2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第二册）2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（原卷版）.docx

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动

学习目标

学习目标

课程标准

物理素养

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.

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．

物理观念：涡流是一种特殊的电磁感应现象，在生产生活以及实验教学等方面有许多应用。

科学思维：涡流及其成因、涡流的热效应和机械效应等。

科学探究：从能量的角度来分析电磁驱动现象和电磁阻尼现象。

科学态度与责任：通过涡流的应用、电磁阻尼和电磁驱动的应用，体会物理知识与科学技术的关系。

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思维导图

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知识梳理

课前研读课本，梳理基础知识：

一、电磁感应现象中的感生电场

1．感生电场

认为，磁场变化时会在空间激发一种，这种电场叫作感生电场．

2．感生电动势

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

电子感应加速器是利用使电子加速的设备，当电磁铁线圈中的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．

二、涡流

1．涡流：当线圈中的随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作，简称．

2．金属块中的涡流会产生，利用涡流产生的可以冶炼金属．

三、电磁阻尼

当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是导体的运动，这种现象称为电磁阻尼．

四、电磁驱动

若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的作用，使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动．

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题型精讲

【题型一】电磁感应现象中的感生电场

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．如果在变化的磁场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动．

2．感生电场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．

3．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＝neq\f(ΔΦ,Δt)计算．

【典型例题1】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（）

A．0 B． C． D．

【典型例题2】麦克斯韦从场的观点出发，认为变化的磁场会激发感生电场。如图甲所示，半径为r的绝缘光滑真空管道（内径远小于半径r）固定在水平面上，管内有一质量为m、带电量为的小球，直径略小于管道内径。真空管处在匀强磁场中，磁感应强度B随时间变化如图乙所示，规定竖直向上为正方向。时刻无初速释放小球。下列说法正确的是（）

A．俯视真空管道，感生电场的方向是逆时针

B．感生电场对小球的作用力大小为

C．小球绕环一周，感生电场做功为

D．时刻管道对小球的作用力大小

【对点训练1】现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。当电磁铁线圈通入如图乙所示的正弦式交变电流时，真空室中产生磁场，电子在真空室中做圆周运动。以图甲中所示电流方向为正方向，俯视看在0~和~T两个时间段内电子的运动，下列说法正确的是（）

A．电子都沿逆时针做加速圆周运动

B．0~内电子沿逆时针做加速圆周运动，~T内电子沿逆时针做减速圆周运动

C．0~内电子沿逆时针做减速圆周运动，~T内电子沿逆时针做加速圆周运动

D．0~内电子沿逆时针做加速圆周运动，~T内电子无法做圆周运动

【对点训练2】如图所示，水平放置的内壁光滑半径为R的玻璃圆环，有一直径略小于圆环口径的带正电q的小球，在圆环内以速度沿顺时针方向匀速转动（俯视）。在时刻施加方向竖直向上的变化磁场，磁感应强度。设运动过程中小球带电荷量不变，不计小球运动产生的磁场及相对论效应。加上磁场后，下列说法正确的是（）

A．小球对玻璃圆环的压力不断增大

B．小球对玻璃圆环的压力不断减小

C．小球所受的磁场力一定不断增大

D．小球每运动一周增加的动能为

【题型二】涡流

1．产生涡流的两种情况

(1)块状金属放在变化的磁场中．

(2)块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．

2．产生涡流时的能量转化

(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能．

(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能．

3．涡流的应用与防止

(1)应用：真