視頻標(biāo)簽：渦流,電磁阻尼,電磁驅(qū)動(dòng)

所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：人教版高中二年級(jí)物理選修3－2第四章第七節(jié)《渦流，電磁阻尼，電磁驅(qū)動(dòng)》天津市 - 津南區(qū)

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人教版高中二年級(jí)物理選修3－2第四章第七節(jié)《渦流，電磁阻尼，電磁驅(qū)動(dòng)》天津市 - 津南區(qū)

教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)與技能
(1)了解渦流是怎樣產(chǎn)生的;
(2)了解渦流現(xiàn)象的利用和危害;
(3)通過(guò)對(duì)渦流實(shí)例分析,了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用;
(4)了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。
2.過(guò)程與方法
物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生能力方面具有不可替代的作用。本節(jié)課注重實(shí)驗(yàn)及知識(shí)在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用,在演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析及表述能力。
3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀
培養(yǎng)學(xué)生用辨證唯物主義的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)問(wèn)題,例如渦流的利用和防止,以及電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)中安培力的作用分析,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到不能片面看問(wèn)題。
2學(xué)情分析
高二理科學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓力學(xué)和大部分電磁學(xué)知識(shí),對(duì)物理現(xiàn)象的觀察、判斷和分析的能力已經(jīng)具備,加之學(xué)生已經(jīng)全面掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象和電磁感應(yīng)定律,對(duì)渦流現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)是比較容易的。本節(jié)課利用自制教具,展示幾個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)想象的觀察和分析,能自然而然的進(jìn)入到物理情景當(dāng)中,順利掌握本節(jié)課的內(nèi)容。并能結(jié)合實(shí)例分析問(wèn)題和理解問(wèn)題,擴(kuò)大知識(shí)面。達(dá)到掌握知識(shí),提高能力的學(xué)習(xí)目的。
3重點(diǎn)難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn):
(1)渦流的概念及其應(yīng)用。(2)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。
教學(xué)難點(diǎn):
電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的實(shí)例分析。
4教學(xué)過(guò)程
4.1第一學(xué)時(shí)
4.1.1教學(xué)活動(dòng)
活動(dòng)1【講授】導(dǎo)入新課
​
春暖花開的季節(jié)是溫暖的,也是干燥的,上課前先給大家送點(diǎn)兒濕潤(rùn)。我?guī)��?lái)了一個(gè)電磁爐,我們用一個(gè)塑料盆加熱點(diǎn)水,讓水產(chǎn)生蒸氣。大家一起享受一下溫潤(rùn)。
這個(gè)電磁爐的功率很大,我相信用不了多大的功夫水就會(huì)被加熱。怎么水還不熱呢,這是怎么回事?
學(xué)生:塑料盆不行,得用金屬鍋。
我沒(méi)有準(zhǔn)備金屬鍋,但是我這有一個(gè)金屬飯盒,我們用它可不可以把水燒開呢?可以。
還是這個(gè)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(wèn):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(lái)學(xué)習(xí):渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)
設(shè)計(jì)意圖:電磁爐是學(xué)生即熟悉有陌生的生活用品,熟悉是因?yàn)殡姶艩t走進(jìn)了我們的生活,陌生是因?yàn)閷W(xué)生缺乏必要的生活常識(shí)。從電磁爐燒水的工具用實(shí)驗(yàn)的方式呈現(xiàn)給學(xué)生,能較好的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,激發(fā)學(xué)生的求知欲。
 
