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视频标签：涡流,电磁阻尼,电磁驱动
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视频课题：人教版高中二年级物理选修3－2第四章第七节《涡流，电磁阻尼，电磁驱动》天津市 - 津南区
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人教版高中二年级物理选修3－2第四章第七节《涡流，电磁阻尼，电磁驱动》天津市 - 津南区
教学目标
1.知识与技能
(1)了解涡流是怎样产生的;
(2)了解涡流现象的利用和危害;
(3)通过对涡流实例分析,了解涡流在生产和生活中的应用;
(4)了解电磁阻尼和电磁驱动。
2.过程与方法
物理是以实验为基础的科学,实验在培养学生能力方面具有不可替代的作用。本节课注重实验及知识在生产生活中的实际应用,在演示实验、分组实验过程中培养学生的观察、分析及表述能力。
3.情感、态度与价值观
培养学生用辨证唯物主义的观点认识问题,例如涡流的利用和防止,以及电磁阻尼与电磁驱动中安培力的作用分析,使学生认识到不能片面看问题。
2学情分析
高二理科学生已经学习了牛顿力学和大部分电磁学知识,对物理现象的观察、判断和分析的能力已经具备,加之学生已经全面掌握电磁感应现象和电磁感应定律,对涡流现象的认识是比较容易的。本节课利用自制教具,展示几个有趣的实验,学生可以通过实验想象的观察和分析,能自然而然的进入到物理情景当中,顺利掌握本节课的内容。并能结合实例分析问题和理解问题,扩大知识面。达到掌握知识,提高能力的学习目的。
3重点难点
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例分析。
教学难点:
电磁阻尼和电磁驱动的实例分析。
4教学过程
4.1第一学时
4.1.1教学活动
活动1【讲授】导入新课
春暖花开的季节是温暖的,也是干燥的,上课前先给大家送点儿湿润。我带来了一个电磁炉,我们用一个塑料盆加热点水,让水产生蒸气。大家一起享受一下温润。
这个电磁炉的功率很大,我相信用不了多大的功夫水就会被加热。怎么水还不热呢,这是怎么回事?
学生:塑料盆不行,得用金属锅。
我没有准备金属锅,但是我这有一个金属饭盒,我们用它可不可以把水烧开呢?可以。
还是这个塑料盆,为了证明让水加热的是金属饭盒,我把金属饭盒放入塑料盆,我们看看水能不能被加热。
教师演示,塑料盆烧水。
问:为什么把金属饭盒放入水盆中,水就可以被加热呢?让水加热的是金属饭盒呢还是电磁炉呢?那它的工作原理又是什么呢?
今天我们就来学习:涡流 电磁阻尼和电磁驱动
设计意图:电磁炉是学生即熟悉有陌生的生活用品,熟悉是因为电磁炉走进了我们的生活,陌生是因为学生缺乏必要的生活常识。从电磁炉烧水的工具用实验的方式呈现给学生,能较好的调动学生学习的兴趣,激发学生的求知欲。
活动2【活动】问题引领，合作探究
探究活动一:
师问:为什么电磁炉能使金属饭盒发热呢?
生答:电磁炉产生变化的磁场,在饭盒中产生感应电流。
师:在刚才这位同学的回答中有一个要点就是感应电流,我们来看一下电磁炉的内部结构。(幻灯片图片展示电磁炉内部结构。)电磁炉内部的核心器件就是一组线圈,当线圈中通入变化的电流时,周围就会产生变化的磁场。在金属饭盒中产生感应电流,电流具有热效应,就会把水加热。
师:那么刚才在金属饭盒中产生的感应电流大概是什么样的形状呢?大家可以猜想一下?
生:像水涡一样一圈一圈的。
师:是这样吗?我们通过下面这个实验来验证一下同学的猜想是否正确。我这有一个线圈,它与一个发光二极管相连。把电磁炉打开,把发光二极管靠近电磁炉,同学们看到什么现象。
生:灯亮了。
师:说明线圈中已经有电流了,我这儿还有小一点的线圈,依次靠近电磁炉。我们发现二极管都亮了。说明每一圈里都有环形电流。如果我有无数个这样的圆环,连在一起是不是就是那个饭盒的盆底了。这个实验证明了,金属饭盒中形成的电流就像刚才这位同学描述的那样,一圈一圈的像水中的漩涡一样。因此我们把这样的电流称为涡电流,简称涡流。
设计意图:通过发光二极管的小实验让学生直观感受涡流的存在,从中给出涡流的定义。这个环节可以将抽象的涡流形象直观的展示给学生,让学生感受深刻记忆犹新。
活动3【活动】问题引领，合作探究
探究活动二;
师问:在刚才电磁炉加热水的过程中,如果我们让电磁炉一直持续工作,等水烧干后,还继续工作,会发生什么现象呢?
