涡流 电磁阻尼和电磁驱动教学设计

1、涡流 电磁阻尼和电磁驱动教学设计【课题】涡流 电磁阻尼和电磁驱动【教学时间】45分钟【教学对象】高中二年级学生【教材】人教版高中物理选修3-2第四章第七节【教学内容分析】1.教材的地位和作用本章教材从电磁感应现象、规律、应用这三个阶段逐步展开。教材的前两节让学生开始认识电磁感应现象；然后在第三和第四两节分别介绍电磁感应中的两个重要规律：楞次定律和法拉第电磁感应定律；而最后两节则着重介绍特殊的电磁感应现象及其应用。经历这三个阶段的系统化学习，有助于学生掌握好电磁感应的相关知识。第七节涡流 电磁阻尼和电磁驱动的内容正是着重讲述涡流这种特殊的感应电流。由普通的感应电流到特殊的感应电流，这里是存在一定

2、的跨度的，理解能力差的学生就会出现问题。所以讲解涡流这种实质上是旧知识的新知识，要注意培养学生的知识迁移能力。而本节另外一部分内容则是电磁阻尼和电磁驱动，这是电磁感应在动力学方面的两种现象，在生产生活中有着广泛的应用。通过观察和推导这两种现象，可以培养学生观察实验、理论推导等逻辑思维能力，体现物理与社会生活的联系。2.课程标准要求通过实验，了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生产和生活中的应用。3.教材内容安排教材首先简单回顾单匝线圈中产生的感应电流，引出块状导体中存在的感应电流是形如水的旋涡状的涡电流。这样的安排，在一定程度是符合知识的建构的，从学生已有的知识出发，建立新知识

3、，具有较好的效果。教材在介绍的涡流的概念后，就开始展开涡流的热效应的利与弊，以及涡流探测的应用。这里都提供了一些应用方面的素材，可以吸引学生的兴趣。教材上剩余的篇幅均用来介绍电磁阻尼和电磁驱动，并且给出了确切的定义。在这里，是通过一道简单的题目：分析单匝线圈在进入磁场过程中线圈受到的安培力对其运动的影响，再结合磁电式仪表中铝框架在磁场中运动受阻碍作用，引出电磁阻尼现象。然后再通过物理学中对称的思想，从磁场相对导体运动的实验出发，归纳出电磁驱动现象。接着再介绍电磁驱动现象在生活中的应用交流感应电动机。体现了新课程标准中从生活走向物理，从物理走向社会的理念。4.教材的特点第一，从复习旧知识引入新概

4、念。新概念往往与已经学习过的概念规律之间存在有机的联系，抓住新旧知识之间的联系，从已有知识出发，把新概念自然地引出来，也可以创设学习新概念的物理环境。第二，从物理原理出发，经过简单的引导，得出电磁阻尼现象和电磁驱动现象的定义。教材本身是引导性的作用，对教师的约束较少，有较大的空间自由发挥。5.教材的处理（1） 完善新旧知识之间的联系引导学生根据单匝线圈中产生感应电流的现象，结合数学上线构成面的知识，将块状金属导体看作若干个线圈构成。而每个线圈中都有一圈感应电流，因此对于整块金属导体，形成的感应电流就应该如同水中的旋涡，由此从理想的单匝线圈过渡到实际生活中的块状金属导体，从而建立涡流的概念。利用

5、数学的知识来解释物理现象，也体现了新课程标准对教师学科交叉教学的要求。（2） 重组教学内容鉴于本节内容的综合性、资源的丰富性和应用的广泛性，我重新梳理本节课知识的逻辑线索。在得出涡流的概念之后，先讨论涡流的特点，再整体探讨涡流的可利用之处，分别从电流I存在的热效应，电流激发出的感生磁场B即涡流探测，电流在磁场冲受到的安培力F即机械效应三个角度来展开。而电磁阻尼和电磁驱动，是感应电流的机械效应，涡流作为一种特殊的感应电流，当然也有继续效应，所以，在讲述涡流机械效应的时候，引出电磁阻尼和电磁驱动是十分合理的。而凡事有利必有弊，最后再讨论涡流存在的危害，并提出解决方案。这样的处理，将本节课相对分赛的

