2024-2025學年高中物理第四章電磁感應7渦流電磁阻尼和電磁驅動練習含解析新人教版選修3-2

PAGE5-渦流、電磁阻尼和電磁驅動[A組素養(yǎng)達標]1．下列關于渦流的說法中正確的是()A．渦流跟平常常見的感應電流一樣，都是因為穿過導體的磁通量改變而產(chǎn)生的B．渦流不是感應電流，而是一種有別于感應電流的特別電流C．渦流有熱效應，但沒有磁效應D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流解析：渦流本質上是感應電流，是自身構成的回路，在穿過導體的磁通量改變時產(chǎn)生的，故A正確，B錯誤；渦流既有熱效應，又有磁效應，故C錯誤；硅鋼電阻率大，產(chǎn)生的渦流較小，但仍能產(chǎn)生渦流，故D錯誤．答案：A2．(多選)安檢門是一個用于平安檢查的“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．以下關于這個安檢門的說法正確的是()A．這個安檢門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．假如這個“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，既利用了電磁感應現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應解析：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，既利用了電磁感應現(xiàn)象，又利用了電流的磁效應，D對．答案：BD3．如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采納電磁感應原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用改變的電流通過線圈產(chǎn)生改變的磁場，當改變的磁場通過含鐵質鍋的底部時，即會產(chǎn)生多數(shù)小渦流，使鍋體本身自行高速升溫，然后再加熱鍋內(nèi)食物．電磁爐工作時產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質鍋所汲取，不會泄漏，對人體健康無危害．關于電磁爐，以下說法中正確的是()A．電磁爐是利用改變的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的B．電磁爐是利用改變的磁場產(chǎn)生渦流，使含鐵質鍋底快速升溫，進而對鍋內(nèi)食物加熱的C．電磁爐是利用改變的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉來對食物加熱的D．電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的解析：電磁爐的工作原理是利用改變的電流通過線圈產(chǎn)生改變的磁場，改變的磁場通過含鐵質鍋的底部產(chǎn)生多數(shù)小渦流，使鍋體溫度上升后加熱食物，故選項A、D錯誤，B正確；而選項C是微波爐的加熱原理，C錯誤．答案：B4.如圖所示，在O點正下方有一個具有志向邊界的磁場，銅環(huán)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．銅環(huán)將做等幅搖擺解析：銅環(huán)進出磁場時，產(chǎn)生感應電流，機械能要損耗，所以B點應當?shù)陀贏點．答案：B5．(多選)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動D．該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定解析：這是渦流的典型應用之一．當指針搖擺時，1隨之轉動，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的轉動．總之不管1向哪個方向轉動，2對1的效果總起到阻尼作用，所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來．答案：AD6．(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻溝通電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大可采納()A．增大交變電流的電壓B．增大交變電流的頻率C．增大焊接縫的接觸電阻D．減小焊接縫的接觸電阻解析：增大交變電流的電壓和交變電流的頻率均可使電流的改變率增大，由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)知，感應電動勢和渦流均增大，焊接處的發(fā)熱功率增大；若增大焊接縫的接觸電阻，則焊接處的電壓、功率安排就越大，產(chǎn)生的熱量就會越大，故A、B、C均正確，D錯誤．答案：ABC7．(多選)如圖所示，A、B為大小、形態(tài)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管上端管口無初速釋放，穿過A管的小球比穿過B管的小球先落到地面．下列對于兩管的描述中可能正確的是()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：磁性小球通過金屬圓管的過程中，將圓管看作由很多金屬圓環(huán)組成，小球的運動使每個圓環(huán)中磁通量發(fā)生改變產(chǎn)生感應電流，依據(jù)楞次定律，該電流的磁場阻礙小球的下落，小球向下運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運動不會使圓管中產(chǎn)生感應電流，小球仍做自由落體運動，穿過塑料、膠木圓管的時間比穿過金屬圓管的時間短，故可能正確的是A、D.