動生渦流的一些實例研究

1、動生渦流的一些實例研究動生渦流的一些實例研究湖北省恩施高中陳恩譜由于磁場變化而引起的感生渦流，因為感生電場的復雜性，高中階段基本上只要求知道就行了，但是對于動生渦流現象，高中階段則要求能夠利用右手定則和電動勢分布不均勻的特點進行具體的分析判斷，本文則試圖對高中物理中常見的一些動生渦流現象進行一個總結。一、法拉第圓盤的變形一、法拉第圓盤的變形【例1】（2015年山東理綜17）如圖，一均勻金屬圓盤繞通過其圓心且與盤面垂直的軸逆時針勻速轉動。

2、現施加一垂直穿過圓盤的有界勻強磁場，圓盤開始減速。在圓盤減速過程中，以下說法正確的是（ABD）A處于磁場中的圓盤部分，靠近圓心處電勢高B所加磁場越強越易使圓盤停止轉動C若所加磁場反向，圓盤將加速轉動D若所加磁場穿過整個圓盤，圓盤將勻速轉動【分析】本問題中的D選項，涉及的就是“法拉第圓盤”，如果勻強磁場穿過整個圓盤，將圓盤想象成一些沿半徑方向的輻條緊密靠在一起形成，則每根輻條都在切割磁感線，產生了大小相同、方向均沿半徑向內的電動勢（如圖①

3、所示），由于在同一半徑大小的圓周上的各點電勢處處相同，因此無法在盤中形成電流，而只相當于一個圓盤中心O點為正極、圓盤邊沿為負極的一個大電源。但是，當磁場只局限于一小塊如題圖所示區(qū)域時，則導致電動勢只分布于該區(qū)域內，這就造成了電動勢分布的不均勻（如圖②所示），則會在整塊金屬圓盤中產生渦流（如圖③所示）。這種渦流在磁場中受到安培力的作用，阻礙圓盤轉動。二、阿拉果圓盤的分析二、阿拉果圓盤的分析【例2】（2015年全國課標卷Ⅰ19）1824年，

4、法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示。實驗中發(fā)現，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后。下列說法正確的是（AB）A圓盤上產生了感應電動勢B圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動C在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產生的磁場導致磁針

5、轉動【分析】豎直向下看銅圓盤，磁感線分布大致如圖①所示，以小磁針為參考系，則圓盤轉動時的電動勢分布如圖②所示，以圓心O為零勢點，可見虛線圓周上幾點電勢高低關系為，則圓盤中的電流線大致如圖③所示，這種電流分布形成的感應磁場的磁感線分布（俯視圖）大致如圖④所示，則小磁針的兩OOOO極受力方向如圖⑤所示，則其旋轉方向與圓盤轉動方向一致。得說明一下的是，以地面為參考系時，阿拉果圓盤中的感應電動勢既有動生電動勢又有感生電動勢，但是總的電動勢分布與

6、選小磁針為參考系是一樣的；另外，渦流的實際情形，比圖③所示情形復雜許多，筆者所繪的圖只是大致的情形。三、滾動的圓柱或球體三、滾動的圓柱或球體【例3】如右圖①所示，在豎直向下的勻強磁場中，一金屬圓筒的中軸垂直于磁感線，圓筒繞軸逆時針轉動，試分析金屬圓筒上是否有感應電流?！痉治觥咳鐖D②所示，圓筒邊緣的線速度大小相等，但各處線速度垂直磁場方向的分速度大小各?v不相同，其中最高點、最低點的最大，左右兩側的，則圓筒上各處切割磁感線產生的電動勢分?

7、v0??v布俯視圖大致如圖③所示，圓筒上的感應電流大致如圖④所示?！就卣埂咳鐖D所示，在豎直向下的勻強磁場中，一金屬導體球水平面上無滑滾動，則與上述情況類似（稍有不同，比如最低點的速度為零，左右兩側的切割速度均不為零），導體球中是有渦流的。四、其他動生渦流情形四、其他動生渦流情形只要大塊的導體中各處電動勢分布不均勻或形成回路，則就可以在導體中形成渦流，如下情形中，導體中都會形成渦流，從而阻礙相對運動，使得導體最終靜止下來。小球在半圓軌道內