2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第二册 ）

第二章 电磁感应 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 【核心素养目标】 物理观念 了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理. 科学思维 理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用. 科学探究 理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用． 科学态度与责任 通过涡流、电磁阻尼和电磁驱动等知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　电磁感应现象中的感生电场 【情境导入】 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感生电场的作用下做定向移动，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？ 答案　(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． 【知识梳理】 1．感生电场 ———认为，磁场变化时会在空间激发一种 ，这种电场叫作感生电场． 2．感生电动势 由感生电场产生的电动势叫感生电动势． 3．电子感应加速器 电子感应加速器是利用 使电子加速的设备，当电磁铁线圈中 的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速． 【重难诠释】 1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的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．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． 3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算． 【典例精析】 例1．如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动．若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，若运动过程中小球的带电荷量不变，那么(　　) A．磁场力对小球一直做正功 B．小球受到的磁场力不断增大 C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动 D．小球仍做匀速圆周运动 【规律方法】 闭合回路(假定其存在)的感应电流方向就表示感生电场的方向．判断思路如下： → ―→ 知识点二　涡流 【情境导入】 如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？ 【知识梳理】 1．涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流． 2．金属块中的涡流会产生热量，利用涡流产生的热量可以冶炼金属． 【重难诠释】 1．产生涡流的两种情况 (1)块状金属放在变化的磁场中． (2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动． 2．产生涡流时的能量转化 (1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能． (2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，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． 3．涡流的应用与防止 (1)应用：真空冶炼炉、探雷器、安检门等． (2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯． 【典例精析】 例2． (多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害(　　) A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅 B．探雷器的线圈中要通变化着的电流 C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成 D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层 知识点三　电磁阻尼和电磁驱动 【情境导入】 弹簧上端固定，下端悬挂一个磁体．将磁体托起到某一高度后放开，磁体能上下振动较长时间才停下来．如果在磁体下端放一个固定的闭合线圈，使磁体上下振动时穿过它(如图所示)，磁体就会很快停下来，解释这个现象． 【知识梳理】 电磁阻尼 当导体在 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 导体的运动，这种现象称为电磁阻尼． 电磁驱动 若磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到 的作用， 使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动． 【重难诠释】 电磁阻尼和电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的 效果 安培力方向与导体运动方向相反，为阻力 安培力方向与导体运动方向相同，为动力 能量 转化 克服安