生答:塑料盆化了。
师问:如果把塑料盆换成比金属饭盒融点还高的器材,又会发生什么现象呢?
生答:金属饭盒化了。
师:在工业生产上恰好运用这样的原理冶炼金属。这是金属冶炼炉的示意图,它的形状就像一口锅。周围缠绕线圈,线圈通有高频交流电,变化的电流产生变化的磁场,在金属中产生涡流,使金属融化。
师问:在刚才冶炼金属的过程中,如果金属是片状的,要想在最短的时间内让它融化,大家想一想,对这个金属片摆放的放置方式有什么要求吗?比如说是水平摆放还是竖直摆放呢?
生:应该是水平摆放。
师:我这有两组完全相同的金属,中间用木头隔开。这个电磁炉的原理和金属冶炼炉的原理相同,把一组金属片水平放置,把另一组金属片竖直放置。打开电磁炉,我们看看那组金属片产生的热量更多。我们在金属片上滴几滴水,检验一下。
师问:我们看到水平的金属片产生的热量更多一些。原因是什么呢?为什么两组相同的金属片产生的热量差别如此之大呢?
生:因为涡流的大小不同。
师问:哪组更大呢
生:水平放置。
师:当磁感应强度变化率相同时,根据法拉第电磁感应定律,面积越大产生的感应电动势越大,面积越小产生的感应电动势越小。
师问:金属片产生的热量,除了与摆放方式有关还与金属片的哪些因素有关呢。
生:与电阻有关。电阻越大,热量越小。
师:如果像冶炼金属那样,需要产生的热量多一些,那么金属块与电磁炉或线圈平行放置。如果需要产生的热量少一些,那么金属块与电磁炉或线圈垂直放置。当然并不是所有情况产生的热量越多越好,有时就要减小涡流,防止其带来的危害,比如说电动机、变压器,他们的线圈都是绕在铁芯上的,输入变化的电流时,由于电磁感应在铁芯内产生涡流,涡流产生热量。不仅浪费了能量,还可能损坏电器。这个线圈就绕在了铁芯上,要想减少铁芯当中产生的涡流。应该怎么办?
生:增大电阻。减少面积。
师:把它切成竖直薄片,类似这样竖直放置的金属块。一般我们减少涡流可以采用这样两种方法:其一增大材料的电阻率,一般采用硅钢材料。其二用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯。问这些硅钢为什么要绝缘,放一块不行吗?
生:如果不绝缘不就是一块了吗。
设计意图:通过实验分析影响涡流的热效应的因素,结合前面学到的法拉第电磁感应定律,易于学生理解和接受。
活动4【活动】问题引领，合作探究
师:涡流的作用不仅是用来产生热量,下面我们来体验涡流的另一种神奇的作用。
教师展示金属探测器的使用。
师:这个法宝就叫金属探测器,在飞机场、火车站、地铁都是利用它进行安检,这个探测器的核心是一个线圈,当线圈靠近金属时,在金属中产生涡流,涡流的磁场反过来影响线圈,从而使检测器发出声音。我们教材中还列举出了安检门和探雷器的实例。他们的工作原理和这个金属探测器的工作原理大致相同。实际上涡流在我们的生活中有很多应用,同学们日后要多观察所思考。
通过刚才的学习,我们知道,在变化的磁场中任何导体都会被感应出涡流,而涡流的本质就是感应电流。
设计意图:安排小游戏,用金属探测器找到学生隐藏在身体上的戒指,可以激发学生学习兴趣,活跃课堂气氛,同时也可以让学生体会涡流的磁效应,感受物理带给现代社会的变化。
活动5【活动】问题引领，合作探究
实验:电磁驱动
用手拨动磁铁,使磁铁转动起来,易拉罐也随之转动起来,而且方向与磁体转动方向相同。
问:为什么易拉罐会随着磁铁转动起来。
生:磁铁转动产生变化的磁场,变化的磁场在易拉罐中产生涡流,电流受力作用开始转动。
师:在易拉罐中的电流大概是怎样一个流向呢?是水平还是竖直呢?
