《47《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学案（教师）20111128》由会员分享，可在线阅读，更多相关《47《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学案（教师）20111128（5页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动导学教案审核人： 班级 姓名 编写人：沈 滨预习案【教学目标】一、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涡流二、过程与方法；1、用实验的方法引入新课激发学生的求知欲2、通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因3、利用理论联系实际的方法加深理解涡流三、情感态度与价值观；1、体验实验的乐趣，引发学生去分析问题，解决问题，提高其学习掌握知识的能力2、通过理论与实际相结合，提高学习情趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力。【教学重难点】涡流的产生原因和涡流的作用【教材导读】教材描述涡流产生的原因及其物理本质，同时对感应加热作了展开，描述
2、了感应加热的其它应用及优点。然后描述了涡流制动及涡流探测，最后指出，涡流有利有弊，要防止涡流的危害。【学情分析】这节课在高考的考纲中属于识记内容，重点了解涡流的产生、利用和防止，知道电磁阻尼和电磁驱动。在本节课中使用了诸多教学用具，有电机、变压器铁芯、演示涡流生热装置（可拆变压器）、电磁阻尼演示装置、电磁驱动演示装置等等，同时辅以多媒体视频演示实验现象。通过演示实验，引导学生观察现象、分析实验。培养学生客观、全面地认识事物的科学态度。培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。学生们对涡流的利用和防止的兴趣极大。【预习自测】1、用来冶炼合金钢的真空_，炉外有_，线圈中通入_电流，炉内的金属中产生_涡
3、流产生的_使金属熔化并达到很高的温度。答案：冶炼炉 线圈 周期性变化的 涡流 热量2、利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在_中进行，这样就能防止_进入金属，可以冶炼高质量的_。答案：真空 空气中的杂质 合金3、探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中_有的电流如果地下埋着_，金属中会感应出_，涡流的_又会反过来影响线圈中的_，使仪器报警。答案：变化着 金属物品 涡流 磁场 电流4、如果磁场相对于导体转动，在导体中产生 ，感应电流使导体受到安培力的作用， 使导体运动起来，这种作用常常称为 。答案：感应电流 安培力 电磁驱动【提出困惑】涡流作用的利与弊【信息链接】电
4、磁灶电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，采用磁场感应涡加流加热原理，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当磁场内的磁力线通过铁质锅底时会产生无数的涡流是锅的本身自行高速发热，就放出大量的热量，然后再作用于锅内食物，将饭菜煮熟。这种最新的加热方式，能减少热量传递的中间环节，可大大提升制热效率，比传统炉具（电炉、气炉）节省能源一半以上。探究案一、涡流定义；块状金属放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动，金属块内有感应电场产生，从而形成闭合回路，这时在整块金属内部引起闭合涡旋状的感应电流，所以叫做涡电流。“涡电流”简称涡流。涡流是
5、由于变化的磁场产生电场,这种电场称为涡旋电场，这时涡旋电场力可以在整块金属内部引起涡电流。因此涡流的大小取决于回路电阻和磁场变化率二、涡流的热效应； 当变压器的线圈中通过交变电流时，在铁芯内部有变化的磁场，因而产生感生电场，引起涡流。涡流在通过电阻时也要放出焦耳热。1有利处加以应用：利用的热效应进行加热的方法称为感应加热。而涡流的大小和磁通量变化率成正比，磁场变化的频率越高，导体里的涡流也越大。实际上,一般使用高频交流电激发涡流。如：A高频焊接：线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流（涡电流）。由于焊缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一
6、起。我国产生的自行车架就是用这种方法焊接的。B高频感应炉：高频感应炉利用涡流来熔化金属。图是冶炼金属的感应炉的示意图冶炼锅内装入被冶炼的金属，线圈通上高频交变电流，这时被冶炼的金属中就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种合金和特种钢2弊端加以控制：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。变压器、电机铁芯中的涡流热效应不仅损耗能量，严重时还会使设备烧毁为减少涡流，变压器、
