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第二章　電磁感應
5
渦流、電磁阻尼和電磁驅動
2
了解渦流現象和產生原理，了解渦流在生產和生活中的應用和危害.
1
了解感生電場，知道感生電動勢產生的原因，會判斷感生電場的方向.
難點
重點
3
了解電磁阻尼和電磁驅動，理解電磁阻尼和電磁驅動的原理及其應用.
重點
電磁感應現象中的感生電場
1.線圈中磁場方向向上且磁感應強度在增強，線圈中是否有感應電流產生？
觀察與思考
2.感應電流的方向如何？(俯視圖)
I
磁場增強
B
有，因為線圈中磁通量發生了變化.
原磁場的方向向上且增強，根據楞次定律(增反減同)，可得感應電流的磁場和原磁場方向相反，根據右手定則，可得感應電流方向為順時針方向.
1.麥克斯韋認為變化的磁場能在周圍空間激發電場，這種電場叫作感生電場.
2.由感生電場產生的電動勢叫感生電動勢.
3.感生電動勢大小：E＝_____
4.電子感應加速器是利用感生電場使電子加速的設備，當線圈中電流的大小、方向發生變化時，產生的感生電場使電子加速.
電磁感應現象中的感生電場
1.如圖所示，B增強時，就會在空間激發一個感生電場E.如果E處空間存在閉合導體，導體中的自由電荷就會在電場力的作用下定向移動，而產生感應電流.
思考與討論
(1)感生電場的方向與感應電流的方向有什么關系？如何判斷感生電場的方向？
感生電場的方向與感應電流的方向相同，感生電場的方向可以用楞次定律來判定.
(2)在上述情況下，哪種力扮演了非靜電力的角色？
感生電場對自由電荷的作用力.
麥克斯韋的解釋
磁場
變化
激發
感生
電場
導體中自
由電荷
形成
感應
電流
感生電動勢
（非靜電力）
產生
導體
閉合
思考與討論
力
B
B′
E
2.感生電場有哪些特點？
(1)變化的磁場周圍產生感生電場，與閉合電路是否存在無關.
(2)感生電場是渦旋場，電場線是閉合的，靜電場電場線不閉合.
(3)感生電場可以對帶電粒子做功.
思考與討論
1.現代科學研究中常要用到高速電子，電子感應加速器就是利用感生電場使電子加速的設備.如圖所示，上面為側視圖，上、下為電磁體的兩個磁極；下面為磁極之間真空室的俯視圖.若從上往下看電子在真空室中沿逆時針方向做圓周運動，改變電磁體線圈中電流的
大小可使電子加速.則下列判斷正確的是
A.真空室中產生的感生電場沿逆時針方向
B.通入電磁體線圈的電流在增強
C.電子在軌道中加速的驅動力是洛倫茲力
D.電子在軌道中做圓周運動的向心力是電場力
√
電子感應加速器就是利用感生電場使電子加速的設備，電子帶負電，電場線方向與電子運動的方向相反，所以真空室中產生的感生電場沿順時針方向，A錯誤；
電磁體線圈中電流變大，產生的磁感應強度變大，由楞次定律可知，產生的感生電場方向是順時針方向，電子受感生電場的力與運動方向相同，電子的速度增大，B正確；
由于電磁體線圈中電流可以變化，可在真空室中產生感生磁場，電子在洛倫茲力的作用下做圓周運動，D錯誤；
由于感生電場使電子加速，即電子在軌道中加速的驅動力是電場力，故C錯誤.
2.英國物理學家麥克斯韋認為，磁場變化時會在空間激發感生電場.如圖所示，一個半徑為r的絕緣細圓環水平放置，環內存在豎直向上的勻強磁場，環上套一帶電荷量為＋q的小球，已知磁感應強度B隨時間均勻增加，其變化率為k，若小球在環上運動一周，則感生電場對小球的作用力所做功的大小是
√
該磁場變化產生的感生電動勢為E＝ ＝kπr2，小球在環上運動一周，則感生電場對小球的作用力所做功的大小W＝qE＝πr2qk，故D正確.
閉合回路(假定其存在)的感應電流方向就表示感生電場的方向.判斷思路如下：
總結提升
渦流
觀察與思考
1.渦流：當線圈中的電流隨時間變化時，由于電磁感應，線圈附近的任何導體，如果穿過它的磁通量發生變化，導體內都會產生感應電流，用圖表示這樣的感應電流，就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流，簡稱渦流.
渦流
導體中產生渦流
2.渦流的應用與防止
(1)應用：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.
真空冶煉爐
探雷器
用硅鋼片做變壓器的鐵芯
安檢門
在電磁爐的爐盤下有一個線圈.電磁爐工作時，它的盤面并不發熱，在爐盤上面放置鐵鍋，鐵鍋會發熱.你知道這是為什么嗎？
思考與討論
電磁爐的臺面下布滿了金屬導線纏繞的線圈，當通上變化極快的電流時，在線圈周圍產生迅速變化的磁場，變化的磁場使鍋底產生渦流，當渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量.
