3渦流、電磁阻尼和電磁驅動[學習目標]1.了解感生電場的概念，了解電子感應加速器的工作原理.2.理解渦流的產生原理，了解渦流在生產和生活中的應用.3.理解電磁阻尼和電磁驅動的原理，了解其在生產和生活中的應用．一、電磁感應現象中的感生電場1．感生電場____________認為，磁場變化時會在空間激發一種________，這種電場叫作感生電場．2．感生電動勢由感生電場產生的電動勢叫感生電動勢．3．電子感應加速器電子感應加速器是利用____________使電子加速的設備，當電磁鐵線圈中________的大小、方向發生變化時，產生的感生電場使電子加速．二、渦流1．渦流：當線圈中的________隨時間變化時，線圈附近的任何導體中都會產生感應電流，用圖表示這樣的感應電流，就像水中的漩渦，所以把它叫作________，簡稱________．2．金屬塊中的渦流會產生________，利用渦流產生的________可以冶煉金屬．三、電磁阻尼當導體在________中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是________導體的運動，這種現象稱為電磁阻尼．四、電磁驅動若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__________的作用，________使導體運動起來，這種作用常常稱為電磁驅動．判斷下列說法的正誤．(1)只要磁場變化，即使沒有電路，在空間也將產生感生電場．()(2)處于變化磁場中的導體，其內部自由電荷定向移動，是由于受到感生電場的作用．()(3)渦流跟其他感應電流一樣，都是因為穿過導體的磁通量變化而產生的．()(4)導體中有渦流時，導體沒有和其他元件組成閉合回路，故導體不會發熱．()(5)電磁阻尼和電磁驅動均遵循楞次定律．()(6)電磁阻尼發生的過程，存在機械能向內能的轉化．()(7)電磁驅動中有感應電流產生，電磁阻尼中沒有感應電流產生．()一、電磁感應現象中的感生電場導學探究如圖所示，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感生電場的作用下做定向移動，產生感應電流．(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？(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．變化的磁場周圍產生感生電場，與閉合電路是否存在無關．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定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)計算．例1(多選)某空間出現了如圖所示的磁場，當磁感應強度變化時，在垂直于磁場的方向上會產生感生電場，有關磁感應強度的變化與感生電場方向的關系，下列描述正確的是()A．當磁感應強度均勻增大時，感生電場的電場線從上向下看應為順時針方向B．當磁感應強度均勻增大時，感生電場的電場線從上向下看應為逆時針方向C．當磁感應強度均勻減小時，感生電場的電場線從上向下看應為順時針方向D．當磁感應強度均勻減小時，感生電場的電場線從上向下看應為逆時針方向針對訓練1如圖所示，在內壁光滑、水平放置的玻璃圓環內，有一直徑略小于圓環口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉動．若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度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)的感應電流方向就表示感生電場的方向．判斷思路如下：eq\x(假設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(回路中感應電流的方向)→eq\x(感生電場的方向)二、渦流導學探究如圖所示，線圈中的電流隨時間變化時，導體中有感應電流嗎？如果有，它的形狀像什么？知識深化1．產生渦流的兩種情況(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．產生渦流時的能量轉化(1)金屬塊在變化的磁場中，磁場能轉化為電能，最終轉化為內能．(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，金屬塊的機械能轉化為電能，最終轉化為內能．3．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．例2(多選)金屬探測器已經廣泛應用在考場檢測、車站安檢等領域，其利用的是電磁感應原理：探測器內的線圈中通以大小與方向快速變化的電流從而產生快速變化的磁場，該磁場會在金屬物體內部感應出“渦流”．“渦流”會產生磁場，從而影響原始磁場，導致檢測器發出蜂鳴聲而報警．下列說法正確的是()A．欲使待檢測物內部產生“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，待檢測物內部仍然可以產生“渦流”C．若待檢測物為塑料則不能報警，因為檢測區域內沒有磁通量變化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電的氧化層三、電磁阻尼和電磁驅動導學探究彈簧上端固定，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，解釋這個現象．知識深化電磁阻尼和電磁驅動的比較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對稱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