第二章　3　渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動-物理人教版選擇性必修第二冊

3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解感生電場的概念，了解電子感應(yīng)加速器的工作原理.2.理解渦流的產(chǎn)生原理，了解渦流在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用.3.理解電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理，了解其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用．一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場1．感生電場____________認為，磁場變化時會在空間激發(fā)一種________，這種電場叫作感生電場．2．感生電動勢由感生電場產(chǎn)生的電動勢叫感生電動勢．3．電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器是利用____________使電子加速的設(shè)備，當(dāng)電磁鐵線圈中________的大小、方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生的感生電場使電子加速．二、渦流1．渦流：當(dāng)線圈中的________隨時間變化時，線圈附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，用圖表示這樣的感應(yīng)電流，就像水中的漩渦，所以把它叫作________，簡稱________．2．金屬塊中的渦流會產(chǎn)生________，利用渦流產(chǎn)生的________可以冶煉金屬．三、電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在________中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是________導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼．四、電磁驅(qū)動若磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到__________的作用，________使導(dǎo)體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅(qū)動．判斷下列說法的正誤．(1)只要磁場變化，即使沒有電路，在空間也將產(chǎn)生感生電場．()(2)處于變化磁場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用．()(3)渦流跟其他感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的．()(4)導(dǎo)體中有渦流時，導(dǎo)體沒有和其他元件組成閉合回路，故導(dǎo)體不會發(fā)熱．()(5)電磁阻尼和電磁驅(qū)動均遵循楞次定律．()(6)電磁阻尼發(fā)生的過程，存在機械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化．()(7)電磁驅(qū)動中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電磁阻尼中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生．()一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，B增強時，就會在空間激發(fā)一個感生電場E.如果E處空間存在閉合導(dǎo)體，導(dǎo)體中的自由電荷就會在感生電場的作用下做定向移動，產(chǎn)生感應(yīng)電流．(1)感生電場的方向與感應(yīng)電流的方向有什么關(guān)系？如何判斷感生電場的方向？(2)上述情況下，哪種作用扮演了非靜電力的角色？知識深化1．變化的磁場周圍產(chǎn)生感生電場，與閉合電路是否存在無關(guān)．如果在變化的磁場中放一個閉合電路，自由電荷在感生電場的作用下發(fā)生定向移動．2．感生電場可用電場線形象描述．感生電場是一種渦旋電場，電場線是閉合的，而靜電場的電場線不閉合．3．感生電場的方向根據(jù)楞次定律用右手螺旋定則判斷，感生電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計算．例1(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場，當(dāng)磁感應(yīng)強度變化時，在垂直于磁場的方向上會產(chǎn)生感生電場，有關(guān)磁感應(yīng)強度的變化與感生電場方向的關(guān)系，下列描述正確的是()A．當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時，感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時針方向B．當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時，感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時針方向C．當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時，感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時針方向D．當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時，感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時針方向針對訓(xùn)練1如圖所示，在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于圓環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動．若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，若運動過程中小球的帶電荷量不變，那么()A．磁場力對小球一直做正功B．小球受到的磁場力不斷增大C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D．小球仍做勻速圓周運動閉合回路(假定其存在)的感應(yīng)電流方向就表示感生電場的方向．判斷思路如下：eq\x(假設(shè)存在垂直磁場方向的閉合回路)→eq\x(回路中的磁通量變化)eq\o(→,\s\up7(楞次定律),\s\do5(安培定則))eq\x(回路中感應(yīng)電流的方向)→eq\x(感生電場的方向)二、渦流導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，線圈中的電流隨時間變化時，導(dǎo)體中有感應(yīng)電流嗎？如果有，它的形狀像什么？知識深化1．產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中．(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動．2．產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化(1)金屬塊在變化的磁場中，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．(2)金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．3．渦流的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門等．(2)防止：為了減小電動機、變壓器鐵芯上的渦流，常用電阻率較大的硅鋼做材料，而且用相互絕緣的硅鋼片疊成鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯．例2(多選)金屬探測器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在考場檢測、車站安檢等領(lǐng)域，其利用的是電磁感應(yīng)原理：探測器內(nèi)的線圈中通以大小與方向快速變化的電流從而產(chǎn)生快速變化的磁場，該磁場會在金屬物體內(nèi)部感應(yīng)出“渦流”．“渦流”會產(chǎn)生磁場，從而影響原始磁場，導(dǎo)致檢測器發(fā)出蜂鳴聲而報警．下列說法正確的是()A．欲使待檢測物內(nèi)部產(chǎn)生“渦流”，探測器需在待檢測物上方不停地晃動B．探測器靜止在待檢測物上方，待檢測物內(nèi)部仍然可以產(chǎn)生“渦流”C．若待檢測物為塑料則不能報警，因為檢測區(qū)域內(nèi)沒有磁通量變化D．若待檢測物為塑料則不能報警，因為待檢測物中沒有能夠自由移動的帶電粒子或很少針對訓(xùn)練2(多選)下列哪些措施是為了防止渦流的危害()A．電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B．探雷器的線圈中要通變化著的電流C．變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D．變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層三、電磁阻尼和電磁驅(qū)動導(dǎo)學(xué)探究彈簧上端固定，下端懸掛一個磁體．將磁體托起到某一高度后放開，磁體能上下振動較長時間才停下來．如果在磁體下端放一個固定的閉合線圈，使磁體上下振動時穿過它(如圖所示)，磁體就會很快停下來，解釋這個現(xiàn)象．知識深化電磁阻尼和電磁驅(qū)動的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由導(dǎo)體在磁場中運動形成的由磁場運動而形成的效果安培力方向與導(dǎo)體運動方向相反，為阻力安培力方向與導(dǎo)體運動方向相同，為動力能量轉(zhuǎn)化克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能共同點兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體受到的安培力都是阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對運動例3(2017·全國卷Ⅰ)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌．為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示．無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是()例4如圖