答案：AD8.如圖所示，在一蹄形磁鐵下面放一個銅盤，銅盤和磁鐵均可以自由繞OO′軸轉動，兩磁極靠近銅盤，但不接觸．當磁鐵繞軸轉動時，銅盤將()A．以相同的轉速與磁鐵同向轉動B．以較小的轉速與磁鐵同向轉動C．以相同的轉速與磁鐵反向轉動D．靜止不動解析：因磁鐵的轉動，在銅盤中產(chǎn)生感應電流，進而受安培力作用而發(fā)生轉動，由楞次定律可知安培力的作用是阻礙相對運動，所以銅盤與磁鐵同向轉動，但銅盤轉動速度小于磁鐵的轉動速度，所以選項B正確．答案：B[B組素養(yǎng)提升]9.光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖所示，拋物線的方程為y＝x2，其下半部處在一個垂直紙面對外的勻強磁場中，磁場的上邊界是y＝a的直線(如圖中的虛線所示)．一個小金屬塊從拋物線上y＝b(b>a)處以速度v沿拋物線下滑，假設曲面足夠長，則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是()A．mgb B.eq\f(1,2)mv2C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2解析：由初狀態(tài)到末狀態(tài)(金屬塊在磁場區(qū)域內(nèi)往復運動)能量守恒．初狀態(tài)機械能E1＝mgb＋eq\f(1,2)mv2末狀態(tài)機械能E2＝mga焦耳熱Q＝E1－E2＝mg(b－a)＋eq\f(1,2)mv2.答案：D10．(多選)1824年，法國科學家阿拉果完成了聞名的“圓盤試驗”．試驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用松軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示．試驗中發(fā)覺，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．下列說法中正確的是()A．圓盤上產(chǎn)生了感應電動勢B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)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)生了改變D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉動解析：當圓盤轉動時，圓盤的半徑切割磁針產(chǎn)生的磁場的磁感線，產(chǎn)生感應電動勢，故選項A正確．如圖所示，圓盤上存在很多小的閉合回路，當圓盤轉動時，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生改變，回路中產(chǎn)生感應電流，依據(jù)楞次定律，感應電流阻礙其相對運動，但抗拒不了相對運動，故磁針會隨圓盤一起轉動，但略有滯后，故選項B正確．在圓盤轉動過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量始終為0，故選項C錯誤．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成的電流的磁場方向沿圓盤軸線方向，會使磁針沿軸線方向偏轉，故選項D錯誤．答案：AB11．如圖所示，質量為m＝100g的鋁環(huán)，用細線懸掛起來，環(huán)中心距地面高度h＝0.8m，有一質量為M＝200g的小磁鐵(長度可忽視)，以10m/s的水平速度射入并穿過鋁環(huán)，落地點距鋁環(huán)原位置的水平距離為3.6m．磁鐵與鋁環(huán)發(fā)生相互作用時(小磁鐵穿過鋁環(huán)后的運動看作平拋運動)，問：(1)鋁環(huán)向哪邊偏斜？(2)若鋁環(huán)在磁鐵穿過后速度為2m/s，在磁鐵穿過鋁環(huán)的整個過程中，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，當小磁鐵向右運動時，鋁環(huán)向右偏斜(阻礙相對運動)．(2)由磁鐵穿過鋁環(huán)飛行的水平距離可求出磁鐵穿過鋁環(huán)后的速度為v＝eq\f(x,\r(\f(2h,g)))＝9m/s，由能量守恒可得W電＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)Mv2－eq\f(1,2)mv′2＝1.7J.答案：(1)鋁環(huán)向右偏(2)1.7J[C組學霸沖刺]12．如圖所示，在光滑的水平面上有一半徑r＝10cm、電阻R＝1Ω、質量m＝1kg的金屬環(huán)，以速度v＝10m/s向一有界勻強磁場滑去．勻強磁場方向垂直于紙面對里，B＝0.5T．從環(huán)剛起先進入磁場算起，到剛好有一半進入磁場時圓環(huán)產(chǎn)生了32J的電熱，求：(1)此時圓環(huán)中電流的瞬時功率．(2)此時圓環(huán)運動的加速度．解析：(1)取金屬環(huán)為探討對象，從剛進入磁場至一半進入磁場的過程中，由能量守恒定律可知，環(huán)削減的動能全部轉化為電熱能，設此時的速度為v1，則有Q＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)m