7、电机中的铁芯都是用很薄的硅钢片叠压而成。因为在导体中涡流的大小和电阻有关，电阻越大涡流越小。为了减小涡流造成的热损耗，电机和变压器的铁芯常采用多层彼此绝缘的硅钢片迭加而成(材料采用硅钢以增加电阻)。这些薄片表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。磁通穿过薄片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，再由于这种薄片材料的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。所以，交流电机、电器中广泛采用叠片铁心。三、涡流的磁效应；1电磁阻尼现象：把铜板做成的摆放到电磁铁的磁场中，当电磁铁未通电时，摆要往复多次，摆才能停止下来如果电磁铁通电，磁场在摆动的铜板中产生
8、涡流。涡流受磁场作用力的方向与摆动方向相反，因而增大了摆的阻尼，摆很快就能停止下来。这种现象称为电磁阻尼。2应用：电磁仪表中的电磁阻尼器就是根据涡流磁效应制作的，在磁电式测量仪表中，常把使指针偏转的线圈绕在闭合铝框上，当测量电流流过线圈时，铝框随线圈指针一起在磁场中转动，这时铝框内产生的涡流将受到磁场作用力，抑止指针的摆动，使指针较快地稳定在指示位置上。此外，电气机车的电磁制动器也是根据这一效应制作的。四、涡流的机械效应-电磁驱动；在磁场运动时带动导体一起运动，这种作用称为“电磁驱动”作用。当磁铁转动时，根据楞次定律此时在圆盘上将产生涡流，受到磁场的作用力将产生一个促使金属圆盘按磁场旋转方向发
9、生转动的力矩。但是如果圆盘的转速达到了与磁场转速一样，则两者的相对速度为零，感应电流便不会产生，这时电磁驱动作用便消失。所以在电磁驱动作用下，金属圆盘的转速总要比磁铁或磁场的转速小，或者说两者的转速总是异步的。感应式异步电动机就是根据这个原理制成的（见课本P28 图4.7-9）。电磁驱动作用可用来制造测量转速的电表，这类转速表常称为磁性式转速表。用磁性式转速表测量转速时，将被测机器的转轴通过连接器和传动机构与转速表中的永久磁铁的转轴相连，永久磁铁一般是由一块充以四个极的磁钢制成，这便形成一个旋转磁场。在永久磁铁的上方有一个金属圆盘，称为感应片。感应片与永久磁铁间有很小的气隙，两者互不接触。当永
10、久磁铁随着机器的转轴旋转时，感应片上将产生涡流。这涡流又将受到这旋转磁场的作用力，结果感应片被驱动，从而沿永久磁铁的旋转方向运动。感应片的转动将带动与感应片转轴相连的弹簧，将其扭紧，从而产生弹性恢复转矩。最后，当感应片转过一定的角度，由电磁驱动作用产生的转矩刚巧与弹性恢复的转矩抵消时，便达到一个暂时平衡状态。由机器带动转动的永久磁铁转速越快，感应片受到的电磁驱动作用所产生的转矩越大，因而指针的偏转角度就越大。这样，便可通过指针的偏转角度来显示机器的转速。【教材点拨】1、涡流涡流的产生机理：处在磁场中的导体，只要磁场变化就会引起导体中的磁通量的变化，导体中就有感应电动势，这一电动势在导体内部构成
11、回路，导体内就有感应电流，因为这种电流像水中的旋涡，所以称为涡流。在大块的金属内部，由于金属块的电阻很小，所以涡电流很大，能够产生很大的热量。严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生，只是涡电流的大小有区别，以至一些微弱的涡电流就被我们忽视了。涡流的利用：利用高频真空冶炼炉冶炼高纯度的金属；用探测器探测地雷、探测地下电缆也是利用涡流的工作原理；利用涡电流可以治疗疾病；利用涡流探伤技术可以检测导电物体上的表面和近表面缺陷、涂镀层厚度和热处理质量（如淬火透入深度、硬化层厚度、硬度等）；还有上海的磁悬浮列车是利用涡电流减速的。涡流的防止：防止涡流的主要途径是增大在变化的磁场中使用的金属导体的
12、电阻：一是选用电阻率大的材料，二是把导体制作成薄片，薄片与薄片之间用绝缘材料相隔，这样增大电阻减小因涡电流损失的能量。2、电磁阻尼导体与磁场相对运动时，感应电流受到的安培力总是阻碍它们的相对运动，利用安培力阻碍导体与磁场间的相对运动就是电磁阻尼，磁电式仪表的指针能够很快停下，就是利用了电磁阻尼。上面提到的“磁悬浮列车利用涡电流减速”其实也是一种电磁阻尼。3、电磁驱动导体与磁场相对运动时，感应电流受到的安培力总是阻碍它们的相对运动，应该知道安培力阻碍磁场与导体的相对运动的方式是多种多样的。当磁场以某种方式运动时（例如磁场转动），导体中的安培力为阻碍导体与磁场间的相对运动使导体跟着磁场动起来（跟着
13、转动），这就是电磁驱动。其实不管是“电磁阻尼”还是“电磁驱动”，都是利用了楞次定律中的“阻碍”两个字。【当堂检测】同样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯放在同一变化的磁场中相比较（ ）A金属块中的涡流较大，热功率也较大 B硅钢片中涡流较大，热功率也较大C金属块中涡流较大，硅钢片中热功率较大 D硅钢片中涡流较大，金属块中热功率较大如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（ ）A铝环的滚动速度将越来越小 B铝环将保持匀速滚动C铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极D铝环的运动速率会改变，但运动