生:竖直,因为磁铁的磁感线是水平的,电流就是纵向的。
师:由于磁铁运动带动易拉罐运动,称之为电磁驱动现象。
问:易拉罐中感应电流对易拉罐相对磁铁的运动起到促进作用呢?还是阻碍作用。
生:阻碍,因为他们转动方向是相同的。
问:既然是阻碍作用,为什么还能实现电磁驱动呢?
提示:它阻碍的是谁和谁之间的相对运动。
生:阻碍是以磁铁或磁场为参照物的,运动起来是以静止的地面为参照物的,事实上这两个动,阻碍和驱动的参照物是不同的。
师:如果一个运动的易拉罐遇到一个静止的磁体,则这个磁体对易拉罐的运动又会产生怎样的影响呢?
生:也是阻碍运动。
问:易拉罐运动是快了还是慢了,“更慢”
通过实验验证一下。演示电磁阻尼。
下面我们请同学们分组实验,选用恰当的器材实现电磁阻尼和电磁驱动。
师:事实上不论老师演示的让易拉罐转起来。还是同学们演示的让易拉罐滚起来,摆起了,这些都是电磁驱动现象。电磁驱动和电磁阻尼现象在我们生活中有很多应用。我们教材中还列举了如何使摆动式磁电式仪表的指针如何快速停下来和电动机的例子。在这里我也给同学们找了几个电磁驱动和电磁阻尼实际应用的例子,如磁悬浮列车,电磁炮,航母电磁弹射器。
设计意图:用实验展示电磁驱动和电磁阻尼,即调动了学生学习的兴趣,用很好的帮助学生学以致用,加强对楞次定律的理解。
活动6【讲授】课堂小结
今天我们以感应电流为主线,分别研究了涡流,涡流的利用和危害。以及电磁驱动和电磁阻尼。同学们的实验设计很简单也很粗糙。但是若干年后,可能会成为某些新技术发明的雏形。
活动7【练习】应用拓展 内化完善
1、请用我们所学的知识,解释图片中的物理现象。图片为磁悬浮列车、电磁炮、航母电磁弹射器。
2、下列哪些措施是为了防止涡流的危害( )
A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上
C、变压器的铁芯不做成整块,而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
3.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是为了( )
A.增大涡流,提高变压器的效率
B.减小涡流,提高变压器的效率
C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
D.增大铁芯中的电阻,以减小发热量
活动8【讲授】板书设计
涡流 电磁阻尼和电磁驱动
一、涡流——感应电流
1、涡流的产生
2、涡流的定义
二、涡流的热效应
三、涡流的磁效应
四、涡流的机械效应
1、电磁阻尼
2、电磁驱动
活动9【作业】布置作业
1、根据本章所学内容,尝试制作一个利用电磁感应现象工作的模型。
2、查阅电磁感应现象在生产生活中其它应用,整理相关资料,写一篇小论文。
3、家用电器中的“电磁炉”也利用了电磁感应现象,观察思考其原理、所用锅体的材质,对比并记录。
活动10【讲授】课后反思
本节课是电磁感应的后续内容,对于前面电磁感应现象的理解起到了很好的巩固作用。内容贴近学生生活,体现了物理来源于生活,服务于社会的课程理念。因此本节课以实验为基础,分别展示了电磁炉如何用塑料盆烧水,如何使用电磁炉使发光二极管发光,影响涡流热效应的因素,金属探测器原理,电磁驱动和电磁阻尼等系列实验。以实验现象为事实引导学生分析产生这一现象的原因,用学过的理论知识解释生活中的现象,能较好的激发学生的学习兴趣,激发学生的探究欲望。在本节课的难点突破上,则让学生充分体会电磁驱动和电磁阻尼并不神秘,它往往是同时出现的,是一个问题的两个方面,根据牛顿第三定律相互作用原理,这个安培力对一个物体是动力时,对另一个物体就是阻力,所以就有了电磁驱动和电磁阻尼。
本节课的优点体现在:整堂课的教学思路清晰,实验现象明显,对实验的讲解比较到位,实验过程较为细致;问题设置比较合理,提出的问题能使学生对课堂内容有进一步的认识和理解,知识点落实比较到位。
本节课的不足体现在:借班上课,对学生不是很了解,部分学生对楞次定律、法拉第电磁感应定律掌握不是很到位,应充分利用课前时间做好铺垫,帮助学生扫清认知障碍。由于个人知识面有限,不能对本节课的内容进行有效扩充,学科专业知识需要加强,需要多阅读课外书籍充实自己;板书太过简洁,应该进行适当的扩充。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