6、内容显得更有整体性和逻辑性。【学生情况分析】1.学生的兴趣特点：高二的学生对物理有着较强的操作兴趣、因果认识兴趣。他们希望通过观察实验现象，经历思考来理解现象产生的原因，并总结出其中规律。所以在教学中，应充分发挥演示实验的作用，通过教师的引导，激发学生的认知兴趣，充分调动学生学习的积极性和自主性。2.学生的知识基础：学生已经学习过法拉第电磁感应定律、安培力、楞次定律等知识，故在教学中要充分利用学生的已有的知识经验，使学生积极主动地参与教学过程。3.学生的认识困难：（1）从理想到现实的突破物理上往往用一个简单的理想模型来替代复杂的现实事物，比如引入质点这一理想的模型。而在电磁感应这一章，学生过去

7、学习的都是理想的单匝线圈的问题，而在现实生活中存在的往往的块状的金属导体，所以涡流现象是生活中更加常见的现象，这是一个从理想到现实的一个飞跃，存在一定的困难。（2）电磁学与动力学结合问题的复杂性一种物理现象涉及的物理原理越多，学生就越难理解。感应电流的机械效应电磁阻尼和电磁驱动是电磁学与动力学相结合的问题，考虑的是感应电流受到的安培力产生的机械效果。这里涉及的内容较多，存在一定的困难。【教学目标】1.知识与技能（1）知道涡流是如何产生的；（2）知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止。2.过程与方法（1）培养学生客观、全面地认识事物的科学态度；（2）2.学会分析电磁学与动力学相结合的问题。3.情感

8、态度与价值观（1）培养学生用辩证的观点认识问题；（2）体验物理技术与社会的联系。【教学重点】知道涡流产生原理和应用 【教学难点】理解电磁阻尼和电磁驱动产生过程 【教学策略设计】本节课的教学设计体现了新课程“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，通过教师创设问题情境和有效的设问引导，让学生亲历物理知识的构建过程。1.教学方法（1）实验探究法物理是一门透过现象看本质的科学，所以实验是物理学的基础。通过阻尼摆。电磁驱动演示仪几个实验的环节，让学生亲眼观察这两种现象，获取事实依据，定义所描述的物理现象重现，从中体验和学习科学思维的方法，提

9、高学生的科学素养。（2）讲授法教学是一种认识过程，但存在其特殊性。往往不需要经历前人全部的探索过程，这是教师形利用实验、教具和多媒体，从而进行形象生动、富于引导式的讲解，来启发学生思维的体现。在讲授的过程中，侧重类比、对称的思想。2教学媒体设计以多媒体课件为载体，利用视频、图像、模型，让学生知道涡流是如何产生的，并且从生动的现象出发，帮助学生电磁阻尼和电磁驱动的概念，并理解出电磁阻尼和电磁驱动的产生原因。使教学更加形象直观，提高教学效果。3学法指导在学法指导上，让学生尝试自己观察、描述实验现象，思考、分析概括出物理规律；使学生在获取知识过程中，领会物理学的研究方法，同时得到科学思维方法的训练以

10、及协作精神、探索精神等情感态度价值观的教育。 【教学用具】自制小狗荡秋千装置（铁架台，铝板，强磁铁，细绳，小狗玩偶），万用表，电磁炉，自制阻尼摆，自制电磁驱动演示仪，自制电磁炮模型【教学流程】利用小狗荡秋千的实验，引出对块状导体的研究。 创设情境，导入新课 由感应电流的知识建立涡流的概念由块状金属电阻小分析涡流大的特点 建立概念，分析特点辨证分析， 严谨治学3、由处于磁场中的感应电流受安培力的角度考虑涡流的机械效应，并且将感应电流机械效应的普适现象电磁阻尼和电磁驱动，在涡流的机械效应出进行讲解。2、由电流的磁效应介绍涡流在探测方面的的应用金属探测门。知识应用，拓展提高1、由电流的热效应介绍涡流

