(教用word)第2章 3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 核心素养目标 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 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．了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动的概念，解释自然现象，解决实际问题 了解涡流的原理，能在问题情境中应用其性质进行分析，获得结论 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及其在生活、生产中的应用 通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生活和生产中的应用和防止 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．电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。 二、涡流 1．当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，在导体中产生的看起来像水中漩涡的感应电流，叫作涡电流，简称涡流。 2．特点：整块金属的电阻率很小，涡流往往很强，产生的热量很多。 3．应用 (1)涡流热效应：如真空冶炼炉、电磁炉。 (2)涡流磁效应：如探雷器、安检门。 4．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。 (2)途径二：用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。 三、电磁阻尼和电磁驱动 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的运动的现象。 (2)应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止到某位置，便于读数。 2．电磁驱动 (1)概念：如果磁场相对于导体运动，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．思考判断 (1)涡流有热效应，但没有磁效应。 (×) 提示：涡流既有热效应，又有磁效应。 (2)在硅钢中不能产生涡流。 (×) 提示：硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流。 (3)电磁炉在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的。 (√) (4)在电磁驱动和电磁阻尼中，感应电流的结果总是阻碍磁场跟线框的相对运动。 (√) (5)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。 (×) (6)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。 (×) (7)磁场越强，磁场变化时产生的感生电场越强。 (×) 2．思考探究 (1)举例说明涡流的应用与防止。 提示：应用有真空冶炼炉、探雷器等；防止如电动机与变压器的铁芯用硅钢片。 (2)如何防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量、损坏电器？ 提示：增大铁芯材料的电阻率；用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。 (3)举例说明电磁阻尼的应用。 提示：磁电式电流表中利用电磁阻尼使指针迅速停下来，便于读数。 (4)如何用楞次定律解释电磁阻尼。 提示：安培力阻碍引起感应电流的磁场与导体间的相对运动。 　 　　对感生电场的理解 如图所示，B增强时，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。 (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？ 提示：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)上述情况下，哪种作用扮演了非静电力的角色？ 提示：感生电场对自由电荷的作用。 1．感生电场的产生：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回路，自由电荷将在感生电场的作用下发生定向移动。 2．感生电场的方向：闭合环形回路(可假定存在)的电流方向就表示感生电场的方向。依据实际存在的或假定存在的回路结合楞次定律判定感生电场的方向。 3．感生电场可用电场线形象描述。静电场的电场线不闭合，而感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。 著名物理学家费曼曾设计过这样一个实验装置：一块绝缘圆板可绕过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(　　) 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 D　解析：线圈接通电源瞬间，变化的磁场产生变化的电场，从而导致带