应用教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实际分析教学方法1.实验演示教学法通过实验演示把理论变成实践，化无形于有形2.推理分析教学法通过演示实验的实验现象，利用假设法，对比法，控制变量法等思维方法推导物理本质3.实践调查教学法课后布置小组实践调查活动，引导学生自主查阅相关资料，调查生活中出现的涡流的利用与防止和电磁阻尼与电磁驱动实例，让学生认识到物理即生活、生活即物理的自然统一性教学过程一、情景导入1.利用自制电磁熨斗发热现象和线圈放在电磁炉面板上能够感应电流的电磁感应现象，引发思考。2.利用假设法，对比法，推理论证法，推导可能存在的情况，同时与实验现象对比验证，而后利用其他实验验证推断的正确性，演绎科学发展的过程。二、新课学习（一）电磁感应现象中的感生电场1.〔英〕麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场（inducedelectricfield）。如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，也就是说导体中产生了感应电动势。2.应用实例电子感应加速器电子感应加速器是用感生电场来加速电子的一种设备。它的基本原理如图示，上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？（二）涡流1.定义由于电磁感应，在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。如图中的虚线所示2.特点若金属电阻率很小，则涡流往往很强，产生的热量很多。3.应用（1）涡流热效应：真空冶炼炉，电磁炉。（2）真空冶炼炉原理：金属块中的涡流会产生热量。用来冶炼合金钢的真空冶炼炉（如图），炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的交变电流，炉内的金属中产生涡流。涡流产生的热量使金属熔化。利用涡流冶炼金属的优点是：整个过程可以在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金。（3）涡流的磁效应：涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。金属探测仪，安检门等4.危害：线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。5.防止（减少涡流的途径）：①电阻率小变大：增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。②大块变小片：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。（三）电磁阻尼1.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动——电磁阻尼。2.应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等.(1)、金属管演示涡流的电磁阻尼现象（演示体验，让学生思考，分组讨论）(2)、弹簧振子演示电磁阻尼现象（课后练习，提供器材让学生体验思考）（四）电磁驱动1、电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。2、应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动（课本图2.3-11）。就这样，电动机（课本图图2.3-12）把电能转化成机械能3、电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系区别：①电磁阻尼是导体相对于磁场运动;②电磁驱动是磁场相对于导体运动。联系：安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。板书涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、电磁感应现象中的感生电场二、涡流1.涡流的利用（1）真空冶炼炉（2）电磁炉（3）金属探测仪2.涡流的危害与防止（1）危害：能量损耗、烧坏设备（2）防止：大变小（大块单体变小块组合体），小变大（小电阻率材料变大电阻率材料）三、电磁阻尼四、电磁驱动教学反思涡流、电磁阻尼和电磁驱动虽然是本章的重点，但并不是难点，如果依照教材顺序按部就班地由教师演示、归纳、概括，尽管学生也能接受，但他们就有可能处于被动学习的局面，达不到应有的教学效果。本节课应试图改变这种弊端，在教学过程的总体设计上以学生为探素者，教师做引路人，按照“教师为主导，学生为主体，实验作手段，问题为线索”的构想，采