第2章 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册人教版（2019）

3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 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。 　　 乘坐飞机的乘客登机前都要接受安全检查，图中是一种手持式金属探测器，一靠近金属体，它就会发出报警声。在报警器内有一线圈，线圈中通过高频电流，因此线圈周围有高频的变化磁场，当探测器靠近金属体时，在金属体内产生感应电流，感应电流产生的磁场又会穿过线圈，改变线圈中原磁场，使电子线路中的电流发生变化，报警器报警。 金属体内的感应电流有什么特点?与感应线圈中产生的感应电流有区别吗? 知|识|梳|理 一、感生电场和感生电动势 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。 由感生电场产生的感应电动势。 3.感生电动势中的非静电力。 感生电场对自由电荷的作用。 4.感生电场的方向判断。 由磁场的方向和强弱变化，根据楞次定律判断。 二、涡流、电磁阻尼和电磁驱动 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，很像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。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。 2.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。 3.电磁驱动:如果磁场相对导体运动，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。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。 (1)感生电场线是闭合的。 (√) (2)磁场变化时，可以产生感生电场，并不需要电路闭合这一条件。 (√) (3)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。 (√) (4)电磁炉是在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的。 (√) (5)由电磁驱动的实例可以说明，感应电流只能提供动力不能提供阻力。 (×) 2.在按如图所示的四种变化规律的磁场中能产生恒定的感生电场的是 (　　) 解析　恒定的感生电场由均匀变化的磁场产生，C项正确。 答案　C 探究一 电磁感应中的感生电场 1.感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的。 2.感生电场的方向可由楞次定律判断。如图所示，当磁场增强时，产生的感生电场是与磁场方向垂直且阻碍磁场增强的电场。 3.感生电场的存在与是否存在闭合电路无关。 【例1】　某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是 (　　) A.沿AB方向磁场在迅速减弱 B.沿AB方向磁场在迅速增强 C.沿BA方向磁场恒定不变 D.沿BA方向磁场在迅速减弱 解析　感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场的情况有两种可能:原磁场沿AB方向减弱，或原磁场沿BA方向增强，所以A项正确。 答案　A 【针对训练1】　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(从上向下看，沿逆时针方向)，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　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，所需向心力也随着增大，故A项错误，B项正确;洛伦兹力对运动电荷不做功，故C项错误;带电小球所受洛伦兹力F=qBv，随着速率的增大而增大，同时B∝t，则F和t不成正比，故D项错误。 答案　B 探究二 涡流 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