人教版(新教材)高中物理选择性必修2教学设计1：2 3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动教案

人教版（新教材）高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1第二章电磁感应第3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，而旦还掌握了感应电动勢的大小与什么因素有关。即已经学会对自感现象的分析，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。〖教学目标〗1．了解涡流的产生过程。2．了解涡流现象的利用和危害。3．通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用。4．了解电磁阻尼、电磁驱动。〖教学重难点〗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际分析教学难点：电磁阻尼和电磁驱动的实际分析〖教学过程〗1.情景导入在电磁的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上放置铁锅，铁锅就会发热，你知道这是为什么吗？2、新课学习一、电磁感应现象中的感生电场（一）、理论探究感生电动势的产生电流是怎样产生的？→自由电荷为什么会运动？→猜想：使电荷运动的力可能是洛伦兹力、静电力、或者是其它力→使电荷运动的力难道是变化的磁场对其施加的力吗？（二）〔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。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。上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？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。上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。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增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。②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)为什么用铝框做线圈骨架？(2)、微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？(3)、金属管演示涡流的电磁阻尼现象（播放视频，让学生思考，分组讨论）(4)、弹簧振子演示电磁阻尼现象（播放视频，让学生思考，分组讨论）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（图2.3-11）。就这样，电动机（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。训练提升1．下列关于涡流的说法正确的是（）A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流〖答案〗A〖解析〗涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，选项A正确，选项B错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，选项C错误；硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，选项D错误。2．关于电磁驱动，下列说法正确的是（）A．磁场相对于导体转动时，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，安培力使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动B．在电磁驱动的过程中，通过安培力做功使电能转化为导体的机械能C．在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相反D．电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力的作用而运动〖答案〗ABD〖解析〗根据电磁驱动的定义可知，选项A、B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相同，且被动部分的速度(或角速度)较小，选项C错误。3．关于电磁阻尼，下列说法正确的是（）A．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运动的现象称为电磁阻尼B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数C．电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律〖答案〗ABC〖解析〗根据电磁阻尼的定义知，选项A、B、C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象，分析时不仅遵循楞次定律，同样也遵循法拉第电磁感应定律，选项D错误。4．甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度为B且大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是（）A．甲环先停 B．乙环先停C．两环同时停下 D．无法判断两环停止的先后顺序〖答案〗B〖解析〗乙环产生感应电流，机械能不断转化为内能，而甲环不产生感应电流，故乙环先停下来，选项B正确。〖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