高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.7 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動課時提升作業(yè)（五）新人教版選修3-2

1、課時提升作業(yè) 五 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動一、不定項選擇題1.安檢門是一個用于安全檢查的“門”,“門框”內(nèi)有線圈,線圈里通有交變電流,交變電流在“門”內(nèi)產(chǎn)生交變磁場,金屬物品通過“門”時能產(chǎn)生渦流,渦流的磁場又反過來影響線圈中的電流,從而引起報警。以下關(guān)于這個安檢門的說法正確的是()A.這個安檢門也能檢查出毒品攜帶者B.這個安檢門只能檢查出金屬物品攜帶者C.如果這個“門框”的線圈中通上恒定電流,也能檢查出金屬物品攜帶者D.這個安檢門工作時,既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,又利用了電流的磁效應(yīng)【解析】選B、D。這個安檢門是利用渦流工作的,因而只能檢查出金屬物品攜帶者,A錯,B對;若“門框”的線圈中通上恒定

2、電流,只能產(chǎn)生恒定磁場,它不能使塊狀金屬產(chǎn)生渦流,因而不能檢查出金屬物品攜帶者,C錯;安檢門工作時,既利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,又利用了電流的磁效應(yīng),D對?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】 (2017金華高二檢測)下列關(guān)于渦流的說法中正確的是()A.渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣,都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B.渦流不是感應(yīng)電流,而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C.渦流有熱效應(yīng),但沒有磁效應(yīng)D.在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流【解析】選A。渦流本質(zhì)上是感應(yīng)電流,是自身構(gòu)成回路,在穿過導(dǎo)體的磁通量變化時產(chǎn)生的,所以A對B錯,渦流不僅有熱效應(yīng),同其他電流一樣也有磁效應(yīng),C錯,硅鋼電阻率大,產(chǎn)生的渦流較大,但仍能產(chǎn)生渦流,D錯。2

3、.下列說法正確的是()A.把金屬塊放在變化的磁場中可產(chǎn)生渦流B.在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動的金屬塊會產(chǎn)生渦流C.渦流對生產(chǎn)和實驗既有利又有害D.大塊金屬中無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生,直接產(chǎn)生了渦流【解析】選A、C。把金屬塊放在變化的磁場中時,穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化,有渦流產(chǎn)生,A正確;在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動的金屬塊中磁通量沒有發(fā)生變化不產(chǎn)生渦流,B錯誤;渦流既有有利的一面可以用來加熱或冶煉金屬,也有不利的一面如使某些元件發(fā)熱,所以C正確;產(chǎn)生渦流的條件是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流,即穿過金屬塊的渦流是一種自成回路的感應(yīng)電流,由閉合電路歐姆定律可知,有電流必有電動勢,故D錯誤。3.如圖所示,在一個繞有線圈的可拆

4、變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流,一段時間后,一個容器中水溫升高,則通入的電流與水溫升高的是()A.恒定直流、小鐵鍋B.恒定直流、玻璃杯C.變化的電流、小鐵鍋D.變化的電流、玻璃杯【解題指南】解答本題需要注意以下兩點:(1)要產(chǎn)生渦流,導(dǎo)體中的磁通量必須要發(fā)生變化。(2)只有在導(dǎo)體中才能產(chǎn)生渦流,絕緣體中不產(chǎn)生渦流?！窘馕觥窟xC。通入恒定直流時,所產(chǎn)生的磁場不變,不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,A、B錯誤;通入變化的電流,所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化,在空間產(chǎn)生感生電場,小鐵鍋是導(dǎo)體,感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使水溫升高;渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的,所以玻璃杯中的水不會

5、升溫,C對,D錯。4.如圖所示,金屬球(銅球)下端有通電的線圈,今把小球拉離平衡位置后釋放,此后關(guān)于小球的運(yùn)動情況是(不計空氣阻力)()A.做等幅振動B.做阻尼振動C.振幅不斷增大D.無法判定【解析】選B。小球在通電線圈磁場中運(yùn)動,小球中產(chǎn)生渦流,故小球要受到安培力作用阻礙它的相對運(yùn)動,做阻尼振動,故振幅越來越小,A、C、D錯誤,B正確。5.如圖所示,在O點正下方有一個具有理想邊界的磁場,磁場寬度大于球的直徑。銅球在A點由靜止釋放,向右擺至最高點B,不考慮空氣阻力,則下列說法正確的是()A.A、B兩點在同一水平線上B.A點高于B點C.A點低于B點D.銅球做等幅擺動【解題指南】電磁阻尼現(xiàn)象中要抓