活動(dòng)2【活動(dòng)】問(wèn)題引領(lǐng)，合作探究
探究活動(dòng)一:
師問(wèn):為什么電磁爐能使金屬飯盒發(fā)熱呢?
生答:電磁爐產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),在飯盒中產(chǎn)生感應(yīng)電流。
師:在剛才這位同學(xué)的回答中有一個(gè)要點(diǎn)就是感應(yīng)電流,我們來(lái)看一下電磁爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(幻燈片圖片展示電磁爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)。)電磁爐內(nèi)部的核心器件就是一組線圈,當(dāng)線圈中通入變化的電流時(shí),周圍就會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。在金屬飯盒中產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流具有熱效應(yīng),就會(huì)把水加熱。
師:那么剛才在金屬飯盒中產(chǎn)生的感應(yīng)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(guò)下面這個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下同學(xué)的猜想是否正確。我這有一個(gè)線圈,它與一個(gè)發(fā)光二極管相連。把電磁爐打開,把發(fā)光二極管靠近電磁爐,同學(xué)們看到什么現(xiàn)象。
生:燈亮了。
師:說(shuō)明線圈中已經(jīng)有電流了,我這兒還有小一點(diǎn)的線圈,依次靠近電磁爐。我們發(fā)現(xiàn)二極管都亮了。說(shuō)明每一圈里都有環(huán)形電流。如果我有無(wú)數(shù)個(gè)這樣的圓環(huán),連在一起是不是就是那個(gè)飯盒的盆底了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了,金屬飯盒中形成的電流就像剛才這位同學(xué)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(jiǎn)稱渦流。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)發(fā)光二極管的小實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀感受渦流的存在,從中給出渦流的定義。這個(gè)環(huán)節(jié)可以將抽象的渦流形象直觀的展示給學(xué)生,讓學(xué)生感受深刻記憶猶新。
活動(dòng)3【活動(dòng)】問(wèn)題引領(lǐng)，合作探究
探究活動(dòng)二;
師問(wèn):在剛才電磁爐加熱水的過(guò)程中,如果我們讓電磁爐一直持續(xù)工作,等水燒干后,還繼續(xù)工作,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?
     生答:塑料盆化了。
     師問(wèn):如果把塑料盆換成比金屬飯盒融點(diǎn)還高的器材,又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?
     生答:金屬飯盒化了。
     師:在工業(yè)生產(chǎn)上恰好運(yùn)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(chǎn)生變化的磁場(chǎng),在金屬中產(chǎn)生渦流,使金屬融化。
師問(wèn):在剛才冶煉金屬的過(guò)程中,如果金屬是片狀的,要想在最短的時(shí)間內(nèi)讓它融化,大家想一想,對(duì)這個(gè)金屬片擺放的放置方式有什么要求嗎?比如說(shuō)是水平擺放還是豎直擺放呢?
生:應(yīng)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(gè)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(chǎn)生的熱量更多。我們?cè)诮饘倨�上滴幾滴�?檢驗(yàn)一下。
師問(wèn):我們看到水平的金屬片產(chǎn)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(chǎn)生的熱量差別如此之大呢?
生:因?yàn)闇u流的大小不同。
師問(wèn):哪組更大呢
生:水平放置。
師:當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率相同時(shí),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,面積越大產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,面積越小產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小。
師問(wèn):金屬片產(chǎn)生的熱量,除了與擺放方式有關(guān)還與金屬片的哪些因素有關(guān)呢。
生:與電阻有關(guān)。電阻越大,熱量越小。
師:如果像冶煉金屬那樣,需要產(chǎn)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(chǎn)生的熱量少一些,那么金屬塊與電磁爐或線圈垂直放置。當(dāng)然并不是所有情況產(chǎn)生的熱量越多越好,有時(shí)就要減小渦流,防止其帶來(lái)的危害,比如說(shuō)電動(dòng)機(jī)、變壓器,他們的線圈都是繞在鐵芯上的,輸入變化的電流時(shí),由于電磁感應(yīng)在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生渦流,渦流產(chǎn)生熱量。不僅浪費(fèi)了能量,還可能損壞電器。這個(gè)線圈就繞在了鐵芯上,要想減少鐵芯當(dāng)中產(chǎn)生的渦流。應(yīng)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(wèn)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(shè)計(jì)意圖:通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析影響渦流的熱效應(yīng)的因素,結(jié)合前面學(xué)到的法拉第電磁感應(yīng)定律,易于學(xué)生理解和接受。
