《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動》教案教材分析渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在實際中有許多應(yīng)用。渦流和自感現(xiàn)象以及許多現(xiàn)象一樣，都有利弊兩個方面。教學(xué)中應(yīng)充分應(yīng)用這些實例，培養(yǎng)學(xué)生全面認(rèn)識和對待事物的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路的基本常識以及電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律，學(xué)會判斷回路是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，而旦還掌握了感應(yīng)電動勢的大小與什么因素有關(guān)。即已經(jīng)學(xué)會對自感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒有渦流這個概念而已，也沒有意識到渦流現(xiàn)象，線圏本身也會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)中對渦流現(xiàn)象的解釋以及分析是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念：知道渦流對我們有不利和有利兩個方面的影響，以及如何利用的防止。科學(xué)思維：通過學(xué)生的討論和舊知識分析新問題弄清渦流產(chǎn)生的原因以及渦流的特點?？茖W(xué)探究：通過魔術(shù)實驗探究，知道什么是電磁阻尼和電磁驅(qū)動現(xiàn)象，并能分析二者的不同點和相同點，以及實質(zhì)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過理論與實際的相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其用理論知識解決實際問題的能力。教學(xué)重難點1、教學(xué)重點：（1）渦流的概念及其應(yīng)用（2）電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實際分析2、教學(xué)難點：電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實際分析教學(xué)過程引題：展示圖片，并提出問題：這兩種灶給鍋加熱的原理是什么？（熱傳遞）再展示電磁爐的圖片，提出問題：電磁爐的加熱原理是什么？是熱傳遞嗎？【探究體驗】電磁爐加熱原理探究探究活動1：開啟電磁爐一會，觸摸電磁爐的爐面和鍋，有什么感受？用勺子靠近電磁爐中間位置但不要接觸，過一會觸摸勺子和爐面有什么感受？（不是熱傳遞）探究活動2：開啟電磁爐，將帶燈泡的線圈放到電磁爐面上（由邊上慢慢往中間移動）觀察現(xiàn)象，將線圈拿起靠近電磁爐觀察現(xiàn)象，轉(zhuǎn)動線圈方位，觀察現(xiàn)象問題引導(dǎo)：電燈泡線圈接電源了嗎？燈泡為什么能亮，線圈中電流是怎么形成的？（感應(yīng)電流）產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？這產(chǎn)生感應(yīng)電流是感生？還是動生？磁場從哪來？是變化的還是恒定的？磁場的方向如何？為什么？若是這樣，想一想電磁爐內(nèi)部有個什么裝置？探究活動3：打開電磁爐看一下它的廬山真面貌，看里面是否有一個線圈【思考】：結(jié)合探究活動一，思考電磁爐的加熱原理是什么?在哪里產(chǎn)生了感應(yīng)電流？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)就可以解釋以上現(xiàn)象2、新課進(jìn)行一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場（一）、理論探究感生電動勢的產(chǎn)生電流是怎樣產(chǎn)生的？→自由電荷為什么會運動？→猜想：使電荷運動的力可能是洛倫茲力、靜電力、或者是其它力→使電荷運動的力難道是變化的磁場對其施加的力嗎？（二）〔英〕麥克斯韋認(rèn)為：磁場變化時會在空間激發(fā)一種電場。這種電場與靜電場不同，它不是由電荷產(chǎn)生的，我們把它叫作感生電場（inducedelectricfield）。如果此刻空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是說導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。應(yīng)用實例---電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是用感生電場來加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運動。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。上圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時針方向運動。當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？電子感應(yīng)加速器是用感生電場來加速電子的一種設(shè)備。它的基本原理如圖示，上下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運動。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。上圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時針方向運動。當(dāng)電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時，電流的大小應(yīng)該怎樣變化才能使電子加速？二、渦流1.定義由于電磁感應(yīng)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中旋渦樣的感應(yīng)電流。如圖中的虛線所示2.特點若金屬電阻率很小，則渦流往往很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量很多。3.應(yīng)用（1）渦流熱效應(yīng)：真空冶煉爐，電磁爐。（2）真空冶煉爐原理：金屬塊中的渦流會產(chǎn)生熱量。用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐（如圖），爐外有線圈，線圈中通入迅速變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點是，整個過程可以在真空中進(jìn)行，能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。（3）.渦流的磁效應(yīng)：渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。4、危害：線圈中流過變化的電流,在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱,浪費了能量,還可能損壞電器。