第07讲 涡流，电磁阻尼和电磁驱动-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）

第07讲 涡流，电磁阻尼和电磁驱动 【学习目标】 (1)了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。 (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。 (4)了解电磁阻尼和电磁驱动。 【基础知识】 【考点剖析】 一、电磁感应现象中的感生电场 1.麦克斯韦认为，磁场变化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，我们把它叫作感生电场。如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，也就是说导体中产生了感应电动势。 电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。 基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。 二、涡流及其应用 电磁炉把水加热，金属块中的涡流是怎样形成的？ 迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈（或导体）中可能会产生感应电流。这样的感应电流看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。金属块中的涡流会产生热量。 涡流热效应的应用：真空冶炼炉、电磁炉。 涡流磁效应的应用：探雷器、安检门。 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而浪费能量，损坏电器。我们可以通过什么途径来防止涡途径一：增大铁芯材料的电阻率； 途径二：用互相绝缘的硅钢片叠 成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 涡流中的能量转化 涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。 总结：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。 (2)磁场变化越快ΔB/Δt越大，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 典题分析 例1.如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是(　　) A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的 B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的 C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的 D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的 解析：电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误。 答案： B　 例2.安检门是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门。安检门主要应用在机场、车站等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐藏的金属物品，如枪支、管制刀具等。如图为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则(　　) A．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针 B．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大 C．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针 D．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化 解析：当左侧线圈中通有不断减小的顺时针方向的电流时，可知穿过右侧线圈的磁通量向右，且不断减小，根据楞次定律可知，右侧线圈中产生顺时针方向的感应电流，故A错误；无金属片通过时，通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则通电线圈中的磁通量均匀减小，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀减小，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B错误；有金属片通过时，则穿过金属片中的磁通量发生变化时，金属片中也会产生感应电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以也会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化。但是电流的方向不会发生变化，C错误，故选D。 答案：D 三、电磁阻尼 一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向。安培力对线圈的运动有什么