3.如圖所示是車站、機場等場所用于安全檢查的安檢門，“門框”內有線圈，線圈中通有變化的電流.如果金屬物品通過安檢門，金屬中會被感應出渦流，渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流，從而引起報警.下列關于安檢門的說法正確的是
A.安檢門能檢查出毒販攜帶的毒品
B.安檢門能檢查出旅客攜帶的金屬水果刀
C.安檢門工作時，主要利用了電流的熱效應原理
D.如果“門框”的線圈中通上恒定電流，安檢門也能正常工作
√
安檢門線圈中變化的電流產生變化的磁場，會在金屬物品中產生感應電流，而金屬物品中感應電流產生的磁場會在線圈中產生感應電流，引起線圈中電流發生變化，從而被探測到，可知，安檢門不能檢查出毒販攜帶的毒品；金屬水果刀是金
屬制品，安檢門能檢查出旅客攜帶的金屬水果刀；安檢門工作時，主要利用了電磁感應原理，不是利用電流的熱效應原理；根據工作原理可知，如果“門框”的線圈中通上恒定電流，安檢門不能正常工作，故選B.
4.(多選)“電磁感應鋁箔封口機”被廣泛應用在醫藥、食品、化工等生產行業的產品封口環節中，它的工作原理是：在封口機工作時，套在瓶口上的封口頭內的線圈有電流通過，致使靠近線圈(但與線圈絕緣)的鋁箔自行快速發熱，熔化復合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在被封容器的瓶口處，達到迅速封口的目的.下列有關說法正確的是
A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔
B.該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶
C.封口過程中溫度過高，可適當減小所通電流的頻率來解決
D.該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質的容器封口，但不適用于金屬
容器
√
√
由于封口機利用了電磁感應原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電源，A、B錯誤；
減小內置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產生的熱量，即控制溫度，C正確；
封口材料應是金屬類材料，但對應被封口的容器不能是金屬，否則同樣會被加熱，只能是玻璃、塑料等材質，D正確.
電磁阻尼和電磁驅動
觀察與思考
線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應電流的方向和所受安培力的方向，安培力對線圈的運動有什么影響？
v
I
F
B
感應電流的方向沿逆時針方向，所受安培力的方向向上.安培力對線圈運動起阻礙作用.
當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力作用，安培力總是阻礙導體的運動，這種現象稱為電磁阻尼.
電磁阻尼
1.如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅動.
2.交流感應電動機是利用電磁驅動的原理工作的，把電能轉化成機械能.
電磁驅動
在運輸微安表的表頭時為何應該把兩個接線柱連在一起？
思考與討論
電流表正負接線柱短接后與線圈組成閉合電路，由于指針和線圈是固定在一起的，所以指針擺動時會帶動線圈在磁場中做切割磁感線運動，從而在線圈中產生感應電流，而感應電流會產生阻礙線圈轉動的效果，從而有效減輕了指針的擺動.
5.如圖所示，使一個銅盤繞其豎直的軸OO′轉動，且假設摩擦等阻力不計，轉動是勻速的.現把一個蹄形磁體移近銅盤，則
A.銅盤轉動將變慢
B.銅盤轉動將變快
C.銅盤仍以原來的轉速轉動
D.銅盤轉動速度是否變化，要根據磁體的上、下兩端的極性來確定
√
當一個蹄形磁體移近銅盤時，銅盤轉動切割磁感線，產生感應電流，由楞次定律可知感應電流所受的安培力阻礙其相對運動，所以銅盤轉動將變慢.本題也可以從能量守恒的角度去分析，因為銅盤轉動切割磁感線，產生感應電流，銅盤的機械能不斷轉化成電能，銅盤轉動會逐漸變慢.選項A正確.
6.(2022·徐州市期中)如圖所示，磁性轉速表是利用電磁驅動原理工作的.下列說法正確的是
A.在電磁驅動的過程中，其他形式能轉化為
鋁盤的機械能
B.鋁盤中產生感應電流，因受洛倫茲力作用而轉動
C.永久磁體和鋁盤應裝在同一轉軸上，兩者同速轉動
D.永久磁體和鋁盤應裝在同一轉軸上，兩者轉動方向相反
√
在電磁驅動的過程中，通過安培力做功消耗電能轉化為鋁盤的機械能；當永久磁體隨轉軸轉動時，產生轉動的磁場，在鋁盤中產生感應電流，這時永久磁體的磁場會對鋁盤上的感應電流有安培力
的作用，而產生一個轉動的力矩，使指針轉動，由于彈簧游絲的反力矩會使指針穩定在某一刻度上；永久磁體固定在轉軸上，鋁盤固定在指針軸上，鋁盤和永久磁體不是同轉軸帶動，所以兩者轉動不是同步的；該轉速表運用了電磁感應原理，由楞次定律知，鋁盤磁場總是阻礙永久磁體轉動，要減小穿過鋁盤磁通量的變化，永久磁體轉動方向與鋁盤轉動方向相同.
總結提升
電磁阻尼 電磁驅動
不同點 成因 由導體在磁場中運動形成的 由磁場運動而形成的
效果 安培力方向與導體運動方向相反，為阻力 安培力方向與導體運動方向相同，為動力
能量 轉化 克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能 磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能
共同點 兩者都是電磁感應現象，導體受到的安培力都是阻礙導體與磁場間的相對運動
渦流、電磁阻尼和電磁驅動
渦流
產生
應用和防止
電磁感應現象中的感生電場
電磁阻尼和電磁驅動

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