5、防止（減少渦流的途徑）：①增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。②用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。例.如圖所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(C)A．恒定直流、小鐵鍋B．恒定直流、玻璃杯C．變化的電流、小鐵鍋 D．變化的電流、玻璃杯三、電磁阻尼1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動——電磁阻尼。2.應(yīng)用:磁電式儀表、電氣機(jī)車的電磁制動、阻尼擺等.(1)為什么用鋁框做線圈骨架？(2)、微安表的表頭在運輸時為何應(yīng)該把兩個接線柱連在一起？(3)、金屬管演示渦流的電磁阻尼現(xiàn)象（播放視頻，讓學(xué)生思考，分組討論）(4)、彈簧振子演示電磁阻尼現(xiàn)象（播放視頻，讓學(xué)生思考，分組討論）例.如圖所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO'轉(zhuǎn)動，且假設(shè)摩擦等阻力不計，轉(zhuǎn)動是勻速的?，F(xiàn)把一個蹄形磁鐵移近銅盤，則(A)A．銅盤轉(zhuǎn)動將變慢B．銅盤轉(zhuǎn)動將變快C．銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動D．銅盤轉(zhuǎn)動速度是否變化，要根據(jù)磁鐵的上、下兩端的極性來決定四、電磁驅(qū)動1、電磁驅(qū)動：當(dāng)磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用而運動起來的現(xiàn)象。線圈轉(zhuǎn)動與磁鐵同向，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵，即同向異步。2、應(yīng)用：感應(yīng)電動機(jī)、電能表、汽車上用的電磁式速度表等。交流感應(yīng)電動機(jī)就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。配置的三個線圈連接到三相電源上，就能產(chǎn)生類似上面演示實驗中的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場中的導(dǎo)線框也就隨著轉(zhuǎn)動（圖2.3-11）。就這樣，電動機(jī)（圖2.3-12）把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能3、電磁阻尼與電磁驅(qū)動的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別：①電磁阻尼是導(dǎo)體相對于磁場運動;②電磁驅(qū)動是磁場相對于導(dǎo)體運動。聯(lián)系：安培力的作用都是阻礙它們間的相對運動。課堂練習(xí)：1、下列哪些措施是為了防止渦流的危害（）A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層2．高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫融化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，下列措施不可采用是（A）A．減小焊接縫的接觸電阻B．增大焊接縫的接觸電阻C．增大交變電流的電壓D．增大交變電流的頻率3．下列關(guān)于教材中四幅插圖的說法正確的是（C）A．圖甲中，當(dāng)手搖動柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動，則鋁框會反向轉(zhuǎn)動，且跟磁體轉(zhuǎn)動的一樣快B．圖乙是真空冶煉爐，當(dāng)爐外線圈通入高頻交流電時，線圈中產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬C．丙是回旋加速器的示意圖，當(dāng)增大交流電壓時，粒子獲得的最大動能不變，所需時間變短D．圖丁是微安表的表頭，在運輸時要把兩個正、負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，這是為了保護(hù)電表指針，利用了電磁驅(qū)動原理【作業(yè)】：課后思考研究題目：請同學(xué)以小組為單位，通過查閱資料，小組討論研究完成下面的題目：1.為什么電磁爐一定要用鐵磁質(zhì)的平底鍋，能用其它鍋嗎？（比如鋁鍋、銅鍋）2.既然鍋底渦流很大，做飯時會觸電嗎？為什么？3.新型武器電磁炮的原理、發(fā)展形式是什么？教學(xué)反思渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動雖然是本章的重點，但并不是難點，如果依照教材順序按部就班地由教師演示、歸納、概括，盡管學(xué)生也能接受，但他們就有可能處于被動學(xué)習(xí)的局面，達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果。本節(jié)課應(yīng)試圖改變這種弊端，在教學(xué)過程的總體設(shè)計上以學(xué)生為探素者，教師做引路人，按照“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，實驗作手段，問題為線索”的構(gòu)想，采用情景引導(dǎo)教法來進(jìn)行教學(xué)。教師在教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)中不斷地為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)置懸念，適時點按。當(dāng)探索多次失敗時，啟迪學(xué)生要持之以恒；當(dāng)探索成功時，則應(yīng)簡明扼要地概括研究問題的思路，把學(xué)生從純知識的學(xué)習(xí)導(dǎo)向知識、能力、思想的全面發(fā)展對學(xué)生發(fā)表的各種意見要給予充分的肯定，以便進(jìn)一步激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。課后篇素養(yǎng)形成必備知識基礎(chǔ)練1.下列說法中正確的是()A.感生電場由變化的磁場產(chǎn)生B.恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場C.感生電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手定則來判定D.感生電場的電場線是閉合曲線,其方向一定是沿逆時針方向解析磁場變化時在空間激發(fā)感生電場,其方向與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同,只能由楞次定律判斷,A項正確。答案A2.(多選)在空間某處存在一變化的磁場,則下列說法中正確的是()A.在磁場中放一閉合線圈,線圈中一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流B.在磁場中放一閉合線圈,線圈中不一定產(chǎn)生感應(yīng)電流C.