6、住兩點:(1)金屬能夠自身形成閉合回路,形成渦流。(2)磁通量發(fā)生變化,有感應(yīng)電流,阻礙相對運(yùn)動?！窘馕觥窟xB。銅球進(jìn)入磁場和出磁場的過程中,都有渦流產(chǎn)生,阻礙銅球的擺動,從而有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,A點高于B點,A、C錯誤,B正確;往復(fù)運(yùn)動一段時間,由于銅球的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,其擺動幅度逐漸減小,當(dāng)銅球完全進(jìn)入磁場后,銅球最終將在磁場中做等幅擺動,D錯誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】一個半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán),用一根長為L的絕緣細(xì)繩懸掛于O點,離O點下方處有一寬度為、垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,如圖所示?，F(xiàn)使圓環(huán)從與懸點O等高位置A處由靜止釋放(細(xì)繩張直,忽略空氣阻力),擺動過程中金屬環(huán)所

7、在平面始終垂直磁場,則在達(dá)到穩(wěn)定擺動的整個過程中,金屬環(huán)產(chǎn)生的熱量是()A.mgLB.mgC.mgD.mg(L+2r)【解析】選C。線圈在進(jìn)入磁場和離開磁場時,磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,機(jī)械能減少,最后線圈在磁場下面擺動,機(jī)械能守恒。在整個過程中減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榻苟鸁?在達(dá)到穩(wěn)定擺動的整個過程中,金屬環(huán)減少的機(jī)械能為mg,C正確。6.下列應(yīng)用與渦流有關(guān)的是()A.高頻感應(yīng)冶煉爐B.探雷器和安檢門C.收音機(jī)里的“磁性天線”D.閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動,切割磁感線產(chǎn)生的電流【解析】選A、B。高頻感應(yīng)冶煉爐,爐外線圈通入交變電流,爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流,A項正確;探雷器和安檢門都是利用渦流工作的

8、,B項正確;收音機(jī)里的“磁性天線”利用的是互感現(xiàn)象,C項錯誤;閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流,不同于渦流,D項錯誤。7.如圖所示是電表中的指針和電磁阻尼器,下列說法中正確的是()A.2是磁鐵,在1中產(chǎn)生渦流B.1是磁鐵,在2中產(chǎn)生渦流C.該裝置的作用是使指針能夠轉(zhuǎn)動D.該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定【解析】選A、D。當(dāng)指針擺動時,1隨之轉(zhuǎn)動,2是磁鐵,那么在1中產(chǎn)生渦流,2對1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動?？傊?不管1向哪個方向轉(zhuǎn)動,2對1的效果總起到阻礙作用,所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來,故A、D項正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】在水平放置的光滑導(dǎo)軌上,沿導(dǎo)軌固定一個條形磁鐵,如圖所示,現(xiàn)有銅、鋁和有機(jī)

9、玻璃制成的滑塊甲、乙、丙,使它們從導(dǎo)軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去。各滑塊在未接觸磁鐵前的運(yùn)動情況是()A.都做勻速運(yùn)動B.甲、乙做加速運(yùn)動C.甲、乙做減速運(yùn)動D.乙、丙做勻速運(yùn)動【解析】選C。銅塊、鋁塊向磁鐵靠近時,穿過它們的磁通量發(fā)生變化,因此在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流,反過來渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場對原磁場的變化起阻礙作用,所以銅塊和鋁塊向磁鐵運(yùn)動時會受阻礙而做減速運(yùn)動,有機(jī)玻璃為非金屬,不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象。8.如圖所示,A、B為大小、形狀均相同且內(nèi)壁光滑,但用不同材料制成的圓管,豎直固定在相同高度。兩個相同的磁性小球,同時從A、B管上端的管口無初速度釋放,穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面。下面對