14、方向将不会发生改变如图所示，闭合金属环从曲面上 h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（ ）A若是匀强磁场，环滚上的高度小于 hB若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（ ）A铁 B木C铜 D铝如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做_ _运动（选填“加速”、“匀速”
15、或“减速”）练习案桌面上放一铜片，一条形磁铁的N极自上而下接近铜片的过程中，铜片对桌面的压力 ( )A增大 B减小C不变 D无法判断是否变化如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是( )A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属
16、线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则( )A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反B.线框进入磁场区域后，越靠近OO线时速度越大，因而产生的感应电流也越大C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能答案：线框在进入和离开磁场的过程中磁通量才会变化，也可以看做其部分在切割磁感线，因此有感应电流，且由楞次定律或右手定则可确定进入和离开磁场时感应电流方向是相反的，故A项正确；当线圈整体都进入匀强磁场后，磁通量就保持不变了，此段过程中
17、不会产生感应电流，故B错误，但提醒一下的是此时还是有感应电动势的(如果是非匀强磁场，则又另当别论了)；当线框在进入和离开磁场的过程中会有感应电流产生，则回路中有机械能转化为电能，或者说当导体在磁场中做相对磁场的切割运动而产生感应电流的同时，一定会有安培“阻力”阻碍其相对运动，故线框的摆角会减小，但当线框最后整体都进入磁场中后，并只在磁场中摆动时，没有感应电流产生，则机械能保持守恒，摆角就不会再变化，故C项正确，而D项错误.综上所述，正确答案是AC项.如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）A A、B两点在同一水
18、平线B A点高于B点C A点低于B点D 铜环将做等幅摆动下列说法正确的是( )A录音机在磁带上录制声音时，利用了电磁感应原理B自感现象和互感现象说明磁场具有能量C金属中的涡流会产生热量，生活中的电磁炉是利用这一原理而工作的D交流感应电动机是利用电磁驱动原理工作的答案：BCD解析：录音机在磁带上录制声音时，是利用了电流的磁效应，使磁带上的磁粉被磁化，A项错误自感现象说明磁场能够储存能量，互感现象说明磁场能够携带能量，B项正确电磁炉利用涡流工作，交流感应电动机利用电磁驱动原理工作，C、D项正确磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )A防止涡流而设计的 B利用涡流而设
19、计的C起电磁阻尼的作用 D起电磁驱动的作用答案：BC 。解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用正确选项是BC.如下图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO轴转动，当磁铁按下图示方向绕OO轴转动，线圈的运动情况是( )A俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D线圈静止不动答案：C解析：当磁铁转动时，由楞次定律知，线圈中有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，即感应电流的方向必定是使其受到的安培力的方向与磁铁转动方向相同，以减小磁通量的增加，因而线圈跟着转起来，但转速小于磁铁的转速。有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动，如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触(如图)，铜盘就能在较短的时间内停止，分析这个现象产生的原因。答案：铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动，故在较短的时间内铜盘停止转动。【教学反思】
47《涡流、电磁阻尼和电磁驱动》导学案（教师）20111128
