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視頻標簽：渦流,電磁阻尼,電磁驅動
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：人教版高中二年級物理選修3－2第四章第七節《渦流，電磁阻尼，電磁驅動》天津市 - 津南區
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人教版高中二年級物理選修3－2第四章第七節《渦流，電磁阻尼，電磁驅動》天津市 - 津南區
教學目標
1.知識與技能
(1)了解渦流是怎樣產生的;
(2)了解渦流現象的利用和危害;
(3)通過對渦流實例分析,了解渦流在生產和生活中的應用;
(4)了解電磁阻尼和電磁驅動。
2.過程與方法
物理是以實驗為基礎的科學,實驗在培養學生能力方面具有不可替代的作用。本節課注重實驗及知識在生產生活中的實際應用,在演示實驗、分組實驗過程中培養學生的觀察、分析及表述能力。
3.情感、態度與價值觀
培養學生用辨證唯物主義的觀點認識問題,例如渦流的利用和防止,以及電磁阻尼與電磁驅動中安培力的作用分析,使學生認識到不能片面看問題。
2學情分析
高二理科學生已經學習了牛頓力學和大部分電磁學知識,對物理現象的觀察、判斷和分析的能力已經具備,加之學生已經全面掌握電磁感應現象和電磁感應定律,對渦流現象的認識是比較容易的。本節課利用自制教具,展示幾個有趣的實驗,學生可以通過實驗想象的觀察和分析,能自然而然的進入到物理情景當中,順利掌握本節課的內容。并能結合實例分析問題和理解問題,擴大知識面。達到掌握知識,提高能力的學習目的。
3重點難點
教學重點:
(1)渦流的概念及其應用。(2)電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。
教學難點:
電磁阻尼和電磁驅動的實例分析。
4教學過程
4.1第一學時
4.1.1教學活動
活動1【講授】導入新課
春暖花開的季節是溫暖的,也是干燥的,上課前先給大家送點兒濕潤。我帶來了一個電磁爐,我們用一個塑料盆加熱點水,讓水產生蒸氣。大家一起享受一下溫潤。
這個電磁爐的功率很大,我相信用不了多大的功夫水就會被加熱。怎么水還不熱呢,這是怎么回事?
學生:塑料盆不行,得用金屬鍋。
我沒有準備金屬鍋,但是我這有一個金屬飯盒,我們用它可不可以把水燒開呢?可以。
還是這個塑料盆,為了證明讓水加熱的是金屬飯盒,我把金屬飯盒放入塑料盆,我們看看水能不能被加熱。
教師演示,塑料盆燒水。
問:為什么把金屬飯盒放入水盆中,水就可以被加熱呢?讓水加熱的是金屬飯盒呢還是電磁爐呢?那它的工作原理又是什么呢?
今天我們就來學習:渦流 電磁阻尼和電磁驅動
設計意圖:電磁爐是學生即熟悉有陌生的生活用品,熟悉是因為電磁爐走進了我們的生活,陌生是因為學生缺乏必要的生活常識。從電磁爐燒水的工具用實驗的方式呈現給學生,能較好的調動學生學習的興趣,激發學生的求知欲。
活動2【活動】問題引領，合作探究
探究活動一:
師問:為什么電磁爐能使金屬飯盒發熱呢?
生答:電磁爐產生變化的磁場,在飯盒中產生感應電流。
師:在剛才這位同學的回答中有一個要點就是感應電流,我們來看一下電磁爐的內部結構。(幻燈片圖片展示電磁爐內部結構。)電磁爐內部的核心器件就是一組線圈,當線圈中通入變化的電流時,周圍就會產生變化的磁場。在金屬飯盒中產生感應電流,電流具有熱效應,就會把水加熱。
師:那么剛才在金屬飯盒中產生的感應電流大概是什么樣的形狀呢?大家可以猜想一下?
生:像水渦一樣一圈一圈的。
師:是這樣嗎?我們通過下面這個實驗來驗證一下同學的猜想是否正確。我這有一個線圈,它與一個發光二極管相連。把電磁爐打開,把發光二極管靠近電磁爐,同學們看到什么現象。
生:燈亮了。
師:說明線圈中已經有電流了,我這兒還有小一點的線圈,依次靠近電磁爐。我們發現二極管都亮了。說明每一圈里都有環形電流。如果我有無數個這樣的圓環,連在一起是不是就是那個飯盒的盆底了。這個實驗證明了,金屬飯盒中形成的電流就像剛才這位同學描述的那樣,一圈一圈的像水中的漩渦一樣。因此我們把這樣的電流稱為渦電流,簡稱渦流。
設計意圖:通過發光二極管的小實驗讓學生直觀感受渦流的存在,從中給出渦流的定義。這個環節可以將抽象的渦流形象直觀的展示給學生,讓學生感受深刻記憶猶新。
活動3【活動】問題引領，合作探究
探究活動二;
師問:在剛才電磁爐加熱水的過程中,如果我們讓電磁爐一直持續工作,等水燒干后,還繼續工作,會發生什么現象呢?
