(教参)第二章 3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册课程探究与巩固教师用书word+课件PPT（人教版，浙江专用）

3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过实验，了解涡流现象。能举例说明涡流现象在生产、生活中的应用 物理观念：建立涡流的概念 科学探究：通过实验，了解涡流现象；了解电磁炉的结构和原理 1．了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理 2．理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用 3．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 (见学生用书P43) 知识点一　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，这种电场叫作感生电场。感生电场是一种涡旋电场。 2．感生电动势：由感生电场产生的电动势叫感生电动势，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝n计算。感生电场的方向根据楞次定律结合右手螺旋定则判断。 3．电子感应加速器：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。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)感生电场也可用电场线形象描述。(　√　) (2)感生电场的电场线是闭合的。(　√　) (3)静电场的电场线是闭合的。(　　) (4)在变化的磁场中放一个闭合导体电路，导体中的自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动。(　√　) 2．思考题：变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路的存在是否有关？ 答案：感生电场与闭合电路是否存在无关。 知识点二　涡流 1．涡流：当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的任何导体中都可能产生感应电流，看起来就像水中的漩涡，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(越大)，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。 3．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。 4．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，而且用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)金属块在变化的磁场中，有磁场能转化为电能，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时，安培力对金属块做正功。(　　) (3)金属块进出磁场时，金属块的机械能先转化为电能，最终转化为内能。(　√　) 2．思考题：在非匀强磁场中做减速运动的金属块，其能量是如何转化的？ 答案：金属块的机械能(动能)先转化为电能，最终转化为内能。 知识点三　电磁阻尼与电磁驱动 1．电磁阻尼：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，这种现象称为电磁阻尼。 2．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。 3．电磁驱动的原理分析 例如，线圈处于下图所示的初始位置时，穿过线圈的磁通量为0，蹄形磁体一转动，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，感应电流使线圈受到安培力，因而线圈会跟着同向转动起来。 4．电磁阻尼和电磁驱动的比较 项目 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由导体在磁场中运动形成 由磁场运动而形成 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 克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能 磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能 共同点,两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)磁场相对于导体运动，产生电磁阻尼。(　　) (2)导体在磁场中运动时，一定会受到与运动方向相反的安培力。(　　) (3)在由相对运动产生的电磁感应现象中，感应电流产生的效果是阻碍相对运动。(　√　) 2．思考题：在电磁驱动现象中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向是否相同？谁的速度比较小？ 答案：方向相同，被动部分的速度(或角速度)比较小。 (见学生用书P44) 　　类型一　感生电场问题 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。图乙为真空室的俯视图，电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生变化的磁场，变化的磁场在环形真空室内感生出同心环状的感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，并在