第2章 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 （Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019 江苏专版）

第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 核心素养导学 物理观念 (1)了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。 (2)了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念。 (3)了解涡流现象的利用和危害。 科学思维 (1)会判断感生电动势的方向，并会进行相关计算。 (2)通过对涡流实例的分析，理解涡流在生产生活中的应用。 科学探究 观察电磁阻尼和电磁驱动现象，了解电磁阻尼和电磁驱动的原理。 科学态度与责任 通过对本节的学习，能体会电磁感应技术的应用对人类生活和社会发展的影响。 一、电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场：磁场变化时在空间激发的一种电场。 2．感生电动势：由感生电场产生的感应电动势。 3．感应电场的方向：与所产生的感应电流的方向相同，可由楞次定律判断。 (1)静电场是由电荷激发而产生的，感生电场是由变化的磁场激发而产生的。 (2)静电场的电场线不是闭合的，而感生电场的电场线是闭合的。　　 二、涡流 1．定义 当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内产生的像水中的漩涡状的感应电流。 2．应用 (1)涡流热效应：真空冶炼炉、电磁炉等。 (2)涡流磁效应：探雷器、安检门等。 3．防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。 (1)途径一：增大铁芯材料的电阻率，常用的铁芯材料是硅钢。 (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、电磁阻尼与电磁驱动 1．电磁阻尼 (1)概念：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： ①磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。 ②在运输灵敏电流表时用导线把两个接线柱连在一起，以阻碍表针摆动。 2．电磁驱动 (1)概念：磁场相对导体转动时，导体中产生感应电流，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)电磁驱动和电磁阻尼都遵循楞次定律。 (2)电磁驱动和电磁阻尼都是通过感应电流受到安培力，安培力做功引起能量的转化。　　 1.如图所示为电子感应加速器，请描述一下它的原理。 提示：电子在真空室内做圆周运动，线圈中变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生环形的感生电场，感生电场使电子加速。 2.如图是用涡电流金属探测器探测地下金属物的示意图。判断下列说法的正误。 (1)探测器内的探测线圈会产生交变磁场。(√) (2)探测器只能探测到有磁性的金属物。(×) (3)探测器能探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡电流。(×) 3．思考： 磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，工作效应比靠摩擦力刹车更稳定，如图为该新型装置的原理图(从后面朝前看)：过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。 这种刹车装置的原理是什么？ 提示：这种刹车装置是电磁阻尼的一种应用。 新知学习(一)|感生电场和感生电动势 [任务驱动] 如图，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，闭合电路内产生了感生电动势，产生了感应电流，你知道原理吗？ 提示：导体中的自由电荷在感生电场作用下做定向运动，产生感应电流。　　　　 [重点释解] 磁场变化时会在空间激发感生电场，处在感生电场中的闭合导体中的自由电荷在静电力的作用下定向运动，产生感应电流，或者说，导体中产生了感应电动势。由感生电场产生的电动势叫作感生电动势。 1．电路中电源电动势是非静电力对自由电荷的作用。在电池中，这种力表现为化学作用。 2．感生电场对电荷产生的力，相当于电源内部的所谓的非静电力。感生电动势在电路中的作用就是电源。 [典例体验] [典例]　如图所示的是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所对应的圆面，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下。设小球在运动过程中电荷量不变，则(　 ) A．小球受到的向心力大小不变 B．小球受到的向心力大小不断增大 C．洛伦兹力对小球做了功 D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比 [解析]　当磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一恒定的感生电场，由楞次定律知，电场方向和小球初速度方向相同，因小球带正电，电场力对小球做正功，小球速度逐渐增大，向心力也随着增大，A错误，B正确；洛伦兹力对运动电荷(小球)不做功，C错误；小球所受洛伦兹力F＝qBv，随着速率的增大而增大，同时B∝t，则F和t不成正比，D错误。 [答案]　B [针对训练] 1．关于感生电场，下列说法中正确的是(