活動(dòng)4【活動(dòng)】問(wèn)題引領(lǐng)，合作探究
師:渦流的作用不僅是用來(lái)產(chǎn)生熱量,下面我們來(lái)體驗(yàn)渦流的另一種神奇的作用。
教師展示金屬探測(cè)器的使用。
師:這個(gè)法寶就叫金屬探測(cè)器,在飛機(jī)場(chǎng)、火車站、地鐵都是利用它進(jìn)行安檢,這個(gè)探測(cè)器的核心是一個(gè)線圈,當(dāng)線圈靠近金屬時(shí),在金屬中產(chǎn)生渦流,渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈,從而使檢測(cè)器發(fā)出聲音。我們教材中還列舉出了安檢門和探雷器的實(shí)例。他們的工作原理和這個(gè)金屬探測(cè)器的工作原理大致相同。實(shí)際上渦流在我們的生活中有很多應(yīng)用,同學(xué)們?nèi)蘸笠�多觀察所思考。
通過(guò)剛才的學(xué)習(xí),我們知道,在變化的磁場(chǎng)中任何導(dǎo)體都會(huì)被感應(yīng)出渦流,而渦流的本質(zhì)就是感應(yīng)電流。
設(shè)計(jì)意圖:安排小游戲,用金屬探測(cè)器找到學(xué)生隱藏在身體上的戒指,可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,活躍課堂氣氛,同時(shí)也可以讓學(xué)生體會(huì)渦流的磁效應(yīng),感受物理帶給現(xiàn)代社會(huì)的變化。
活動(dòng)5【活動(dòng)】問(wèn)題引領(lǐng)，合作探究
實(shí)驗(yàn):電磁驅(qū)動(dòng)
用手撥動(dòng)磁鐵,使磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),易拉罐也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),而且方向與磁體轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。
問(wèn):為什么易拉罐會(huì)隨著磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。
生:磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)在易拉罐中產(chǎn)生渦流,電流受力作用開始轉(zhuǎn)動(dòng)。
師:在易拉罐中的電流大概是怎樣一個(gè)流向呢?是水平還是豎直呢?
生:豎直,因?yàn)榇盆F的磁感線是水平的,電流就是縱向的。
師:由于磁鐵運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)易拉罐運(yùn)動(dòng),稱之為電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象。
問(wèn):易拉罐中感應(yīng)電流對(duì)易拉罐相對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng)起到促進(jìn)作用呢?還是阻礙作用。
生:阻礙,因?yàn)樗麄冝D(zhuǎn)動(dòng)方向是相同的。
問(wèn):既然是阻礙作用,為什么還能實(shí)現(xiàn)電磁驅(qū)動(dòng)呢?
提示:它阻礙的是誰(shuí)和誰(shuí)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
生:阻礙是以磁鐵或磁場(chǎng)為參照物的,運(yùn)動(dòng)起來(lái)是以靜止的地面為參照物的,事實(shí)上這兩個(gè)動(dòng),阻礙和驅(qū)動(dòng)的參照物是不同的。
師:如果一個(gè)運(yùn)動(dòng)的易拉罐遇到一個(gè)靜止的磁體,則這個(gè)磁體對(duì)易拉罐的運(yùn)動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響呢?
生:也是阻礙運(yùn)動(dòng)。
問(wèn):易拉罐運(yùn)動(dòng)是快了還是慢了,“更慢”
通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下。演示電磁阻尼。
下面我們請(qǐng)同學(xué)們分組實(shí)驗(yàn),選用恰當(dāng)?shù)钠鞑膶?shí)現(xiàn)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)。
師:事實(shí)上不論老師演示的讓易拉罐轉(zhuǎn)起來(lái)。還是同學(xué)們演示的讓易拉罐滾起來(lái),擺起了,這些都是電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象。電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼現(xiàn)象在我們生活中有很多應(yīng)用。我們教材中還列舉了如何使擺動(dòng)式磁電式儀表的指針如何快速停下來(lái)和電動(dòng)機(jī)的例子。在這里我也給同學(xué)們找了幾個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼實(shí)際應(yīng)用的例子,如磁懸浮列車,電磁炮,航母電磁彈射器。
設(shè)計(jì)意圖:用實(shí)驗(yàn)展示電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼,即調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,用很好的幫助學(xué)生學(xué)以致用,加強(qiáng)對(duì)楞次定律的理解。
活動(dòng)6【講授】課堂小結(jié)
今天我們以感應(yīng)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(qū)動(dòng)和電磁阻尼。同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單也很粗糙。但是若干年后,可能會(huì)成為某些新技術(shù)發(fā)明的雛形。
活動(dòng)7【練習(xí)】應(yīng)用拓展　內(nèi)化完善
1、請(qǐng)用我們所學(xué)的知識(shí),解釋圖片中的物理現(xiàn)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(dǎo)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(chǎn)生更多的熱量
D.增大鐵芯中的電阻,以減小發(fā)熱量
 