生答:塑料盆化了。
師問:如果把塑料盆換成比金屬飯盒融點還高的器材,又會發生什么現象呢?
生答:金屬飯盒化了。
師:在工業生產上恰好運用這樣的原理冶煉金屬。這是金屬冶煉爐的示意圖,它的形狀就像一口鍋。周圍纏繞線圈,線圈通有高頻交流電,變化的電流產生變化的磁場,在金屬中產生渦流,使金屬融化。
師問:在剛才冶煉金屬的過程中,如果金屬是片狀的,要想在最短的時間內讓它融化,大家想一想,對這個金屬片擺放的放置方式有什么要求嗎?比如說是水平擺放還是豎直擺放呢?
生:應該是水平擺放。
師:我這有兩組完全相同的金屬,中間用木頭隔開。這個電磁爐的原理和金屬冶煉爐的原理相同,把一組金屬片水平放置,把另一組金屬片豎直放置。打開電磁爐,我們看看那組金屬片產生的熱量更多。我們在金屬片上滴幾滴水,檢驗一下。
師問:我們看到水平的金屬片產生的熱量更多一些。原因是什么呢?為什么兩組相同的金屬片產生的熱量差別如此之大呢?
生:因為渦流的大小不同。
師問:哪組更大呢
生:水平放置。
師:當磁感應強度變化率相同時,根據法拉第電磁感應定律,面積越大產生的感應電動勢越大,面積越小產生的感應電動勢越小。
師問:金屬片產生的熱量,除了與擺放方式有關還與金屬片的哪些因素有關呢。
生:與電阻有關。電阻越大,熱量越小。
師:如果像冶煉金屬那樣,需要產生的熱量多一些,那么金屬塊與電磁爐或線圈平行放置。如果需要產生的熱量少一些,那么金屬塊與電磁爐或線圈垂直放置。當然并不是所有情況產生的熱量越多越好,有時就要減小渦流,防止其帶來的危害,比如說電動機、變壓器,他們的線圈都是繞在鐵芯上的,輸入變化的電流時,由于電磁感應在鐵芯內產生渦流,渦流產生熱量。不僅浪費了能量,還可能損壞電器。這個線圈就繞在了鐵芯上,要想減少鐵芯當中產生的渦流。應該怎么辦?
生:增大電阻。減少面積。
師:把它切成豎直薄片,類似這樣豎直放置的金屬塊。一般我們減少渦流可以采用這樣兩種方法:其一增大材料的電阻率,一般采用硅鋼材料。其二用互相絕緣的硅鋼片疊成鐵芯。問這些硅鋼為什么要絕緣,放一塊不行嗎?
生:如果不絕緣不就是一塊了嗎。
設計意圖:通過實驗分析影響渦流的熱效應的因素,結合前面學到的法拉第電磁感應定律,易于學生理解和接受。
活動4【活動】問題引領，合作探究
師:渦流的作用不僅是用來產生熱量,下面我們來體驗渦流的另一種神奇的作用。
教師展示金屬探測器的使用。
師:這個法寶就叫金屬探測器,在飛機場、火車站、地鐵都是利用它進行安檢,這個探測器的核心是一個線圈,當線圈靠近金屬時,在金屬中產生渦流,渦流的磁場反過來影響線圈,從而使檢測器發出聲音。我們教材中還列舉出了安檢門和探雷器的實例。他們的工作原理和這個金屬探測器的工作原理大致相同。實際上渦流在我們的生活中有很多應用,同學們日后要多觀察所思考。
通過剛才的學習,我們知道,在變化的磁場中任何導體都會被感應出渦流,而渦流的本質就是感應電流。
設計意圖:安排小游戲,用金屬探測器找到學生隱藏在身體上的戒指,可以激發學生學習興趣,活躍課堂氣氛,同時也可以讓學生體會渦流的磁效應,感受物理帶給現代社會的變化。
活動5【活動】問題引領，合作探究
實驗:電磁驅動
用手撥動磁鐵,使磁鐵轉動起來,易拉罐也隨之轉動起來,而且方向與磁體轉動方向相同。
問:為什么易拉罐會隨著磁鐵轉動起來。
生:磁鐵轉動產生變化的磁場,變化的磁場在易拉罐中產生渦流,電流受力作用開始轉動。
師:在易拉罐中的電流大概是怎樣一個流向呢?是水平還是豎直呢?