10、于兩管描述可能正確的是()A.A管是用塑料制成的,B管是用銅制成的B.A管是用鋁制成的,B管是用膠木制成的C.A管是用膠木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是用膠木制成的,B管是用鋁制成的【解析】選A、D。磁性小球穿過金屬圓管過程中,將圓管看作由許多金屬圓環(huán)組成,小球的磁場使每個圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律,該電流阻礙磁性小球的下落,小球向下運(yùn)動的加速度小于重力加速度;小球在塑料、膠木等非金屬材料圓管中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,小球仍然做自由落體運(yùn)動,穿過塑料、膠木圓管的時間比穿過金屬圓管的時間少。9.1824年,法國科學(xué)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

11、柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針,如圖所示。實驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時,磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來,但略有滯后。下列說法正確的是()A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動C.在圓盤轉(zhuǎn)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(yùn)動形成電流,此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下兩點進(jìn)行分析:(1)分析磁針的磁場分布情況。(2)把圓盤理解成“同心圓”和“輻條”模型?！窘馕觥窟xA、B。由于磁針位于圓盤的正上方,所以穿過圓盤的磁通量始終為零,故C錯誤;如果將圓盤看成由沿半徑方向的“輻條

12、”組成,則圓盤在轉(zhuǎn)動過程中,“輻條”會切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,在圓盤中產(chǎn)生渦電流,該渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針運(yùn)動,故A、B正確;同時圓盤中的自由電子隨圓盤一起轉(zhuǎn)動形成電流,該電流對磁針沒有作用力,D錯誤。二、非選擇題10.如圖所示,質(zhì)量為m=100g的鋁環(huán),用細(xì)線懸掛起來,環(huán)中央距地面高度h=0.8m,有一質(zhì)量為M=200g的小磁鐵(長度可忽略),以v0=10m/s的水平速度射入并穿過鋁環(huán),落地點距鋁環(huán)原位置的水平距離x=3.6m,則磁鐵與鋁環(huán)發(fā)生相互作用時(小磁鐵穿過鋁環(huán)后的運(yùn)動看作平拋運(yùn)動),求:(1)鋁環(huán)向哪邊偏斜?(2)若鋁環(huán)在磁鐵穿過后速度v=2m/s,在磁鐵穿過鋁環(huán)的整個過程中,

13、環(huán)中產(chǎn)生了多少電能?(g取10m/s2)【解析】(1)由楞次定律可知,當(dāng)小磁鐵向右運(yùn)動時,鋁環(huán)向右偏斜(阻礙相對運(yùn)動)。(2)由磁鐵穿過鋁環(huán)后飛行的水平距離可求出穿過后的速度v=m/s =9m/s由能量守恒可得:W電=M-Mv2-mv2=1.7J。答案:(1)向右偏斜(2)1.7J【總結(jié)提升】渦流現(xiàn)象中兩種不同的能量轉(zhuǎn)化方式(1)電磁阻尼中克服安培力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)電磁驅(qū)動中由于電磁感應(yīng),磁場能轉(zhuǎn)化為電能,通過安培力做功,電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能而對外做功。11.(2017杭州高二檢測)在質(zhì)量為M=1kg的小車上豎直固定著一個質(zhì)量m=0.2kg、高h(yuǎn)=0.05

14、m、總電阻R=100、n=100匝的矩形線圈,且小車與線圈的水平長度l相同?，F(xiàn)在線圈和小車一起在光滑的水平面上運(yùn)動,速度為v1=10m/s,隨后穿過與線圈平面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T的水平有界勻強(qiáng)磁場,方向垂直紙面向里,如圖甲所示。已知小車(包括線圈)運(yùn)動的速度v隨車的位移x變化的v-x圖象如圖乙所示。求:(1)小車的水平長度l和磁場的寬度d。(2)當(dāng)小車的位移x=10cm時,線圈中的電流大小I以及此時小車的加速度a。(3)線圈和小車通過磁場的過程中線圈電阻產(chǎn)生的熱量Q?！窘馕觥?1)由題圖可知,從x=5cm開始,線圈進(jìn)入磁場,線圈中有感應(yīng)電流,受安培力作用,小車做減速運(yùn)動,速度v隨位移x減小,當(dāng)x=15cm時,線圈完全進(jìn)入磁場,線圈中感應(yīng)電流消失,小車做勻速運(yùn)動,因此小車的水平長度l=10cm。當(dāng)x=30cm時,線圈開始離開磁場,則d=30cm-5 cm=25 cm。(2)當(dāng)x=10cm時,由圖象可知,線圈右邊切割磁感線