07第二章 3. 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [学业要求] 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：麦克斯韦认为，磁场变化会在空间激发一种电场，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．电子感应加速器是利用变化磁场产生感生电场的电场力对电子做功使电子加速的设备。 二、涡流 1．定义：在变化的磁场中的导体内产生的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 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，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向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。 1．下列说法正确的是(　　) A．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 B．电磁阻尼和电磁驱动不遵循楞次定律 C．电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化 D．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 答案　C 2．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，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。 知识点一　对感生电场的理解 [问题探究] 如图所示，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。 (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。 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。 　现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速。如图所示(上方为侧视图，下方为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，则当电磁铁绕组通以图中所示的电流时(　　) A．电子在轨道上顺时针运动 B．保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速 C．保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 D．被加速时电子做圆周运动的周期不变 [解析]　当电磁铁绕组通有图中所示的电流时，由安培定则知，将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空室空间内将产生顺时针方向的涡旋电场，电子沿逆时针方向运动，电子将加速；同理可判断知，当电流减小时，电子将沿逆时针方向减速，故AB错误，C正确。由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，由T＝知，电子加速后，电子做圆周运动的周期减小，故D错误。 [答案]　C 核心素养·思维升华 判断感生电场方向的思路 1.某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可