在磁場中不放閉合線圈,在變化的磁場周圍一定不會產(chǎn)生電場D.在磁場中不放閉合線圈,在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生電場解析根據(jù)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件,只有穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中才產(chǎn)生感應(yīng)電流,A錯誤,B正確;變化的磁場產(chǎn)生感生電場,與是否存在閉合線圈無關(guān),C錯誤,D正確。答案BD3.(多選)如圖所示,閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時間變化而變化。下列說法中正確的是()A.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時,線框中的感應(yīng)電流可能減小B.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時,線框中的感應(yīng)電流一定增大C.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時,線框中的感應(yīng)電流一定增大D.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時,線框中的感應(yīng)電流可能不變解析線框中的感應(yīng)電動勢為E=ΔBΔtS,設(shè)線框的電阻為R,則線框中的電流I=ER=ΔBSΔtR,因為B增大或減小時,Δ答案AD4.(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊加而成的,而不是采用一整塊硅鋼,這是為了()A.增大渦流B.減小渦流C.產(chǎn)生更多的熱量D.減小發(fā)熱量解析渦流能使導(dǎo)體發(fā)熱。變壓器的鐵芯是相互絕緣的硅鋼片疊加而成的,從而降低渦流強(qiáng)度,減少能量損耗,提高變壓器的效率。答案BD5.(2020全國Ⅱ卷)管道高頻焊機(jī)可以對由鋼板卷成的圓管的接縫實施焊接。焊機(jī)的原理如圖所示,圓管通過一個接有高頻交流電源的線圈,線圈所產(chǎn)生的交變磁場使圓管中產(chǎn)生交變電流,電流產(chǎn)生的熱量使接縫處的材料熔化將其焊接。焊接過程中所利用的電磁學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者為()A.庫侖 B.霍爾C.洛倫茲 D.法拉第解析線圈中的高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場,鋼管處于交變磁場中,由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生交變電流,交變電流通過接縫處,接縫處電阻很大,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt知,接縫處會產(chǎn)生大量的熱量,熔化材料。此焊接過程利用的電磁學(xué)規(guī)律是電磁感應(yīng),電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者是法拉第,A、B、C錯誤,D正確。答案D6.(多選)如圖所示,磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架,把線圈繞在鋁框上,這樣做的目的是()A.使線圈偏轉(zhuǎn)角度更大B.使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來C.起電磁阻尼的作用D.起電磁驅(qū)動的作用解析線圈通電后,在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動,鋁框隨之轉(zhuǎn)動,并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,阻礙線圈的轉(zhuǎn)動,使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來,這樣做是起電磁阻尼的作用。答案BC7.(多選)位于光滑水平面上的小車上放置一螺線管,一個比螺線管長但比螺線管細(xì)的條形磁鐵沿著螺線管的軸線以初速度v水平穿過,如圖所示,在此過程中()A.磁鐵做勻速直線運動 B.磁鐵做減速運動C.小車向右做加速運動 D.小車先加速后減速解析磁鐵水平穿入螺線管時,管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,由楞次定律知該電流產(chǎn)生的磁場的作用力阻礙磁鐵的運動。同理,磁鐵穿出時該電流產(chǎn)生的磁場的作用力也阻礙磁鐵的運動,故整個過程中,磁鐵做減速運動,B項正確。而對于小車上的螺線管來說,在此過程中螺線管受到的安培力都是水平向右,這個安培力使小車向右運動,且一直做加速運動,C項正確。答案BC8.磁電式電流表在運輸時往往把正負(fù)接線柱短接,想一想,這樣做有什么道理?解析電流表正負(fù)接線柱短接后與線圈組成閉合電路,由于指針和線圈是固定在一起的,所以指針擺動時會帶動線圈在磁場中做切割磁感線運動,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,而感應(yīng)電流會產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的效果,從而有效減輕了指針的擺動。答案見解析關(guān)鍵能力提升練9.英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場。如圖所示,一個半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場B,環(huán)上套一電荷量為+q的小球。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運動一周,則感生電場對小球的作用力所做功的大小是()A.0 B.12r2qkC.2πr2qk D.πr2qk解析變化的磁場產(chǎn)生的感生電動勢為E=ΔBΔtπr2=kπr2,小球在環(huán)上運動一周感生電場對其所做的功W=qE=πr2qk,D項正確,A、B答案D10.如圖所示,條形磁鐵從高h(yuǎn)處自由下落,中途穿過一個固定的空心線圈。開關(guān)S斷開,條形磁鐵從開始下落至落地用時t1,落地時速度為v1;S閉合,條形磁鐵從開始下落至落地用時t2,落地時速度為v2,則它們的大小關(guān)系正確的是()A.t1>t2,v1>v2 B.t1=t2,v1=v2C.t1<t2,v1<v2 D.t1<t2,v1>v2解析開關(guān)S斷開時,線圈中無感應(yīng)電流,對條形磁鐵無阻礙作用,條形磁鐵自由下落,故a=g;當(dāng)開關(guān)S閉合時,線圈中有感應(yīng)電流,對條形磁鐵有阻礙作用,故a<g,所以t1<t2,v1>v2,選項D正確。答案D11.如圖所示,矩形線圈放置在水平薄木板上,有兩塊相同的蹄形磁鐵,四個磁極之間的距離兩兩相等,當(dāng)兩塊蹄形磁鐵勻速向右運動時,線圈仍靜止不動,那么線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.一直向左解析當(dāng)兩蹄形磁鐵靠近線圈時,線圈要阻礙其靠近,線圈