第二章 3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册学习笔记（人教版 浙江专版）

3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动

[学习目标]　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(重点)。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(重难点)。

一、电磁感应现象中的感生电场

　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发生定向移动，而产生感应电流。

(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)在上述情况下，哪种力扮演了非静电力的角色？

答案　(1)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力。

1.麦克斯韦认为变化的磁场会在周围空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。

2.由感生电场产生的电动势叫感生电动势。

3.电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。

4.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。

注意：感生电场也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，与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。

(1)只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。 (　√　)

(2)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。 (　√　)

例1　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。如图所示，图甲为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极；图乙为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁铁线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是(　　)

A.真空室中产生的感生电场沿逆时针方向

B.通入电磁铁线圈的电流在增强

C.电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力

D.电子在轨道中做圆周运动的向心力是由静电力提供的

答案　B

解析　电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备，电子带负电，电场方向与电子运动的方向相反，所以真空室中产生的感生电场沿顺时针方向，A错误；电磁铁线圈中电流变大，产生的磁感应强度变大，由楞次定律可知，产生的感生电场方向是顺时针方向，电子受感生电场的力与运动方向相同，电子的速度增大，B正确；由于电磁铁线圈中电流可以变化，可在真空室中产生感应磁场，电子在洛伦兹力的作用下做圆周运动，D错误；由于感生电场使电子加速，即电子在轨道中加速的驱动力是非静电力，C错误。

针对训练　(2024·浙江省高二期中)英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为R的绝缘粗糙细圆环水平放置，环内存在半径为r的匀强磁场区域，磁场方向

竖直向上，环上套一电荷量为＋q、质量为m的绝缘小球。已知小球与圆环间的动摩擦因数为μ，磁感应强度B随时间变化规律为B＝B0＋kt，小球在环上恰好做匀速圆周运动，若小球在环上运动一周，则摩擦力对小球所做功的大小是(　　)

A.0 B.2πμmgR

C.πr2qk D.2πr2qk

答案　C

解析　变化的磁场在圆环所在位置产生的感应电动势为E＝S＝kπr2，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小为W＝qE，由于小球在环上恰好做匀速圆周运动，则W＝Wf＝πr2qk，故选C。

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：

 

二、涡流

1.涡流：当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，这个线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生感应电流，如果用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。

2.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，或者用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。

(1)涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流。 (　×　)