【学习目标】
(1)了解感生电场，知道感生电动势产生的原因。会判断感生电动势的方向，并会计算它的大小。 (2)通过实验了解涡流现象，知道涡流是怎样产生的，了解涡流现象的利用和危害。
(3)通过对涡流实例的分析，了解涡流现象在生产生活中的应用。
(4)了解电磁阻尼和电磁驱动。
【基础知识】
【考点剖析】
一、电磁感应现象中的感生电场
1.麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，也就是说导体中产生了感应电动势。 电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。
基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。 二、涡流及其应用
电磁炉把水加热，金属块中的涡流是怎样形成的？
迅速变化的电流通过电磁炉面板下方的线圈时，线圈周围产生迅速变化的磁场，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的。
当某线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈（或导体）中可能会产生感应电流。这样的感应电流看起来就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。金属块中的涡流会产生热量。
涡流热效应的应用：真空冶炼炉、电磁炉。
涡流磁效应的应用：探雷器、安检门。
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而浪费能量，损坏电器。我们可以通过什么途径来防止涡途径一：增大铁芯材料的电阻率；
途径二：用互相绝缘的硅钢片叠 成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
涡流中的能量转化
涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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。
总结：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。
(2)磁场变化越快ΔB/Δt越大，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。
典题分析
例1.如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法中正确的是( )
冲床冲头
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
解析：电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误。
答案： B
例2.安检门是一种检测人员有无携带金属物品的探测装置，又称金属探测门。安检门主要
应用在机场、车站等人流较大的公共场所用来检查人身体上隐藏的金属物品，如支、管制刀具等。如图为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则( )
A．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针
B．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大
C．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针
D．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化
解析：当左侧线圈中通有不断减小的顺时针方向的电流时，可知穿过右侧线圈的磁通量向右，且不断减小，根据楞次定律可知，右侧线圈中产生顺时针方向的感应电流，故A错误；无金属片通过时，通电线圈中存在顺时针方向均匀减小的电流，则通电线圈中的磁通量均匀减小，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀减小，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，故B错误；有金属片通过时，则穿过金属片中的磁通量发生变化时，金属片中也会产生感应电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，所以也会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化。但是电流的方向不会发生变化，C错误，故选D。
答案：D
三、电磁阻尼
一个单匝线圈落入磁场中，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？
感应电流方向为逆时针，安培力的方向向上，阻碍线圈向下运动。
磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。
假定仪表工作时指针向右转动，铝框中的感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？
分析：当指针向右转动时，由楞次定律知感应电流的方向从上面看沿逆时针方向；安培力的方向与转动方向相反；安培力要阻碍线框的转动；这样可以使指针尽快静止。
总结：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
四、电磁驱动
如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，线圈跟着磁铁同向转动。
总结：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。
交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。
归纳：马铃薯馒头
| 电磁阻尼 | 电磁驱动 |
不 同 点 | 成因 | 由导体在磁场中运动形成 | 丝绵机由磁场运动形成 |
效果 | 安培力的方向与导体运动方向相反，表现为阻力 | 安培力的方向与导体运动方向相同，表现为动力 |
能量 转化 | 导体克服安培力做功，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 |
相同点 | 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的相对运动 |
| 地震的模拟实验 | | |
1.电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应现象，均可以根据楞次定律和左手定则分析导体的受力情况。
2.电磁阻尼与电磁驱动现象中，安培力的作用效果均为阻碍相对运动，应注意电磁驱动中，主动部分的速度或角速度大于被动部分的速度或角速度。
典题分析
破门弹
例题3. (多选)如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小
C．线圈转动时将产生感应电流
D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
解析：当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生
感应电流，故C正确；线圈相对磁铁转过90° 时，其感应电流方向不再是abcda，D错误；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，如果两者的角速度相同，磁感线与线圈会处于相对静止状态，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，A错误，B正确。
答案：BC
【过关检测】
1. 关于涡流、电磁阻尼和电磁驱动，下列说法不正确的是( )大蒜分瓣脱皮机
A. 电表线圈骨架用铝框是利用了电磁阻尼
B. 真空冶炼炉是利用涡流产热使金属融化
C. 变压器的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠成，是利用了电磁驱动
D. 交流感应电动机利用了电磁驱动
解析：电表线圈常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，起电磁阻尼作用，故A正确；高频感应炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故B正确；在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，故C错误；交流感应电动机利用电磁驱动使得线圈转动，故D正确．故选C.
答案：C
2. 管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接．焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接．焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为( )
A. 库仑 B. 霍尔 C. 洛伦兹 D. 法拉第
解析：由题意可知，圆管为金属导体，导体内部自成闭合回路，且有电阻，当周围的线圈中产生出交变磁场时，就会在导体内部感应出涡流，电流通过电阻要发热．该过程利用的原理是电磁感应现象，其发现者为法拉第．故D正确．
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