2023高中物理第4章電磁感應第7節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅動課時作業(yè)新人教版選修3-2

PAGE渦流、電磁阻尼和電磁驅動基礎夯實一、選擇題(1～5題為單項選擇題，6題為多項選擇題)1．以下應用哪些與渦流無關eq\x(導學號09152154)(D)A．高頻感應冶煉爐B．汽車的電磁式速度表C．家用電度表D．閉合線圈在勻強磁場中轉動，切割磁感線產生的電流解析：真空冶煉爐，爐外線圈通入交變電流，爐內的金屬中產生渦流；汽車速度表是磁電式電流表，指針擺動時，鋁框骨架中產生渦流；家用電表(轉盤式)的轉盤中有渦流產生；閉合線圈在磁場中轉動產生感應電流，不同于渦流，D錯誤。2．(安徵銅陵一中2022～2022學年高二下學期期中)如下圖是一種冶煉金屬的感應爐的示意圖，此種感應爐應接怎樣的電源eq\x(導學號09152155)(D)A．直流低壓 B．直流高壓C．低頻交流電 D．高頻交流電解析：線圈中的電流做周期性的變化，在附近的導體中產生感應電流，從而在導體中產生大量的熱，渦流現(xiàn)象也是電磁感應；而交流電的頻率越大，產生的感應電流越大，產生的熱量越多，故D正確，ABC錯誤，應選D。3．(湖南長沙市2022～2022學年高二下學期檢測)將一個閉合金屬環(huán)用絕緣絲線懸于O點，如下圖，虛線左邊有垂直于紙面向外的勻強磁場，而右邊沒有磁場，將小球拉至圖示位置釋放后eq\x(導學號09152156)(C)A．金屬環(huán)的擺動不會停下來，一直做等幅擺動B．金屬環(huán)的擺動幅度越來越小，小到某一數(shù)值后做等幅擺動C．金屬環(huán)的擺動最終會停下來D．金屬環(huán)最終停止在初始釋放位置解析：當金屬環(huán)進入或離開磁場區(qū)域時磁通量發(fā)生變化，會產生感應電流，從而阻礙線圈運動，即有機械能通過安培力做負功轉化為內能；所以環(huán)最終靜止，故ABD錯誤，C正確。4．(北京四中2022～2022學年高二上學期期末)物理課上，老師做了一個奇妙的“跳環(huán)實驗〞。如下圖，她把一個帶鐵芯的線圈L、開關S和電源用導線連接起來后，將一金屬套環(huán)置于線圈L上，且使鐵芯穿過套環(huán)。閉合開關S的瞬間，套環(huán)立刻跳起。某同學另找來器材再探究此實驗。他連接好電路，經重復試驗，線圈上的套環(huán)均末動。比照老師演示的實驗，以下四個選項中，導致套環(huán)未動的原因可能是eq\x(導學號09152157)(D)A．線圈接在了直流電源上B．電源電壓過高C．所選線圈的匝數(shù)過多D．所用套環(huán)的材料與老師的不同解析：閉合開關瞬間，只要套環(huán)產生感應電流，套環(huán)就會跳起。套環(huán)未動，可能是絕緣材料制成的，不能產生感應電流，選項D有可能。5．(昌樂二中2022～2022學年高二下學期檢測)如下圖，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運動情況eq\x(導學號09152158)(C)A．都做勻速運動B．鐵球、鋁球都做減速運動C．鐵球做加速運動，鋁球做減速運動D．鋁球、木球做勻速運動解析：鐵球靠近磁鐵時被磁化，與磁鐵之間產生相互吸引的作用力，故鐵球將加速運動；鋁球向磁鐵靠近時，穿過它的磁通量發(fā)生變化，因此在其內部產生渦流，渦流產生的感應磁場對原磁場的變化起阻礙作用，所以鋁球向磁鐵運動時會受阻礙而減速；木球為非金屬，既不能被磁化，也不產生渦流現(xiàn)象，所以磁鐵對木球不產生力的作用，木球將做勻速運動。綜上所述，C項正確。6.如下圖，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉動。從上向下看，當磁鐵逆時針轉動時，那么eq\x(導學號09152159)(BC)A．線圈將逆時針轉動，轉速與磁鐵相同B．線圈將逆時針轉動，轉速比磁鐵小C．線圈轉動時將產生變化的電流D．