第二章 3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-（教师WORD）2021-2022学年高中物理【精讲精练】人教版选择性必修 第二册 新课标辅导

3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [学业要求与核心素养] 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及感生电动势的大小。 2．知道涡流的产生原因及涡流的防止和应用。 3．知道电磁阻尼和电磁驱动的原理和应用。 一、电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场 (1)定义：麦克斯韦在他的电磁理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场，这种电场叫感生电场。 (2)感生电场的方向根据闭合电路(或假想的闭合电路)中感应电流的方向确定。 2．感生电动势：由感生电场产生的感应电动势。 3．电子感应加速器是使用变化磁场产生感生电场的电场力对电子做功使电子不断的加速。 二、涡流 1．定义：在变化的磁场中的导体内产生的感应电流就像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。 2．涡流大小的决定因素：磁场变化越快(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。 3．应用 (1)涡流热效应的应用：如真空冶炼炉。 (2)涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门。 4．防止 电动机、变压器等设备中为防止铁芯中涡流而导致浪费能量、损坏电器，应采取如下措施： (1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。 (2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 三、电磁阻尼和电磁驱动 1．电磁阻尼 (1)定义：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象。 (2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数。 2．电磁驱动 (1)定义：磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来的现象。 (2)应用：交流感应电动机。 |自我诊断| 1．判断下列说法的正误。 (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。(×) (5)磁场可以对电荷做功。(×) (6)感生电场可以对电荷做功。(√) (7)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强。(×) 2．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图2－3－1所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(如图中的虚线所示)。一个质量为m的小金属块从抛物线上y＝b(b＞a)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为mg(b－a)＋mv2。 图2－3－1 知识点一　对感生电场的理解 [问题探究] 如图2－3－2所示，B增强，那么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。 图2－3－2 (1)感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？ (2)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？ 答：(1)感应电流的方向与正电荷定向移动的方向相同。感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律来判定。 (2)感生电场对自由电荷的作用。 [归纳升华] 1．产生：如图2－3－3所示，变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关。如果在变化磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动。 图2－3－3 2．方向：闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感应电场的电场方向。依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感应电场的方向。 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。 [例1]　著名物理学家费曼曾设计这样一个实验装置：一块绝缘圆板可绕其中心的光滑轴自由转动，在圆板的中部有一个线圈，圆板的四周固定着一圈带电的金属小球，如图2－3－4所示。当线圈接通电源后，将有图示方向的电流流过，则下列说法正确的是 图2－3－4 A．接通电源瞬间，圆板不会发生转动 B．线圈中电流的增大或减小会引起圆板向相同方向转动 C．接通电源后，保持线圈中电流不变，圆板转动方向与线圈中电流流向相同 D．若金属小球带负电，接通电源瞬间圆板转动方向与线圈中电流流向相同 [解析]　线圈接通电源瞬间，则变化的磁场产生变化的电场，从而导致带电小球受到电场力，使其转动，故A错误；不论线圈中电流增大或减小都会引起磁场的变化，从而产生电场，使小球受到电场力，从而转动，由于电场力与电荷带正负电有关，故B错误；接通电源后，保持线圈中电流不变，则磁场不变，则不会产生电场，小球不受到电场力，故C错误；接通电源瞬间小球受到电场