第二章 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第3节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [学习目标要求]　1.知道感生电场的产生。2.知道涡流是如何产生的。3.知道涡流对我们有不利和有利两方面的影响，以及如何利用和防止涡流。4.知道电磁阻尼和电磁驱动。 　电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。 2．感生电动势：如果感应电动势是由感生电场产生的，它也叫作感生电动势。 3．应用：电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。 [判一判] 　(1)感生电场线是闭合的。(√) (2)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。(√) (3)处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。(√) 　涡流 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，电流在导体中组成闭合回路，很像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 2．涡流大小的决定因素：磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 [想一想] 在电磁炉的炉盘下有一个线圈。电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热。你知道这是为什么吗？ 提示：当电磁炉上放有专用的锅具时，变化的磁场会在导体制成的锅底中产生无数的涡流，使锅体本身高速发热，进而达到加热锅内食物的目的。 　电磁阻尼 当导体在磁场中运动时，导体中产生的感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 [想一想] 弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁极上下振动时穿过它，磁铁就会很快停下来。分析产生这个现象的原因。 提示：当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，磁场力相对较大，因而磁铁会很快停下来。 　电磁驱动 若磁场相对导体运动，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，这种作用常常称为电磁驱动。 [练一练] 如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以绕OO′轴自由转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，铜盘将(　　) A．以相同的转速与磁铁同向转动 B．以较小的转速与磁铁同向转动 C．以相同的转速与磁铁反向转动 D．静止不动 解析：B　因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化。故要求铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，不能同步转动。故选B。 学习任务一　对感生电场的理解 [导学探究] 如图所示，B增强，那么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，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，哪种作用扮演了电源中非静电力的角色？ 提示：(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。 [思维深化] 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．感生电场的方向由楞次定律来判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n求解。 　如图所示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在的区域，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．小球需要的向心力大小不变 B．小球需要的向心力大小不断增大 C．磁场力对小球做了功 D．小球受到的磁场力大小与时间成正比 解析：B　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，小球速率逐渐增大，向心力也随着增大，故选项A错误，B正确；洛伦兹力对运动电荷不做功，故选项C错误；