超导磁悬浮列教学设计

《超导磁悬浮列车》教学设计

[物理新课程（选修）]

新安中学刘芸

一、教学设计思路

1．在学生学完“楞次定律“之后，引导学生所学知识应用于高科技——超导磁悬浮列车，利用网络优势，让学生上网去探究”磁悬浮“的有关知识，拓宽知识面；本节采用了自主、开放的学习模式，在教师指导下充分运用多媒体技术，把学生分成若干组，由学生自己动手操作检索、归纳，获得有关超导（原理、优越性、安全性以及发展情况等）有利用调动学生的情感参与，使教师作用能融入于学生的主体精神之中，培养学生探究意识，团结协作精神，使学生学有所得，提高教学的整体效益。

2．学生的要求：

要求学生要有较强的计算机操作能力，自主学习能力，协作能力，语言表达能力。

3．教学目标、重点、难点的确立：

依据当前大综合考试的要求和学生的认知规律及现有的知识水平。

4．重视问题情境的创设和学生思维动机的激发，引导学生主动探究和建构知识，是优化本课堂教学过程的有效途径。

二、教学目标

知识与技能：

1．理解当前磁悬浮列车的两种成熟技术，常导和超导

2．了解磁悬浮列车的优势和不足

3．清楚磁悬浮列车的悬浮原理和驱动原理

1．锻炼学生利用网络自主学习的能力

过程与方法：

通过磁悬浮列车知识的学习过程，培养学生自主学习能力，分析综合能力，语言表达能力，知识迁移能力

情感态度与价值观：

培养学生热爱科学、献身科学的志向

三、教学重点

1．磁悬浮列车的两种成熟技术，常导和超导

2．磁悬浮列车的悬浮原理和驱动原理

3．磁悬浮列车的优势和不足

四、教学难点

1．磁悬浮列车的悬浮原理和驱动原理

2．探究的过程

五、教法：自主学习、问题讨论、多向交流相结合的教学法

六、课型：网络环境课

七、课时：一课时。

八、教学流程图:

九、教学过程

﹙一﹚﹑确定课题

1、通过复习“楞次定律“的内容，提出问题：（多媒体课件展示）

超导是当今高科技的热点。当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用，这种排斥力可使磁体悬浮于空中。

你能运用所学的物理知识简要说明为什么会出现这种现象？

引导学生回答：

通过超导磁悬浮列车图片的展示（网络播放）简介超导磁悬浮列车的优越性和研制的重大意义。确定课题：

21世纪人类理想的交通工具——超导磁悬浮列车

提出一系列有关问题

（1）磁悬浮列车的原理是什么？

（2）磁悬浮”的构想是由那个国家谁最早提出的？磁悬浮列车包含两项什么基础技术？（3）“磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类，它们有什么不同？

（4）简述磁悬浮列车的发展

(5)超导磁悬浮列车有什么优越性和不足之处?

(6)乘座高速的磁悬浮列车安全吗?是否会受到磁辐射的伤害？

(7)超导磁悬浮列车是否也像普通列车一样需要两条轨道?在架线路上与普通轨道有何不同?

(8)你能说说我国超导磁悬浮列车的发展状况以及进程.

(9)超导磁悬浮列车的外观有什么特点?目前超导磁悬浮车的车速在每小时几百千米左右,若继续提速会遇到什么难题?

引导学生利用网络资源,上网查询,筛选、归纳、试回答.