11、的热效应及其在生活中的应用电磁炉。 用辩证的眼光看待，涡流大的特点可能存在的危害，并提出解决方法。课外制作，锻炼能力 通过自制教具，为学生展示与本节课紧密相关的军事上的应用电磁炮，并以此为学生布置课外制作，锻炼学生的动手。【教学过程】教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图（创设情境，导入新课0-3min）【小狗荡秋千】利用自制的小狗荡秋千演示实验，让学生观察涡流的机械效应的现象。利用实物展示小狗中的磁铁，以及所使用的金属板。在学生发现小狗中有磁铁中，觉得金属板是铁板。（建立概念, 分析特点 3-10min）当教师证明金属板不是铁磁性材料，而是其铝时，从电磁感应的角度，引导学生发现，是导体中

12、产生了感应电流从学习过的单匝线圈在磁场中运动会产生感应电流，引导学生猜想，块状导体中也能产生感应电流。利用数学上点构成线，线构成面的知识，类比块状导体由多匝线圈构成。从而形象地描述涡流的形状如同水涡。从导体本身的电阻考虑涡电流的大小，用万用表测量图示导体版的电阻。演示实验：小狗荡秋千提出问题：为什么没有接触到小狗，小狗能够自发的荡秋千呢？引导学生观察小狗中藏有的磁铁，以及使用的金属板的材料。提出问题：块状导体中是否也能产生感应电流呢？类比分析：点构成线，线构成面。块状的金属导体可以看成由若干匝线圈组合合成，每一匝线圈中都有一圈感应电流，整体看起了如同水中的旋涡。提出问题：这块金属铝板的电阻如何

13、？如果感应电动势不变，根据欧姆定律，导体中形成的感应电流涡流大小如何？归纳特点：所以涡电流与普通的感应电流相比，的特点是特别大。观察实验、兴奋、疑惑、思考观察、思考观察，思考分析、思考。期待回答：很小。很大。利用铝板演示小狗荡秋千的实验，提供感性素材，引起学生注意。激发学生的求知欲，让学生带着问题进入课堂。利用实验的感性材料，通过分析问题，让学生初步思考现象产生的原因。通过分析，让学生从小狗荡秋千的现象发现块状的金属导体中也是能够产生感应电流的。采用已有的简化的模型研究事物，使学生了解物理学常用的研究方法。从测量的数据的角度，为得出涡流的特点提供客观的证据。（知识应用，拓展提高）【热效应10-

14、15min】从涡流很大的特点，引出其热效应也很大，展示生活中的应用电磁炉的图片 联系日常生活中使用电磁炉的体会，即用电磁炉烧水，加热食物等。【涡流探测15-18min】从感应电流能够激发出感生磁场的角度，引出涡流探测方面的应用。以金属探测门和手持金属探测器为例，讨论在有无金属进入探测区域的时候，有什么不同。提出问题：电磁炉中的线圈的作用是什么？接入交流电电磁场如何变化？提出问题：当金属锅放在电磁炉上，会发生什么样化？类比分析：感应电流具有热效应，那涡流是否也具有热效应？提出问题：有无金属进入探测区域的时候，有什么不同现象？提出问题：感应电流会激发出感生磁场，涡流呢？得出结论：根据有无涡流产生的

15、磁场，就能够进行金属检测了。期待回答：产生电磁场。产生交变的电磁场。期待回答：锅中产生感应电流涡流。期待回答：锅中产生感应电流涡流。思考、分析期待回答：有金属时候，金属内容会产生涡流。期待回答：当然也会。从日常生活中使用的加点入手，激发学生的学习兴趣。回顾电磁感应的知识。利用本节课涡流的知识，得知金属锅中产生涡流。从旧知识出发，结合生活现象，让学生理解涡流的热效应。配合讲解与提问，能很好突破教学难点。将知识与技术相结合，让学生在应用知识的同时，领会物理与技术的紧密结合，加深学生对科学技术的亲近感。【机械效应18-38min】从单匝线圈在磁场中运动的问题出发，分析线圈受安培力的效果。对称分析线圈

