《渦流自感》教案教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)：1.了解電磁爐的結(jié)構(gòu)和原理，學(xué)會(huì)通過(guò)裝置的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)其工作原理的方法。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解渦流和自感現(xiàn)象，養(yǎng)成分析現(xiàn)象所蘊(yùn)含原理的意識(shí)。3.能舉例說(shuō)明渦流和自感現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，進(jìn)而形成關(guān)注生活環(huán)境的習(xí)慣。重點(diǎn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和理論分析，理解與渦流和自感現(xiàn)象相關(guān)的物理原理。難點(diǎn)：結(jié)合實(shí)驗(yàn)事實(shí)和理論分析，知道變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)。教學(xué)過(guò)程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動(dòng)設(shè)置意圖明確學(xué)習(xí)任務(wù)教師介紹學(xué)習(xí)內(nèi)容及特點(diǎn)：1.兩種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，渦流和自感。2.學(xué)習(xí)內(nèi)容，與生產(chǎn)生活聯(lián)系密切，還有不少有趣的實(shí)驗(yàn)。3.先簡(jiǎn)單了解大家熟悉的電磁爐。明確學(xué)習(xí)內(nèi)容屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣進(jìn)一步拉近學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容的距離初步認(rèn)識(shí)渦旋電場(chǎng)教師設(shè)計(jì)系列問(wèn)題，用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生的思考：渦旋電場(chǎng)的存在及其方向問(wèn)題1：電荷定向移動(dòng)形成電流。那么，這里推動(dòng)電荷定向移動(dòng)的力是什么力呢？問(wèn)題2：向下的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，判斷回路中感應(yīng)電流的方向問(wèn)題3：容易看出來(lái)，推動(dòng)電荷定向移動(dòng)的力不是磁場(chǎng)力。那還能是什么力呢？問(wèn)題4：結(jié)合圖片介紹英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋的理論研究和發(fā)現(xiàn)，變化的磁場(chǎng)在其周?chē)臻g激發(fā)一種旋渦狀的特殊電場(chǎng)。可以看出，這種電場(chǎng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直，與感應(yīng)電流的方向一致。渦旋電場(chǎng)的方向?yàn)槭裁匆c感應(yīng)電流的方向一致呢？問(wèn)題5：（自問(wèn)自答）根據(jù)感應(yīng)電流的方向逆推正、負(fù)兩種電荷定向運(yùn)動(dòng)方向和收到電場(chǎng)力方向，如圖所示。問(wèn)題6：歸納概括渦旋電場(chǎng)的方向。介紹應(yīng)用：科學(xué)家根據(jù)變化磁場(chǎng)激發(fā)的渦旋電場(chǎng)可以加速電子的原理，設(shè)計(jì)制造了電子感應(yīng)加速器。分解任務(wù)，降低難度，讓抽象的渦旋電場(chǎng)更具體啟發(fā)深入思考用熟悉的任務(wù)（判斷感應(yīng)電流方向）鋪墊相信學(xué)生的基礎(chǔ)，留有余地通過(guò)認(rèn)識(shí)渦旋電場(chǎng)的方向來(lái)熟悉這種特殊的電場(chǎng)“可以看出”提醒學(xué)生觀(guān)察圖片用追問(wèn)引導(dǎo)思考限于網(wǎng)課形式，不得已自問(wèn)自答。正常上課時(shí)，這是一個(gè)很好的讓學(xué)生通過(guò)充分的討論去發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)對(duì)渦旋電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)應(yīng)循序漸進(jìn)，比如渦旋電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的對(duì)比應(yīng)該在這節(jié)課后適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)完成概括前面的分析聯(lián)系實(shí)際，理解抽象模型真實(shí)可信、有用渦流及其應(yīng)用介紹渦流：變化磁場(chǎng)中的金屬塊，可以看成是一系列半徑不同的圓環(huán)嵌套、拼接而成的，每個(gè)圓環(huán)自成一個(gè)閉合回路，當(dāng)這些金屬塊處在變化的磁場(chǎng)中或相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在它們的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流，即渦電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。