2 把学生分成若干组，每3—4人，每组只回答两个问题。

﹙二﹚﹑搜集资料、分析资料

学生在教师的指导下，每组根据所要回答的问题进行分工，在网站上检索、查阅，对查阅的资料下载、筛选、归纳和组合，提取有用的信息形成自己的观点。

﹙三﹚﹑交流(师生协作、共同活动）

每组派代表，通过网络展示自己的观点，在网上进行交流、讨论。而后教师点评，提供“参考答案”，让学生参阅、对照。提出见解。

本次课各小组发言摘录如下：

1 原理:就是利用车体两侧安装的电磁铁同地面上设置的线圈之间产生的磁力排斥作用,使列车悬浮起来，然后靠利用直线运动推动车体前进的线性马达（而不是靠转动）使列车向前飞奔。磁悬浮列车在列车的底部有用一般材料或超导体材料（在一定温度下这种导体的电阻接近于零）绕制的线圈，而在轨道上安装环形线圈。根据法拉弟的电磁感应定律，当列车底部的线圈通入电流产生的磁力线被轨道环形线圈所切割,就在环形线圈产生感应磁场,它与列车后部超导线圈产生的磁场同性相斥，就使列车悬浮起来。由于磁悬浮列车克服了轮子和轨道的摩擦阻力，因而使列车的速度达到或超过每小时300千米。

2 磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年Hermann Kemper 先生就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁浮列车的专利。

悬浮的原理:列车上装有超导磁体，由于悬浮而在线圈子上高速前进。这些线圈子固定在铁路的底部，由于电磁感应，在线圈子里产生电流，地面上线圈产生的磁场极性与列车的电磁体极性总是保持相同,这样在线圈和电磁体之间就会一直存在排斥力，从而使列车悬浮起来。

前进的原理：在位于轨道两侧的线圈子里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用,就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。在线圈子里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈。现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速通过电能转换器高速在线圈里流动的交流电的频率和电压。

3 .1911年，俄国托本斯克工艺学院的一位教授曾根据电磁作用原理，设计并制成一个磁垫列车模型。该模型行驶时不与铁轨直接接触，而是利用电磁排斥力使车辆悬浮而与铁轨脱离，并用电动机驱动车辆快速前进。

1960年美国科学家詹母斯.鲍威尔和高登.丹提出磁悬浮列车的设计,利用强大的磁场将列车提升至离轨几十毫米,以时速300公里行驶而不与轨道发生摩擦。遗撼的是，他们的设计没有被美国所重视，而是被日本和德国捷足先登。德国的磁悬浮列车采用磁力吸引的原理，克劳斯.马菲公司和MBB公司于1971年研制成常导电磁铁吸引式磁浮模型试验车。英国于1984年在伯翰建成低速磁力悬浮式铁路并投入使用，其磁浮列车的称为“玛戈莱夫”，由一台异步线性电动机驱动，运行时高出轨面15毫米，它由个车厢组成，每个车厢能载40名乘客。列车上无驾驶员，由计算机自动控制。

随着超导和高温超导热的出现。推动了超导磁悬浮列车的研制。这种超导磁悬浮列车利用超导磁石使车体上浮，通过周期性地交换磁极方向而获得推进动力。日本于1977年制成了ML500型超导磁浮列车的实验车，1979年月12月达到了每小时517千米的高速度，证明了用磁悬浮方式高速行驶的可能性。1987年3月，日本完成了超导体磁悬浮列车的原型车，其外形呈流线形，车重17吨，可载44人，最高时速为420公里，车上装备的超导体电磁铁所产生的电磁力与地面槽形导轨上的线圈所产生的电磁力互相排斥，从而使车体上浮。槽形导轨两侧的线圈与车上电磁铁之间相互作用，从而产生牵引力使车体一边悬浮一边前进。由于是悬空行驶，因而基本上不用车轮。但在起动时，还需有车轮做辅助支撑，这和飞机起隆时需要轮子相似。这列超导磁悬浮列车由于试验线路太短。末能充分展示出悬空的卓越性能。

目前，美国正在研制地下真空磁悬浮超音速列车。这种神奇的“行星列车”设计最高时速为2。25万公里，是音速的20多倍。它横穿美国大陆只需21分钟，而喷气式客机则需要5小时。这项计划要求在地下挖出隧道，铺设两根至四根直径为12米的管道，然后抽出管道中的空气，使其接近真空状态，最后再用超导方式行驶磁悬浮列车。