16、离开磁场时受安培力的效果。由普通的单匝线圈，过渡到块状金属导体在磁场中运动的受力问题。教师演示实验：阻尼摆将两块相同的铝片制成的单摆，推到同样的高度释放后，都会来回运动，其中一块周围存在磁场，磁场将使导体受到安培力的作用。将块状的金属导体看作若干匝现象组合而成，分析整块导体的合力。得出电磁阻尼的定义。回顾引入实验：小狗荡秋千在小狗荡秋千中，小狗中有一块强磁铁，块状的金属导体在磁场中运动，磁铁也会跟随导体运动。类比猜想，引出电磁驱动在小狗荡秋千中，小狗中有一块强磁铁，导体运动能够带动磁场一起运动。那如果磁场运动，能否带动导体运动嫩？教师演示实验：电磁驱动演示仪用一个电动机带动磁铁发生转动，同时将

17、一个圆铝盘固定在转轴上，圆铝盘可自由转动。观察当磁场运动，导体静止时，导体能否被驱动。将块状的金属导体看作若干匝现象组合而成，先分析单匝线圈的受力，再分析整块导体的合力。得出电磁驱动的定义。得出电磁驱动的定义。刹车辅助装置电涡流缓速器汽车刹车系统中也用到涡流的原理： 导体跟着轮胎在磁场中转动，受到阻碍的效果。分析，提问：线圈进入磁场，穿过单匝线圈的磁通量怎么变化？单匝线圈中的感应电流方向如何？单匝线圈受到的安培力有什么效果？提问：线圈离开磁场，安培力效果如何？提问：块状金属导体中会产生涡流，使导体受到安培力的效果，这时候安培力的效果会怎样？引导观察：在有无磁场的两种情况下，两块铝摆的运动情况有

18、什么不同。提出问题：整块金属导体受的安培力如何？提出问题：在小狗荡秋千中，导体受到的安培力如何？从相互作用力的角度考虑，小狗中的磁铁受到的作用力如何？得出结论：导体运动能够带动磁场一起运动。提出问题：磁场运动能够带动导体一起运动嘛？提出问题：大家有观察到导体跟随磁场运动的情况嘛？提出问题：整块金属导体受的安培力如何？提出问题：电涡流缓速器中的核心原理是什么？思考，分析。得出安培力起阻碍的效果。期待回答：仍然起阻碍的效果。类比推理，猜想块状导体在磁场中的运动时受到的安培力仍然起阻碍的效果。期待回答：在有磁场的情况下，导体在磁场中运动会较快地停下来，安培力阻碍导体的运动。期待回答：每一匝受到的安培

19、力均是阻力，所以对于整块导体来说，安培力起阻碍的效果。期待回答：安培力阻碍导体运动，与导体运动方向相反。小狗中的磁铁受到的作用力方向与导体受到的安培力方向相反。回顾实验思考期待回答：磁场运动能够带动导体运动。期待回答：有。观赏思考期待回答：每一匝受到的安培力均是动力，所以对于整块导体来说，安培力起驱动的效果。期待回答：电磁阻尼。运用旧的物理模型，形象的分析单匝线圈在磁场中的运动情况，有效地为后面的学习打下基础。由分析所得的结论进行合理的猜想。自然而然地引入电磁阻尼现象。让学生经历科学探究的过程，亲身感受到安培力对运动导体的阻碍的效果。引导学生分析电磁阻尼现象，为学生提供丰富的感性认识素材，初步掌握分析电磁学与动力学的方法。引导学生理解引入实验，消除心中的疑惑。同时发现，导体运动能够带动磁场运动。引导学生根据现有的现象，进行类比猜想，培养思维迁移能力。为学生提供丰富的应用材料，满足高中生的应用兴趣，解决学生感性材料积累不足的问题。引导学生分析电磁驱动现象，基本上掌握分析电磁学与动力学的方法。完善涡流的机械效应。让学生学会运用知识，分析解决实际问题。（辨证分析，科学态度）【涡流的危害38-42min】危害：发热浪费能量，损坏电器。防止： a.增大铁芯材料电