2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（人教版2019选择性必修第二册）

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 模块一 知识掌握 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？ 【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． [例题1] （2023春•南岗区校级月考）下列说法中正确的是（　　） A．磁生电场由变化的磁场产生，磁生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向 B．磁生电场的方向同样也可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 C．磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，利用了电磁驱动 D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律 [例题2] （2022秋•市南区校级期末）如图所示，长度均为1m的甲、乙空心铝管竖直放置，其中乙管有一条竖直的裂缝。某同学把一块圆柱形的强磁体先后从甲、乙两管的上端由静止放入管口，磁体在甲、乙两管中运动的时间分别为3s和0.6s。磁体的直径略小于铝管的内径，不计磁体与管壁的摩擦及空气阻力。关于磁体在甲、乙两管中的运动，下列说法正确的是（　　） A．磁体在甲管内下落的过程中，所受合外力的冲量可能为0 B．磁体在甲管中加速向下运动时，铝管对桌面的压力将逐渐增大 C．磁体在乙管内下落的过程中，乙管中没有产生感应电动势和感应电流 D．磁体在乙管内下落的过程中，其重力势能的减少量小于动能的增加量 [例题3] （多选）（2023•湛江二模）可控核聚变的磁约束像一个无形的管道，将高温等高子体束缚在其中，通过电磁感应产生的涡旋电场给等离子体加速，此情境可以简化为如图所示的装置，两个半径不同的同心环形光滑绝缘管道a、b处于垂直纸面向里、磁感应强度大小随时间均匀增大的匀强磁场中，甲、乙两个完全相同的带负电小球分别在a、b两管道中同时由静止释放，之后两小球在管道内做速率随时间均匀增大的加速运动，不计小球受到的重力及小球间相互作用力，下列说法正确的是（　　） A．小球甲沿逆时针方向运动 B．小球乙沿顺时针方向运动 C．小球甲受到的洛伦兹力保持不变 D．小球乙受到的洛伦兹力变大 [例题4] （2023春•莆田期末）英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发涡旋电场。如图所示，一个半径为r的绝缘光滑细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一电荷量为q的带正电的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k。若小球从静止释放，在环上运动两圈回到初位置时的动能是（　　） A．0 B．πr2qk C．2πr2qk D．4πr2qk [例题5] （2023春•东城区校级期中）麦克斯韦电磁理论认为：变化的磁场会在空间激发一种电场，这种电场与静电场不同，称为感生电场或涡旋电场。如图甲所示，空间存在竖直向上的匀强磁场（范围足够大），磁感应强度大小随时间的变化关系为B＝k•t（k＞0且为常量）。半径为R的圆形导体环水平放置，处在该匀强磁场中。该变化的磁场会在空间产生圆形的涡旋电场，涡旋电场的电场线与导体环具有相同圆心的同心圆，同一电场线上各点场强大小相同，方向沿切线。导体环中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势，涡旋电场力充当非静电力，其大小与涡旋电场的场强E'关系满足F＝E'q，问： （1）感应电流的方向？导体环中产生的感应电动势E的大小？ （2）图乙为图甲的俯视图，去掉导体环，在半径为R的圆形弧线上有M、N两点，MN之间所夹的小圆弧恰为整个圆周的，将一个带电量为+q的带电小球沿着圆弧分别沿顺时针、逆时针从M移动到N，则两种情况下，涡旋电场力分别对该小球所做的功？ （3）对比涡旋电场和静电场，分析涡旋电场中是否存在电势能的概念？请说明理由。 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