解釋家用電磁爐結(jié)構(gòu)和原理：家用電磁爐主要由兩部分構(gòu)成。一是結(jié)構(gòu)性外殼。二是電路系統(tǒng)，它將50Hz的低頻交流電轉(zhuǎn)換成20000Hz的高頻交流電；通電線(xiàn)圈的磁場(chǎng)，將鐵鍋磁化的同時(shí)，變化磁場(chǎng)激發(fā)的渦旋電場(chǎng)，主要在鐵鍋的鍋底形成渦流，渦流直接加熱鐵鍋，再通過(guò)鐵鍋傳熱給食物，這就是電磁爐的加熱原理。進(jìn)一步了解渦流在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：高頻電磁感應(yīng)爐也用到渦流，而且直接加熱金屬材料，加熱效率高、速度快，節(jié)能環(huán)保。問(wèn)題討論：在不改變金屬塊的前提下，你有哪些方法增大金屬塊里的渦流呢？說(shuō)明：特意回避了渦流的防止，原因是給學(xué)生自主思考和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和空間。通過(guò)老師的介紹，學(xué)生領(lǐng)悟靈活選取研究對(duì)象的方法，同時(shí)了解渦旋電場(chǎng)的廣泛應(yīng)用通過(guò)老師的介紹，學(xué)生領(lǐng)悟先了解結(jié)構(gòu)后探索原理的方法通過(guò)老師的多次示范，學(xué)生嘗試主動(dòng)解決問(wèn)題學(xué)生對(duì)比家用電磁爐和高頻電磁感應(yīng)爐加熱方式的異同逐步過(guò)渡到學(xué)生自主解決問(wèn)題也為變壓器的教學(xué)帶來(lái)一些不一樣的思考電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)（阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)）介紹金屬塊相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流。問(wèn)題1：如圖所示，鋁板進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí)，鋁板內(nèi)感應(yīng)電流的方向？受磁場(chǎng)力的方向？概括1：渦流受磁場(chǎng)力的作用效果實(shí)驗(yàn)視頻1：將鋁板掛在固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，釋放后，鋁板來(lái)回?cái)[動(dòng)。閉合開(kāi)關(guān)，通電線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，正如剛才分析的情況，鋁板里產(chǎn)生的渦流在磁場(chǎng)力的作用下，阻尼效果明顯，鋁板很快停止擺動(dòng)。應(yīng)用1：磁電式電表通電后，指針能夠迅速地穩(wěn)定在相應(yīng)的新位置上，就是利用了這種阻尼作用。問(wèn)題2：渦流受到的磁場(chǎng)力能讓運(yùn)動(dòng)的物體停下來(lái)，能不能讓靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)呢？實(shí)驗(yàn)視頻2：我們一起來(lái)看實(shí)驗(yàn)視頻：輕彈簧下端，靠磁力吸住了一組強(qiáng)磁鐵。手拿鋁環(huán)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，原來(lái)靜止的磁鐵跟隨鋁環(huán)運(yùn)動(dòng)起來(lái)；鋁環(huán)靜止后，磁鐵也很快停了下來(lái)。概括2：鋁環(huán)內(nèi)渦流與磁鐵見(jiàn)的相互作用力阻礙二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)！實(shí)驗(yàn)視頻3：磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框里的感應(yīng)電流受到磁場(chǎng)力，讓鋁框跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，鋁框的轉(zhuǎn)動(dòng)先減慢，接著反向加速，緊追磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)，也是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)。應(yīng)用2：大家可以課后進(jìn)一步了解電磁驅(qū)動(dòng)在電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用，其中三相交流電產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)起了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。還是渦流的應(yīng)用，分立出來(lái)作為一個(gè)環(huán)節(jié)，從內(nèi)容上考慮這里的渦流源自相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從教學(xué)活動(dòng)上考慮，學(xué)生差不多能夠自主解決實(shí)驗(yàn)證實(shí)理論分析的結(jié)果，同時(shí)留存直觀(guān)記憶有興趣的同學(xué)可以自主學(xué)習(xí)借問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)強(qiáng)調(diào)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的含義，同時(shí)留存阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的直觀(guān)記憶！