内容正文:
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第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
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核心素养要求
核心素养呈现
1.建立感生电场的概念。
2.了解涡流的产生、利用和危害。
3.知道电磁驱动和电磁阻尼的原理及应用。
4.通过电磁驱动和电磁阻尼的实例分析,体会电磁驱动和电磁阻尼的产生机制,能分析电磁驱动和电磁阻尼的作用。
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课前
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磁场变化
感生电场
感生电场
电磁感应现象中的感生电场
1.感生电场:麦克斯韦认为, ___________时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的,我们把它叫做感生电场。
2.感生电动势:如果感应电动势是由___________产生的,它也叫做感生电动势。
3.应用:电子感应加速器就是利用___________使电子加速的设备。
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电流随时间变化
涡电流
涡流
快
大
大
小
涡流
1.涡流:当线圈中的_______________________时,线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,电流在导体中组成闭合回路,很像水中的漩涡,所以把它叫做___________,简称___________。
2.涡流大小的决定因素:磁场变化越___________(eq \f(ΔB,Δt)越___________),导体的横截面积S越___________,导体材料的电阻率越___________,形成的涡流就越大。
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结合感应电流的产生条件想一想,涡流的产生条件是什么?
提示:因为涡流的本质是感应电流,所以产生条件也有两个,一是穿过金属块的磁通量发生变化,二是金属块本身可自行构成闭合回路。
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磁场中
阻碍
电磁阻尼
当导体在___________运动时,导体中产生的感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是___________导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。
在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同吗?为什么?
提示:不同,因为电磁阻尼中安培力的方向与导体运动方向相反,是阻力,而在电磁驱动中,安培力的方向与导体运动方向相同,是动力。
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安培力
安培力
×
√
√
×
电磁驱动
若磁场相对导体运动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到___________的作用, ___________使导体运动起来,这种作用常常称为电磁驱动。
(1)导体中有涡流时,导体没有和其他元件组成闭合回路,故导体不会发热。( )
(2)电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。( )
(3)电磁阻尼发生的过程,存在机械能向内能的转化。( )
(4)电磁驱动中有感应电流产生,电磁阻尼中没有感应电流产生。( )
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课堂
重点探究
eq \a\vs4\al(感生电场和感生电动势)
[思维深化]
1.感生电场的产生
如图所示,B变化时,就会在空间激发一个感生电场E。如果E处空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动,而产生感应电流。
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2.变化的磁场周围产生的感生电场,与闭合电路是否存在无关。如果在变化的磁场中放一个闭合回路,回路中就有感应电流,如果无闭合回路,感生电场仍然存在。
3.感生电场可用电场线形象描述。感生电场是一种涡旋电场,电场线是闭合的,而静电场的电场线不闭合。
4.感生电场(感生电动势)的方向一般由楞次定律判断,感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E=neq \f(ΔΦ,Δt)计算。
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(2020·北京通州区检测)现代科学研究中常要用到高速电子,电子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,在上、下两个电磁铁的磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化,所产生的感生电场使电子加速。甲图为侧视图,乙图为真空室的俯视图。若此时电磁铁中通有图示电流,电子沿逆时针方向运动,则下列说法正确的是( )
A.若电磁铁中电流减小,则电子被加速
B.若电磁铁中电流增大,则电子被加速
C.若电子被加速,是因为洛伦兹力对其做正功
D.电子受到的感生电场力提供圆周运动的向心力
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