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高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

涡流、电磁阻尼和电磁驱动

[A组素养达标]

1.下列关于涡流的说法中正确的是( )

A.涡流跟平时常见的感应电流一样,都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的

B.涡流不是感应电流,而是一种有别于感应电流的特殊电流

C.涡流有热效应,但没有磁效应

D.在硅钢中不能产生涡流

解析:涡流本质上是感应电流,是自身构成的回路,在穿过导体的磁通量变化时产生的,故A正确,B错误;涡流既有热效应,又有磁效应,故C错误;硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但仍能产生涡流,故D错误.

答案:A

2.(多选)安检门是一个用于安全检查的“门”,“门框”内有线圈,线圈里通有交变电流,交变电流在“门”内产生交变磁场,金属物品通过“门”时能产生涡流,涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警.以下关于这个安检门的说法正确的是( ) A.这个安检门能检查出毒品携带者

B.这个安检门只能检查出金属物品携带者

C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流,也能检查出金属物品携带者

D.这个安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应

解析:这个安检门是利用涡流工作的,因而只能检查出金属物品携带者,A错,B对.若“门框”的线圈中通上恒定电流,只能产生恒定磁场,它不能使块状金属产生涡流,因而不能检查出金属物品携带者,C错.安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应,D对.

答案:BD

3.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( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

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,故选项A、D错误,B正确;而选项C是微波炉的加热原理,C错误.

答案:B

4.如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B.不考虑空气阻力,则下列说法正确的是( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A.A、B两点在同一水平线上

B.A点高于B点

C.A点低于B点

D.铜环将做等幅摆动

解析:铜环进出磁场时,产生感应电流,机械能要损耗,所以B点应该低于A点.

答案:B

5.(多选)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器,下列说法中正确的是( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A.2是磁铁,在1中产生涡流

B.1是磁铁,在2中产生涡流

C.该装置的作用是使指针能够转动

D.该装置的作用是使指针能很快地稳定

解析:这是涡流的典型应用之一.当指针摆动时,1随之转动,2是磁铁,那么在1中产生涡流,2对1的安培力将阻碍1的转动.总之不管1向哪个方向转动,2对1的效果总起到阻尼作用,所以它能使指针很快地稳定下来.

答案:AD

6.(多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交流电,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝熔化焊接,要使焊接处产生的热量较大可采用( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A .增大交变电流的电压

B .增大交变电流的频率

C .增大焊接缝的接触电阻

D .减小焊接缝的接触电阻

解析:增大交变电流的电压和交变电流的频率均可使电流的变化率增大,由E =n ΔΦ

Δt 知,

感应电动势和涡流均增大,焊接处的发热功率增大;若增大焊接缝的接触电阻,则焊接处的电压、功率分配就越大,产生的热量就会越大,故A 、B 、C 均正确,D 错误.

答案:ABC

7.(多选)如图所示,A 、B 为大小、形状均相同且内壁光滑,但用不同材料制成的圆管,竖直固定在相同高度,两个相同的磁性小球同时从A 、B 管上端管口无初速释放,穿过A 管的小球比穿过B 管的小球先落到地面.下列对于两管的描述中可能正确的是( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A .A 管是用塑料制成的,

B 管是用铜制成的 B .A 管是用铝制成的,B 管是用胶木制成的

C .A 管是用胶木制成的,B 管是用塑料制成的

D .A 管是用胶木制成的,B 管是用铝制成的

解析:磁性小球通过金属圆管的过程中,将圆管看作由许多金属圆环组成,小球的运动使每个圆环中磁通量发生变化产生感应电流,根据楞次定律,该电流的磁场阻碍小球的下落,小球向下运动的加速度小于重力加速度.小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中运动不会使圆管中产生感应电流,小球仍做自由落体运动,穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间短,故可能正确的是A 、D.

答案:AD

8.如图所示,在一蹄形磁铁下面放一个铜盘,铜盘和磁铁均可以自由绕OO ′轴转动,两磁极靠近铜盘,但不接触.当磁铁绕轴转动时,铜盘将( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A .以相同的转速与磁铁同向转动

B .以较小的转速与磁铁同向转动

C .以相同的转速与磁铁反向转动

D .静止不动

解析:因磁铁的转动,在铜盘中产生感应电流,进而受安培力作用而发生转动,由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动,所以铜盘与磁铁同向转动,但铜盘转动速度小于磁铁的转动速度,所以选项B 正确.

答案:B

[B 组 素养提升]

9.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y =x 2

,其下半部处在一个垂直纸面向外的匀强磁场中,磁场的上边界是y =a 的直线(如图中的虚线所示).一个小金属块从抛物线上y =b (b >a )处以速度v 沿抛物线下滑,假设曲面足够长,则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A .mgb B.12

mv 2 C .mg (b -a )

D .mg (b -a )+12

mv 2

解析:由初状态到末状态(金属块在磁场区域内往复运动)能量守恒. 初状态机械能E 1=mgb +12mv 2

末状态机械能E 2=mga

焦耳热Q =E 1-E 2=mg (b -a )+12mv 2

.

答案:D

10.(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法中正确的是( )

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

A .圆盘上产生了感应电动势

B .圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动

C .在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D .圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

解析:当圆盘转动时,圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线,产生感应电动势,故选项A 正确.如图所示,圆盘上存在许多小的闭合回路,当圆盘转动时,穿过小的闭合回路的磁通量发生变化,回路中产生感应电流,根据楞次定律,感应电流阻碍其相对运动,但抗拒不了相对运动,故磁针会随圆盘一起转动,但略有滞后,故选项B 正确.在圆盘转动过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为0,故选项C 错误.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向,会使磁针沿轴线方向偏转,故选项D 错误.

答案:AB

11.如图所示,质量为m =100 g 的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度 h =0.8 m ,有一质量为M =200 g 的小磁铁(长度可忽略),以10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m .磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动),问:

高中物理 第四章 电磁感应 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习(含解析)新人教版选修3-2

(1)铝环向哪边偏斜?

(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s ,在磁铁穿过铝环的整个过程中, 环中产生了多少电能? ( g 取10 m/s 2

)

解析:(1)由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动). (2)由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出磁铁穿过铝环后的速度为

v =

x

2h

g

=9 m/s , 由能量守恒可得

W 电=1

2Mv 20-12Mv 2-12

mv ′2=1.7 J.

答案:(1)铝环向右偏 (2)1.7 J

[C 组 学霸冲刺]

12.如图所示,在光滑的水平面上有一半径r =10 cm 、电阻R =1 Ω、质量m =1 kg 的金属环,以速度v =10 m/s 向一有界匀强磁场滑去.匀强磁场方向垂直于纸面向里,B =0.5 T .从

环刚开始进入磁场算起,到刚好有一半进入磁场时圆环产生了32 J 的电热,求:

(1)此时圆环中电流的瞬时功率. (2)此时圆环运动的加速度.

解析:(1)取金属环为研究对象,从刚进入磁场至一半进入磁场的过程中,由能量守恒定律可知,环减少的动能全部转化为电热能,设此时的速度为v 1,则有

Q =12mv 2-12mv 21,又因为P =E 2

R =(2Brv 1)2

R , 由以上两式联立,代入数据解得P =0.36 W.

(2)由楞次定律可知环此时受到的安培力方向向左,由牛顿第二定律得B 2(2r )2v 1R =ma ,

即a =B 2(2r )2v 1mR

=6×10-2 m/s 2

,方向向左.

答案:(1)0.36 W (2)6×10-2

m/s 2

,方向向左