不斷提煉，不斷升華留存更豐富直觀(guān)記憶的同時(shí)，也期待自主生成一些問(wèn)題更深入的學(xué)習(xí)，靠積極思考，靠自主學(xué)習(xí)自感原理分類(lèi)：前面我們研究的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，有一個(gè)共同點(diǎn)，提供磁場(chǎng)的通電線(xiàn)圈和產(chǎn)生感應(yīng)電流的線(xiàn)圈是兩個(gè)不同的線(xiàn)圈，它們借助渦旋電場(chǎng)的感應(yīng)是相互的！應(yīng)用：通過(guò)互感可以使能量在線(xiàn)圈間傳遞，手機(jī)的無(wú)線(xiàn)充電就是這個(gè)原理。問(wèn)題：變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)對(duì)場(chǎng)源線(xiàn)圈自身是不是也應(yīng)該有影響呢？這就是下面我們要研究的自感現(xiàn)象。分析自感原理：如圖，閉合開(kāi)關(guān)，線(xiàn)圈里的電流從無(wú)到有，發(fā)生變化，磁場(chǎng)也同步變化，在渦旋電場(chǎng)的作用下，線(xiàn)圈里會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可以用楞次定律判斷，與線(xiàn)圈中電流反向，阻礙電流的增加。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算，線(xiàn)圈里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率成正比；磁通量等于磁感強(qiáng)度與垂直面積的乘積，其中面積沒(méi)有改變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁感強(qiáng)度的變化率成正比；磁感強(qiáng)度與線(xiàn)圈中的電流成正比，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流的變化率成正比。明確自感特點(diǎn)：可以看出，這里提供磁場(chǎng)的線(xiàn)圈和產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線(xiàn)圈是同一線(xiàn)圈，所以這個(gè)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)，與電流的變化快慢成正比，比例系數(shù)叫做自感系數(shù)。討論：增大自感系數(shù)的方法有？增加線(xiàn)圈的匝數(shù)或截面積；增加k值的方法之一，是插入鐵芯，會(huì)大幅度增加k值。自感系數(shù)的單位是亨利，簡(jiǎn)稱(chēng)亨。還有毫亨和微亨。同理，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，線(xiàn)圈里的電流變化，也有自感電動(dòng)勢(shì)，方向與線(xiàn)圈中原來(lái)電流方向相同，大小與閉合開(kāi)關(guān)時(shí)計(jì)算方法一樣。找異同，明特征，是分類(lèi)的基礎(chǔ)應(yīng)用是最好的實(shí)證突出渦旋電場(chǎng)的機(jī)理本質(zhì)，同時(shí)自然過(guò)渡。先從一般電磁感應(yīng)的角度去熟悉，還是用楞次定律確定方向，還是用法拉第電磁感應(yīng)定律確定大小再?gòu)?qiáng)調(diào)自感的特征，是從一般到特殊的思路。討論增大自感系數(shù)的方法，特別有助于學(xué)生理解自感系數(shù)增大k值得另外一個(gè)方法是增加單位長(zhǎng)度內(nèi)的線(xiàn)圈匝數(shù)，可以根據(jù)學(xué)生情況選擇介紹自感現(xiàn)象通電自感：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：為便于對(duì)比觀(guān)察，設(shè)計(jì)如圖所示的電路，燈泡A1與帶鐵芯的線(xiàn)圈串聯(lián)，燈泡A2與可變電阻串聯(lián)，實(shí)驗(yàn)前先閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得電路穩(wěn)定時(shí)，兩盞燈的亮度幾乎一樣。然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，完成準(zhǔn)備工作。理論分析：實(shí)驗(yàn)時(shí)再閉合開(kāi)關(guān)。容易理解，與可變電阻串聯(lián)的燈泡A2會(huì)立即亮起來(lái)；但是線(xiàn)圈中電流從無(wú)到有瞬間增大，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也相應(yīng)增大，根據(jù)前面的分析，線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線(xiàn)圈中的電流方向相反，阻礙線(xiàn)圈中的電流增大，與線(xiàn)圈串聯(lián)的燈泡A1亮起來(lái)會(huì)明顯晚一點(diǎn)。電流的增大會(huì)變慢，最終穩(wěn)定下來(lái)，不再增大。圖像描述：可以定性畫(huà)出兩盞燈的電流變化情況。實(shí)驗(yàn)觀(guān)察：注意閉合開(kāi)關(guān)時(shí)兩盞燈的亮度變化?？梢钥吹?，與可變電阻串聯(lián)的燈的確立即亮起來(lái)，與線(xiàn)圈串聯(lián)的燈亮起來(lái)的確明顯要晚一點(diǎn)。放大畫(huà)面，再觀(guān)察一遍…你看清楚了嗎？