2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动教学设计（表格式）

课程信息 课题 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（第一课时） 教科书 书名：物理选修（第二册） -出卷网-：人民教育-出卷网- 教学目标 教学目标： 1. 了解感生电场。知道感生电动势产生的原因，会判断感生电场的方向 2. 通过实验了解涡流现象，知道涡流是怎样产生的，了解涡流现象的利用和危害 3. 通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用。 教学重点： 1. 了解感生电动势产生的原因，并会判断感生电场的方向 2. 知道涡流是如何产生的，了解它的利用和危害 教学难点： 感生电场的特点以及感生电场方向的判断。 教学过程 时间 教学环节 主要师生活动 约8分钟 约13分钟 1分钟 环节一： 感生电场 环节二：涡流 环节三：小结 环节一：感生电场 一、问题的提出 通过前面的学习，我们已经知道了，当闭合电路的部分导体切割磁感线时，回路中会出现感应电流，这是因为导体中出现了动生电动势，它是洛伦兹力导致的（左图）。 另外，在如右图所示的情境中，当我们通过断开、闭合开关，或者滑动滑动变阻器的滑片来改变线圈A中的电流时，线圈B中也出现了感应电流。这说明线圈B中也出现了感应电动势。问题来了，线圈A与B并未发生相对运动，所以B中的导线并没有切割磁感线，那么B中的感应电动势是如何产生的呢？ 二、麦克斯韦的解释 对这个问题，物理学家麦克斯韦提出了自己的解释：改变线圈A中的电流时，空间的磁场就会发生变化。变化的磁场会在空间中激发一种电场，我们把它叫做感生电场。注意：这种电场和静电场不同，它不是由静止电荷产生的。感生电场对导体，也就是线圈B中的自由电荷有力的作用，线圈B又是闭合的，自由电荷就会发生定向运动，形成感应电流。也就是说由于感生电场的存在，导体中产生了感应电动势。感生电场对自由电荷的力承担了非静电力的角色。 三、感生电场的特点 1.介绍电子感应加速器 在科学研究中常要用到高速电子电磁感应加速器，就是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图所示。上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子可在真空室中做圆周运动，电磁铁线圈中电流的大小方向可以变化，在两极之间产生变化的磁场。在图示时刻，通过电流的方向和线圈的绕向，判断真空管正处于竖直向上的磁场之中。 【思考】真空管中有一个电子枪不断地向右射出低速电子。当电磁铁线圈中的电流按一定规律变化时，我们发现，从电子枪中射出的低速电子在真空室中做逆时针加速圆周运动，形成了顺时针的环形的感应电流。这是为什么呢？电子加速肯定是因为受到了某种力的作用，会是磁场对运动电子的洛伦兹力吗？ 简单的分析之后就会发现，磁场对电子的洛伦兹力指向圆心方向，在电子运动方向并没有分力，所以洛伦兹力并不是电子加速运动的原因。在切向上肯定存在另一种力，这种力使电子加速运动，形成感应电流，它就应该是磁场变化引发的感生电场力。由于电子带负电，感生电场的方向与感生电场力的方向相反。 2.找寻感生电场的规律 （1）首先，感生电场力和感生电场方向都沿电子圆周轨迹切线，画出电场线。我们发现，感生电场的电场线是一条闭合曲线，大家还记得，静电场的电场线有起点和终点，不是闭合的，两者有明显区别。 （2）另一个特点，电子是在与磁场垂直的平面上做加速圆周运动的，这说明，感生电场力和感生电场也存在于和磁场垂直的平面上。不仅如此。我们可以将任意半径的真空管放入磁场中，由于穿过这些真空管的磁通量都会发生变化，这些管内的电子枪射出的电子都会形成感应电流，这说明，这些管内都有感生电场。所以，感生电场是分布在整个平面上的，无处不在。同理，在其它与磁场垂直的平面上也是一样的。可以说，只要有磁场变化的空间内就会伴随着感生电场。 （3）我们来判断一下感生电场 ... ...