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第二章　电磁感应
5
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
2
了解涡流现象和产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用和危害.
1
了解感生电场，知道感生电动势产生的原因，会判断感生电场的方向.
难点
重点
3
了解电磁阻尼和电磁驱动，理解电磁阻尼和电磁驱动的原理及其应用.
重点
电磁感应现象中的感生电场
1.线圈中磁场方向向上且磁感应强度在增强，线圈中是否有感应电流产生？
观察与思考
2.感应电流的方向如何？(俯视图)
I
磁场增强
B
有，因为线圈中磁通量发生了变化.
原磁场的方向向上且增强，根据楞次定律(增反减同)，可得感应电流的磁场和原磁场方向相反，根据右手定则，可得感应电流方向为顺时针方向.
1.麦克斯韦认为变化的磁场能在周围空间激发电场，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.感生电动势大小：E＝_____
4.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.
电磁感应现象中的感生电场
1.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在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流.
思考与讨论
(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？
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)在上述情况下，哪种力扮演了非静电力的角色？
感生电场对自由电荷的作用力.
麦克斯韦的解释
磁场
变化
激发
感生
电场
导体中自
由电荷
形成
感应
电流
感生电动势
（非静电力）
产生
导体
闭合
思考与讨论
力
B
B′
E
2.感生电场有哪些特点？
(1)变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关.
(2)感生电场是涡旋场，电场线是闭合的，静电场电场线不闭合.
(3)感生电场可以对带电粒子做功.
思考与讨论
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，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面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，改变电磁体线圈中电流的
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.通入电磁体线圈的电流在增强
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电场力
√
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，电场线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；
电磁体线圈中电流变大，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；
由于电磁体线圈中电流可以变化，可在真空室中产生感生磁场，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电场力，故C错误.
2.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的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场，环上套一带电荷量为＋q的小球，已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，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是
√
该磁场变化产生的感生电动势为E＝ ＝kπr2，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W＝qE＝πr2qk，故D正确.
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：
总结提升
涡流
观察与思考
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，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生感应电流，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.
涡流
导体中产生涡流
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，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯.
真空冶炼炉
探雷器
用硅钢片做变压器的铁芯
安检门
在电磁炉的炉盘下有一个线圈.电磁炉工作时，它的盘面并不发热，在炉盘上面放置铁锅，铁锅会发热.你知道这是为什么吗？
思考与讨论
电磁炉的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上变化极快的电流时，在线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使锅底产生涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量.
3.如图所示是车站、机场等场所用于安全检查的安检门，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流.如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警.下列关于安检门的说法正确的是
A.安检门能检查出毒贩携带的毒品
B.安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C.安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理
D.如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作
√
安检门线圈中变化的电流产生变化的磁场，会在金属物品中产生感应电流，而金属物品中感应电流产生的磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中电流发生变化，从而被探测到，可知，安检门不能检查出毒贩携带的毒品；金属水果刀是金
属制品，安检门能检查出旅客携带的金属水果刀；安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，不是利用电流的热效应原理；根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故选B.
4.(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的是
A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔
B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带
C.封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决
D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属
容器
√
√
由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电源，A、B错误；
减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C正确；
封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被加热，只能是玻璃、塑料等材质，D正确.
电磁阻尼和电磁驱动
观察与思考
线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？
v
I
F
B
感应电流的方向沿逆时针方向，所受安培力的方向向上.安培力对线圈运动起阻碍作用.
当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力作用，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼.
电磁阻尼
1.如果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.
2.交流感应电动机是利用电磁驱动的原理工作的，把电能转化成机械能.
电磁驱动
在运输微安表的表头时为何应该把两个接线柱连在一起？
思考与讨论
电流表正负接线柱短接后与线圈组成闭合电路，由于指针和线圈是固定在一起的，所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而在线圈中产生感应电流，而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果，从而有效减轻了指针的摆动.
5.如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的.现把一个蹄形磁体移近铜盘，则
A.铜盘转动将变慢
B.铜盘转动将变快
C.铜盘仍以原来的转速转动
D.铜盘转动速度是否变化，要根据磁体的上、下两端的极性来确定
√
当一个蹄形磁体移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘转动将变慢.本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢.选项A正确.
6.(2022·徐州市期中)如图所示，磁性转速表是利用电磁驱动原理工作的.下列说法正确的是
A.在电磁驱动的过程中，其他形式能转化为
铝盘的机械能
B.铝盘中产生感应电流，因受洛伦兹力作用而转动
C.永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者同速转动
D.永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者转动方向相反
√
在电磁驱动的过程中，通过安培力做功消耗电能转化为铝盘的机械能；当永久磁体随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中产生感应电流，这时永久磁体的磁场会对铝盘上的感应电流有安培力
的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，由于弹簧游丝的反力矩会使指针稳定在某一刻度上；永久磁体固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁体不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁体转动，要减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁体转动方向与铝盘转动方向相同.
总结提升
电磁阻尼 电磁驱动
不同点 成因 由导体在磁场中运动形成的 由磁场运动而形成的
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
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
涡流
产生
应用和防止
电磁感应现象中的感生电场
电磁阻尼和电磁驱动

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