關(guān)掉照明燈…大家是不是看到了，與線(xiàn)圈串聯(lián)的燈亮起來(lái)總是要晚一點(diǎn)。斷電自感：理論分析：如圖，特意選用自感系數(shù)大一些，直流電阻小一些的線(xiàn)圈，閉合開(kāi)關(guān)，待電路穩(wěn)定后，通過(guò)線(xiàn)圈的電流會(huì)明顯大一些。再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，線(xiàn)圈只能與燈泡構(gòu)成回路，燈泡原來(lái)的電流立即消失的同時(shí)，就換成了線(xiàn)圈的大電流。斷電時(shí)的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小，隨著線(xiàn)圈中的磁場(chǎng)能釋放完畢，這份電流也會(huì)同時(shí)消失。燈泡的亮度變化情況就應(yīng)該是：突然閃亮之后很快熄滅。圖像描述：選取向右的方向?yàn)檎?，可以定性地?huà)出線(xiàn)圈和燈泡中電流的變化情況。實(shí)驗(yàn)觀(guān)察：實(shí)際情況會(huì)怎樣呢？實(shí)驗(yàn)電路如圖，先閉合開(kāi)關(guān)，與燈泡并聯(lián)的發(fā)光二極管，由于正負(fù)極反接，沒(méi)有發(fā)光。穩(wěn)定后再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，注意燈的亮度變化情況。哇！斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，燈泡明顯閃亮了一下！放大畫(huà)面，再觀(guān)察一遍…你看清楚了嗎？關(guān)掉照明燈…你看清楚了嗎？與燈泡并聯(lián)的發(fā)光二極管一起閃亮！現(xiàn)在是不是可以理解，選用直流電阻很小的線(xiàn)圈的目的？對(duì)啦，就是為了斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，流過(guò)燈泡的電流換成了線(xiàn)圈的大電流，這就是能看到燈泡閃亮的關(guān)鍵?。?！顯然，能量來(lái)自于線(xiàn)圈儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能。反接的發(fā)光二極管呢？通電時(shí)不亮，斷電時(shí)與燈泡一起閃亮，說(shuō)明…明確自感現(xiàn)象與能明顯觀(guān)察到的自感現(xiàn)象的區(qū)別特意用發(fā)光二極管替換小燈泡，目的是盡量避免普通燈泡燈絲受溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響分析觀(guān)察通電自感的電路，激活對(duì)自感的認(rèn)識(shí)既抽象又直觀(guān)的呈現(xiàn)方式，呈現(xiàn)完整過(guò)程分別設(shè)計(jì)三個(gè)層次的觀(guān)察：常規(guī)觀(guān)察、放大觀(guān)察和暗室觀(guān)察，變換方式重復(fù)，是不是很有效！分析觀(guān)察通電自感的電路，繼續(xù)深化對(duì)自感的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)電路特意選擇自感系數(shù)大、直流電阻小的線(xiàn)圈想一想反接發(fā)光二極管的目的？既抽象又直觀(guān)的呈現(xiàn)方式，呈現(xiàn)完整過(guò)程仍然設(shè)計(jì)三個(gè)層次的觀(guān)察：常規(guī)觀(guān)察、放大觀(guān)察和暗室觀(guān)察，變換方式重復(fù)，是不是很值得！揭開(kāi)謎底！正常教學(xué)時(shí)和學(xué)生一起揭開(kāi)謎底，應(yīng)該很有意思有關(guān)自感的實(shí)際應(yīng)用利用自感工作：（1）日光燈：結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：燈管、啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器工作過(guò)程：閉合開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)器輝光放電發(fā)熱、動(dòng)觸片接通靜觸片、燈絲發(fā)射電子、動(dòng)觸片冷卻離開(kāi)靜觸片、鎮(zhèn)流器斷電自感產(chǎn)生高壓、加速電子、與管內(nèi)稀薄氣體作用最終產(chǎn)生紫外線(xiàn)、熒光效應(yīng)燈亮了、鎮(zhèn)流器自感分壓、啟動(dòng)器不再放電、燈保持正常發(fā)光。（2）延時(shí)繼電器：銜鐵D在彈簧彈力、電磁鐵吸引力和自重的共同作用下上抬或下壓，通過(guò)觸頭C控制下一級(jí)工作電路的通斷。閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，A線(xiàn)圈提供迅速增強(qiáng)的磁場(chǎng)激發(fā)渦旋電場(chǎng)，通過(guò)A的自感和B的互感一起阻礙磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而延緩觸頭C接通工作電路；穩(wěn)定后，很明顯，B線(xiàn)圈里沒(méi)有電流；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，A線(xiàn)圈里的電流消失，變化磁場(chǎng)在B線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，之后通過(guò)B的自感延緩工作電路的斷開(kāi)。選擇合適的線(xiàn)圈，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制需要的延時(shí)