2.3 涡流、电磁驱动、电磁阻尼 教学设计-高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

2.3涡流、电磁驱动、电磁阻尼天冷了，老师想要烧点热水泡个脚，我现在有一个电磁炉，和两个盆子，一个是金属盆，一个是塑料脸盆，大家觉得应该选用哪个盆来烧热水呢？答：金属盆问：为什么要选金属盆呢？答：1.电磁炉锅底很热，会把塑料盆会融化。2、金属盆在电磁炉上会发生电磁感应，塑料盆则不会，不会发热。那我们一起来验证一下，金属盆，一会看到热气，我们换作塑料盆，加热一会发现也有热气，为什么？是不是电磁炉表面很热把热量传递过去了？用收摸一下，电磁炉表面并不发烫。因为塑料盆里我也放了一个金属盆，如果我把这个金属拿走，那么塑料盆中的水还能被加热吗？电磁炉应该会把热量传递给塑料盆吧，时间长一点可能还会把塑料融化了吧。再试试。不能，看来是要金属类的锅才能被加热。问：电磁炉为什么能使金属锅发热呢？电磁炉是怎么样把水烧热的？答：感应电流其实电磁炉内部的核心器件是线圈（打开给学生看），当线圈中通入变化的电流时，周围就会产生变化的磁场，由于电磁感应，在它附近导体都会产生感应电流，而感应电流具有热效应。因此能把水加热。问：同学们再思考这样一个问题，刚才在金属锅中产生感应电流，它大概是什么方向（形状呢）？答：像水中的漩涡一样。（电磁炉线圈水平放置，在竖直方向上产生变化的磁场，可以产生水平方向的圆形感应电流，在金属锅内一圈一圈，像水中的漩涡一样，我们把它称为涡电流，简称涡流。今天我们就一起学习涡流、电磁驱动、电磁阻尼）板书：2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、涡流1、定义：金属导体在变化的磁场中，导体内部产生漩涡状的感应电流，叫涡电流，简称涡流。在刚才用电磁炉加热放有金属的塑料盆，如果我让电磁炉持续的工作会出现什么情况，水被烧干，塑料盆烧化了，如果我把塑料盆换成熔点比金属更高的盆，那么谁就先融化了，金属就融化了，在我们实际工业生产上恰好利用这种原理冶炼金属，这就是金属冶炼炉的示意图，（PPT）它的形状就像一口锅，四周缠有很多线圈，当线圈通入高频交变电流，由于电磁感应，在锅内的金属就会感应出涡流，涡流产生的热量使金属融化。了解金属冶炼过程。板书：2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、涡流感应电流1、定义：2、应用：金属冶炼下面我们就通过一个小游戏来体验一下涡流的另外一个用途。需要两位助手，有没有戴手表，摘下，我这有三个漂流瓶，请你们藏在手里，老师可以利用一个法宝，很快就能找到那个绿色的漂流瓶，我们来试试。绿色的漂流瓶有什么不同，有金属物质。我的这个法宝就是金属探测仪(PPT)，在我们高考考场、机场车站都是利用它进行安检，它的核心部件就是通有变化电流的线圈，当线圈靠近金属时，就会在金属中感应出涡流，涡流的磁场反过来影响这个线圈，从而使检测器发出响声，教材中还列举了探雷器和安检门，它们的工作原理和金属探测仪大致相似。涡流在我们生活中有很多应用，大家可以多关注。板书：2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、涡流1、定义：2、应用：金属冶炼金属探测仪探雷器安检门刚才介绍了电磁炉、金属冶炼、金属探测器、探雷器、安检门，它们都是利用涡流来工作的，电磁炉、金属冶炼,涡流大，发热量多它们工作效果会更好，那是不是所有情况下的涡流都是越大越好的呢？电动机、变压器的线圈都是绕在铁芯上的，当线圈通入变化的电流时，在铁芯中产生涡流，涡流产生的热量会损耗能量，发热量大还肯能损坏电器，因此我们在变压器中我们要尽量减少涡流的产生。问：要想减少这个铁芯上产生的涡流，该怎么办？方法一：增大材料的电阻率，增大电阻，可以减少涡流。我们采用电阻率很大的硅钢材料做铁芯。方法二：用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块铁芯。阻隔、减少回路板书：2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、涡流1、定义：2、应用：金属冶炼金属探测仪探雷器安检门3、防止：变压器、电动机下面我们再来看一个实验这是一个可以旋转的易拉罐，这是一个和易拉罐共轴的金属框，分别拨动它们，它们就可以转动。现在我在金属框两侧放两块强磁铁，然后我在拨动金属框，大家发现了什么现象？易拉罐也跟着转动起来了。由于磁体的运动带动易拉罐的运动，我们称为电磁驱动。板书：2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、涡流1、定义：2、应用：金属冶炼金属探测仪探雷器安检门3、防止：变压器、电动机二、电磁驱动问：磁体转动为什么能使易拉罐也转动起来？PPT答：磁体转动产生变化的磁场，易拉罐中产生涡流，易拉罐会受到安培力，产生转动。问：易拉罐的转动和磁体转动方向是同向还是反向。答：同向问：如何解释？答：阻碍磁通量变化，阻碍相对运动。（提示：用楞次定律解释）问：如果让易拉罐转动起来磁体会跟着转吗？答：会一起转。问：同学们想一想我们之前有没有做过电磁驱动的实验？答：自制电磁驱动实验、交流感应电动机。让我们再来看一下这个实验，没有磁体我拨动易拉罐转动起来再到停止，计下转动时间，如果我们把磁体固定在线框上，同样拨动易拉罐，再记下转动时间。发现了什么现象，时间差异很大，说明磁体阻碍了易拉罐的运动，我们把这一现象称为电磁阻尼。板书：2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、涡流1、定义：2、应用：金属冶炼金属探测仪探雷器安检门3、防止：变压器、电动机二、电磁驱动阻碍导体和磁场间的相对运动能量转化：电能转化机械能和内能.电磁阻尼阻碍导体和磁场间的相对运动能量转化：机械能转化为电能，最终转化为内能.电磁阻尼实例：我这有两根长度相同的管子，一根是塑料管，一根是铝管，还有一块强磁铁，我让磁铁分别从管子的上端下落到下端，大家请观察，并帮忙数数计时。大家发现了什么差别？为什么会产生这样的现象？答：磁铁在铝管中下落的很慢，因为磁铁和铝管有吸引。