生:豎直,因為磁鐵的磁感線是水平的,電流就是縱向的。
師:由于磁鐵運動帶動易拉罐運動,稱之為電磁驅動現象。
問:易拉罐中感應電流對易拉罐相對磁鐵的運動起到促進作用呢?還是阻礙作用。
生:阻礙,因為他們轉動方向是相同的。
問:既然是阻礙作用,為什么還能實現電磁驅動呢?
提示:它阻礙的是誰和誰之間的相對運動。
生:阻礙是以磁鐵或磁場為參照物的,運動起來是以靜止的地面為參照物的,事實上這兩個動,阻礙和驅動的參照物是不同的。
師:如果一個運動的易拉罐遇到一個靜止的磁體,則這個磁體對易拉罐的運動又會產生怎樣的影響呢?
生:也是阻礙運動。
問:易拉罐運動是快了還是慢了,“更慢”
通過實驗驗證一下。演示電磁阻尼。
下面我們請同學們分組實驗,選用恰當的器材實現電磁阻尼和電磁驅動。
師:事實上不論老師演示的讓易拉罐轉起來。還是同學們演示的讓易拉罐滾起來,擺起了,這些都是電磁驅動現象。電磁驅動和電磁阻尼現象在我們生活中有很多應用。我們教材中還列舉了如何使擺動式磁電式儀表的指針如何快速停下來和電動機的例子。在這里我也給同學們找了幾個電磁驅動和電磁阻尼實際應用的例子,如磁懸浮列車,電磁炮,航母電磁彈射器。
設計意圖:用實驗展示電磁驅動和電磁阻尼,即調動了學生學習的興趣,用很好的幫助學生學以致用,加強對楞次定律的理解。
活動6【講授】課堂小結
今天我們以感應電流為主線,分別研究了渦流,渦流的利用和危害。以及電磁驅動和電磁阻尼。同學們的實驗設計很簡單也很粗糙。但是若干年后,可能會成為某些新技術發明的雛形。
活動7【練習】應用拓展 內化完善
1、請用我們所學的知識,解釋圖片中的物理現象。圖片為磁懸浮列車、電磁炮、航母電磁彈射器。
2、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電的氧化層
3.變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼,這是為了( )
A.增大渦流,提高變壓器的效率
B.減小渦流,提高變壓器的效率
C.增大鐵芯中的電阻,以產生更多的熱量
D.增大鐵芯中的電阻,以減小發熱量
活動8【講授】板書設計
渦流 電磁阻尼和電磁驅動
一、渦流——感應電流
1、渦流的產生
2、渦流的定義
二、渦流的熱效應
三、渦流的磁效應
四、渦流的機械效應
1、電磁阻尼
2、電磁驅動
活動9【作業】布置作業
1、根據本章所學內容,嘗試制作一個利用電磁感應現象工作的模型。
2、查閱電磁感應現象在生產生活中其它應用,整理相關資料,寫一篇小論文。
3、家用電器中的“電磁爐”也利用了電磁感應現象,觀察思考其原理、所用鍋體的材質,對比并記錄。
活動10【講授】課后反思
本節課是電磁感應的后續內容,對于前面電磁感應現象的理解起到了很好的鞏固作用。內容貼近學生生活,體現了物理來源于生活,服務于社會的課程理念。因此本節課以實驗為基礎,分別展示了電磁爐如何用塑料盆燒水,如何使用電磁爐使發光二極管發光,影響渦流熱效應的因素,金屬探測器原理,電磁驅動和電磁阻尼等系列實驗。以實驗現象為事實引導學生分析產生這一現象的原因,用學過的理論知識解釋生活中的現象,能較好的激發學生的學習興趣,激發學生的探究欲望。在本節課的難點突破上,則讓學生充分體會電磁驅動和電磁阻尼并不神秘,它往往是同時出現的,是一個問題的兩個方面,根據牛頓第三定律相互作用原理,這個安培力對一個物體是動力時,對另一個物體就是阻力,所以就有了電磁驅動和電磁阻尼。
本節課的優點體現在:整堂課的教學思路清晰,實驗現象明顯,對實驗的講解比較到位,實驗過程較為細致;問題設置比較合理,提出的問題能使學生對課堂內容有進一步的認識和理解,知識點落實比較到位。
本節課的不足體現在:借班上課,對學生不是很了解,部分學生對楞次定律、法拉第電磁感應定律掌握不是很到位,應充分利用課前時間做好鋪墊,幫助學生掃清認知障礙。由于個人知識面有限,不能對本節課的內容進行有效擴充,學科專業知識需要加強,需要多閱讀課外書籍充實自己;板書太過簡潔,應該進行適當的擴充。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