 
活動(dòng)8【講授】板書設(shè)計(jì)
渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)
一、渦流——感應(yīng)電流
1、渦流的產(chǎn)生
2、渦流的定義
二、渦流的熱效應(yīng)
三、渦流的磁效應(yīng)
四、渦流的機(jī)械效應(yīng)
1、電磁阻尼
2、電磁驅(qū)動(dòng)
 
活動(dòng)9【作業(yè)】布置作業(yè)
 1、根據(jù)本章所學(xué)內(nèi)容,嘗試制作一個(gè)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象工作的模型。
 2、查閱電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中其它應(yīng)用,整理相關(guān)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(yīng)現(xiàn)象,觀察思考其原理、所用鍋體的材質(zhì),對(duì)比并記錄。
 
活動(dòng)10【講授】課后反思
本節(jié)課是電磁感應(yīng)的后續(xù)內(nèi)容,對(duì)于前面電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解起到了很好的鞏固作用。內(nèi)容貼近學(xué)生生活,體現(xiàn)了物理來(lái)源于生活,服務(wù)于社會(huì)的課程理念。因此本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),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(fā)光二極管發(fā)光,影響渦流熱效應(yīng)的因素,金屬探測(cè)器原理,電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼等系列實(shí)驗(yàn)。以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為事實(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因,用學(xué)過(guò)的理論知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象,能較好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生的探究欲望。在本節(jié)課的難點(diǎn)突破上,則讓學(xué)生充分體會(huì)電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼并不神秘,它往往是同時(shí)出現(xiàn)的,是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面,根據(jù)牛頓第三定律相互作用原理,這個(gè)安培力對(duì)一個(gè)物體是動(dòng)力時(shí),對(duì)另一個(gè)物體就是阻力,所以就有了電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼。
本節(jié)課的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:整堂課的教學(xué)思路清晰,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解比較到位,實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為細(xì)致;問(wèn)題設(shè)置比較合理,提出的問(wèn)題能使學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解,知識(shí)點(diǎn)落實(shí)比較到位。
本節(jié)課的不足體現(xiàn)在:借班上課,對(duì)學(xué)生不是很了解,部分學(xué)生對(duì)楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律掌握不是很到位,應(yīng)充分利用課前時(shí)間做好鋪墊,幫助學(xué)生掃清認(rèn)知障礙。由于個(gè)人知識(shí)面有限,不能對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行有效擴(kuò)充,學(xué)科專業(yè)知識(shí)需要加強(qiáng),需要多閱讀課外書籍充實(shí)自己;板書太過(guò)簡(jiǎn)潔,應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充。
 

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