線圈轉動時感應電流的方向始終是abcda解析：當磁鐵逆時針轉動時，相當于磁鐵不動而線圈順時針旋轉切割磁感線，線圈中產生變化的電流，故C對，D錯；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁極同向轉動，但轉動的角速度一定小于磁鐵轉動的角速度。故A錯，B對。二、非選擇題7．如下圖，一狹長的銅片能繞O點在紙平面內擺動，有界磁場的方向垂直紙面向里，銅片在擺動時受到較強的阻尼作用，很快就停止擺動。如果在銅片上開幾個長縫，銅片可以在磁場中擺動較多的次數(shù)后才停止擺動，這是為什么？eq\x(導學號09152160)解析：沒有開長縫的銅片在磁場中擺動時，銅片內將產生較大的渦流，渦流在磁場中所受的安培力總是阻礙銅片的擺動，因此銅片很快就停止擺動。如果在銅片上開有多條長縫，就可以把渦流限制在縫與縫之間的各局部銅片上，較大地削弱了渦流，阻力隨之減小，所以銅片可以擺動屢次后才停止擺動。能力提升一、選擇題(1～3題為單項選擇題，4～6題為多項選擇題)1．(廣州2022～2022學年高二檢測)如下圖，上下開口、內壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置。小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部。那么小磁塊eq\x(導學號09152161)(C)A．在P和Q中都做自由落體運動B．在兩個下落過程中的機械能都守恒C．在P中的下落時間比在Q中的長D．落至底部時在P中的速度比在Q中的大解析：小磁塊在內壁光滑的塑料管Q中，從高處由靜止釋放做自由落體運動，機械能守恒；小磁塊在內壁光滑的銅管P中，那么會產生電磁阻尼阻礙小磁塊的運動，相比Q中自由落體運動時間要長，C項正確、A項錯誤；由于電磁阻尼產生焦耳熱，機械能不守恒，B項錯誤；由于機械能有損失，落至底部時在P中的速度比在Q中的小，D項錯誤。2．(鹽城2022～2022學年高二檢測)如下圖，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁鐵，四個磁極之間的距離兩兩相等，當兩塊蹄形磁鐵勻速向右運動時，線圈仍靜止不動，那么線圈受到木板的摩擦力方向是eq\x(導學號09152162)(D)A．先向左、后向右 B．先向左、后向右、再向左C．一直向右 D．一直向左解析：當兩蹄形磁鐵靠近線圈時，線圈要阻礙其靠近，線圈有向右移動的趨勢，受木板的摩擦力方向向左，當蹄形磁鐵遠離時，線圈要阻礙其遠離，仍有向右移動的趨勢，受木板的摩擦力方向仍是向左的，選項D正確。3．(廣東省實驗中學2022～2022學年高二下學期期中)如下圖，一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落，穿過一根豎直懸掛的條形磁鐵(質量為m)，銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸始終保持重合，那么懸掛磁鐵的繩子中拉力F隨時間t變化的圖象可能是eq\x(導學號09152163)(B)解析：銅環(huán)閉合，銅環(huán)在下落過程中，穿過銅環(huán)的磁通量不斷變化，銅環(huán)中產生感應電流；由楞次定律可知，感應電流總是阻礙磁體間的相對運動，當銅環(huán)在磁鐵上方時，感應電流阻礙銅環(huán)靠近磁鐵，給銅環(huán)一個向上的安培力，因此拉力大于重力；當銅環(huán)位于磁鐵下方時，銅環(huán)要遠離磁鐵，感應電流阻礙銅環(huán)的遠離對銅環(huán)施加一個向上的安培力，那么拉力大于重力；當銅環(huán)處于磁鐵中部時，磁通量不變，那么沒有感應電流，沒有安培阻力，因此拉力等于重力，故ACD錯誤，B正確，應選B。4．(濰坊一中2022～2022學年高二下學期檢測)如下圖，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內的水沸騰起來。