2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动-2023-2024学年高二物理备课必备讲义（人教版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 【科技前沿】我国研制的世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置 这台设备利用金属在磁场中的运动产生涡流的方式来加热。这台兆瓦级高温超导感应加热装置处理一块重达500多公斤的铝锭为例，过去，温度从20℃加热到403℃，至少需要9个小时。现在，通过应用这个装置，只需10分钟就可以完成。 【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？ 【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．（多选）关于电磁感应现象中的感生电场，下列说法正确的是（　　） A．感生电场不同于静电场，其电场线是闭合曲线 B．由感生电场产生的感生电动势的表达式为 C．感生电场产生感生电动势中的非静电力是洛伦兹力 D．感生电动势对应的非静电力对自由电荷不做功 【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 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 ，简称 ． 2．金属块中的涡流会产生 ，利用涡流产生的 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．电磁炉又名电磁灶，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高，是一种高效节能橱具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。由高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。图示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（　　） A．电磁炉通电线圈加交流电后，在图示通电线圈中产生热量从而对锅体加热 B．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好 C．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料不能产生涡流 D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用 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，