假設要縮短上述加熱時間，以下措施可行的有eq\x(導學號09152164)(AB)A．增加線圈的匝數(shù) B．提高交流電源的頻率C．將金屬杯換為瓷杯 D．取走線圈中的鐵芯解析：交變電流在鐵芯中產生交變磁場，金屬杯會產生感應電流而發(fā)熱，從而使杯內水沸騰。增加線圈的匝數(shù)和提高交流電源的頻率都可以增大金屬杯產生的電流，可縮短加熱時間，選項A、B正確；將金屬杯換成瓷杯，變化磁場不能使它產生電流，也就不能使水加熱，選項C錯誤；取走線圈中的鐵芯，會減小周圍的磁場，金屬杯產生的電流會減小，從而增加加熱的時間，選項D錯誤。5．如下圖，磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是eq\x(導學號09152165)(BC)A．防止渦流而設計的 B．利用渦流而設計的C．起電磁阻尼的作用 D．起電磁驅動的作用解析：線圈通電后在安培力作用下發(fā)生轉動，鋁框隨之轉動，在鋁框內產生渦流。渦流將阻礙線圈的轉動，使線圈偏轉后盡快停下來，這樣做是利用渦流來起電磁阻尼的作用。鋁相比其他金屬電阻率小，產生的渦流大。另外，鋁的密度小，相同大小的骨架慣性小，運動狀態(tài)容易改變。應選項B、C正確。6．某輸電線路橫穿公路時，要在地下埋線通過，為了保護線路不至于被壓壞，預先鋪設結實的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過，電線穿管的方案有兩種，甲方案是鋪設兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過，乙方案是只鋪設一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過，如果輸電導線輸送的電流很強大，那么，以下說法正確的選項是eq\x(導學號09152166)(BC)A．無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流，甲乙兩方案都是可行的B．假設輸送的電流是恒定電流，甲乙兩方案都是可行的C．假設輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的D．假設輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的解析：輸電線周圍存在磁場，交變電流產生變化的磁場，可在金屬管中產生渦流，當輸電線上電流很大時，強大的渦流有可能將金屬管融化，造成事故。所以甲方案是不可行的。在乙方案中，兩條導線中的電流方向相反，產生的磁場互相抵消，金屬管中不會產生渦流，是可行的，此題類似于課本中提到的“雙線并繞〞。二、非選擇題7．在質量為M＝1kg的小車上豎直固定著一個質量m＝0.2kg、高h＝0.05m、總電阻R＝100Ω、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動，速度為v1＝10m/s，隨后穿過與線圈平面垂直的磁感應強度B＝1.0T的水平有界勻強磁場，方向垂直紙面向里，如圖甲所示。小車(包括線圈)運動的速度v隨小車的位移x變化的v－x圖象如圖乙所示。求：eq\x(導學號09152167)(1)小車的水平長度l和磁場的寬度d。(2)當小車的位移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生的熱量Q。答案：(1)10cm25cm(2)0.4A1.67m/s2，方向水平向左(3)57.6J解析：(1)由題圖可知，從x＝5cm開始，線圈進入磁場，線圈中有感應電流，受安培力作用，小車做減速運動，速度v隨位移x減小，當x＝15cm時，線圈完全進入磁場，線圈中感應電流消失，小車做勻速運動，因此小車的水平長度l＝10cm。當x＝30cm時，線圈開始離開磁場，那么d＝30cm－5cm＝25cm。(2)當x＝10cm時，由圖象可知，線圈右邊切割磁感線的速度v2＝8m/s，由閉合電路歐姆定律得線圈中的電流I＝eq\f(nBhv2,R)＝eq\f(1