2024-2025學(xué)年高中物理第4章電磁感應(yīng)7渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)課后課時(shí)精練含解析新人教版選修3-2

PAGE6-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)時(shí)間：40分鐘滿分：100分一、選擇題(每小題6分，共60分)1．聞名物理學(xué)家弗曼曾設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)試驗(yàn)，如圖所示。在一塊絕緣板的中部安裝一個(gè)線圈，線圈接有電源，板的四周有很多帶負(fù)電的小球，整個(gè)裝置支撐起來(lái)，忽視各處的摩擦，當(dāng)電源接通的瞬間，下列關(guān)于圓盤(pán)的說(shuō)法中正確的是()A．圓盤(pán)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B．圓盤(pán)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．圓盤(pán)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)D．無(wú)法確定圓盤(pán)是否會(huì)動(dòng)答案A解析線圈接通電源瞬間，產(chǎn)生向上的磁場(chǎng)，向上增大的磁場(chǎng)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母猩妶?chǎng)，因?yàn)樾∏驇ж?fù)電，負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)方向相反，則有逆時(shí)針?lè)较虻碾妶?chǎng)力，故圓盤(pán)將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。A正確。2.(多選)如圖所示是用渦流金屬探測(cè)器探測(cè)地下金屬物的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是()A．探測(cè)器內(nèi)的探測(cè)線圈會(huì)產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)B．只有有磁性的金屬物才會(huì)被探測(cè)器探測(cè)到C．探測(cè)到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生了渦流D．探測(cè)到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流答案AD解析探測(cè)器內(nèi)線圈通有改變電流產(chǎn)生改變磁場(chǎng)，若有金屬，則金屬中會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。A、D正確。3．如圖所示，使一個(gè)銅盤(pán)繞其豎直的軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，且假設(shè)摩擦等阻力不計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)是勻速的?，F(xiàn)把一個(gè)蹄形磁鐵移近銅盤(pán)，則()A．銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)將變慢B．銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)將變快C．銅盤(pán)仍以原來(lái)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)D．銅盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是否改變，要依據(jù)磁鐵的上下兩端的極性來(lái)確定答案A解析當(dāng)一個(gè)蹄形磁鐵移近銅盤(pán)時(shí)，銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知感應(yīng)電流受的安培力阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以銅盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)將變慢。A正確。4．如圖所示，蹄形磁鐵的兩極之間放置一個(gè)線圈abcd，磁鐵和線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁鐵按圖示方向繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．俯視，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．俯視，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同C．線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵的轉(zhuǎn)速D．線圈靜止不動(dòng)答案C解析依據(jù)楞次定律可知，為了阻礙磁通量的改變，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)當(dāng)與蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一樣，但是線圈的轉(zhuǎn)速應(yīng)小于蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)速，故C項(xiàng)正確。5．(多選)機(jī)場(chǎng)、車(chē)站和重要活動(dòng)場(chǎng)所的安檢門(mén)都安裝有金屬探測(cè)器，其探測(cè)金屬物的原理簡(jiǎn)化為：探測(cè)器中有一個(gè)通有交變電流的線圈，當(dāng)線圈四周有金屬物時(shí)，金屬物中會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，使探測(cè)器報(bào)警。設(shè)線圈中交變電流的大小為I、頻率為f，要提高探測(cè)器的靈敏度，可實(shí)行的措施是()A．增大IB．減小fC．增大fD．同時(shí)減小I和f答案AC解析增大線圈中交變電流I的大小和頻率f，可使金屬物中產(chǎn)生的渦流增大，從而提高探測(cè)器的靈敏度，選項(xiàng)A、C正確。6．如圖所示為一光滑軌道，其中MN部分為一段對(duì)稱的圓弧，兩側(cè)的直導(dǎo)軌與圓弧相切，MN部分有如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，有一較小的金屬盤(pán)如圖放置在P點(diǎn)，將金屬盤(pán)由靜止自由釋放，經(jīng)很多次來(lái)回運(yùn)動(dòng)后，下列推斷正確的是()A．金屬盤(pán)仍能上升到與P等高處B．金屬盤(pán)最終將靜止在最低點(diǎn)C．金屬盤(pán)上升的最大高度與MN等高D．金屬盤(pán)上升的最大高度始終在變小答案C解析金屬盤(pán)進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)時(shí)，磁通量發(fā)生改變，產(chǎn)生渦流，機(jī)械能削減，機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以金屬盤(pán)不能上升到與P等高處，故A錯(cuò)誤。隨著最大高度不斷降低，最終金屬盤(pán)將在MN間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磁通量不變，不產(chǎn)生渦流，機(jī)械能守恒，故B、D錯(cuò)誤，C正確。7．如圖所示，光滑水平絕緣面上有兩個(gè)金屬環(huán)靜止在平面上，環(huán)1豎直放置，環(huán)2水平放置，均處于平面中間分割線上，在平面中間分割線正上方有一條形磁鐵，當(dāng)磁鐵沿中間分割線向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A．兩環(huán)都向右運(yùn)動(dòng)B．兩環(huán)都向左運(yùn)動(dòng)C．環(huán)1靜止，環(huán)2向右運(yùn)動(dòng)D．兩環(huán)都靜止答案C解析條形磁鐵向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)1中磁通量為零不變，無(wú)感應(yīng)電流，仍靜止。環(huán)2中磁通量改變，依據(jù)楞次定律，為阻礙磁通量的改變，感應(yīng)電流的效果使環(huán)2向右運(yùn)動(dòng)，故C項(xiàng)正確。8.在水平面上放置兩個(gè)完全相同的帶中心軸的金屬圓盤(pán)，它們彼此用導(dǎo)線把中心軸和對(duì)方圓盤(pán)的邊緣相連接，組成電路如圖所示，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)兩圓盤(pán)垂直向外，若不計(jì)一切摩擦，當(dāng)a盤(pán)在外力作用下做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)b()A．沿與a盤(pán)相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)B．沿與a盤(pán)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能大于a盤(pán)的角速度D．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能等于a盤(pán)的角速度答案B解析如圖所示，金屬圓盤(pán)可看做由多根金屬輻條組成，a盤(pán)在外力作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)切割磁感線，由右手定則判知，電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛蒓1→A，在閉合電路中有方向?yàn)镺1AO2BO1的感應(yīng)電流，而對(duì)b盤(pán)，由左手定則和能的轉(zhuǎn)化和守恒定律判知，b盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度肯定小于a盤(pán)的角速度，選項(xiàng)B正確。9．(多選)地球是一個(gè)巨大的磁體，具有金屬外殼的人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若不能忽視所經(jīng)之處地磁場(chǎng)的強(qiáng)弱差別，則()A．運(yùn)行速率將越來(lái)越小B．運(yùn)行周期將越來(lái)越小C．軌道半徑將越來(lái)越小D．向心加速度將越來(lái)越小答案BC解析衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)衛(wèi)星的磁通量發(fā)生改變，使衛(wèi)星中產(chǎn)生感應(yīng)電流，地磁場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生電磁阻尼作用，衛(wèi)星速率減小而做向心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑越來(lái)越小，而軌道半徑一旦減小，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可得速率將增大；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r可得周期將減??；由an＝Geq\f(M,r2)，可得向心加速度將增大，B、C項(xiàng)正確。10．如圖所示，一個(gè)銅質(zhì)圓環(huán)，無(wú)初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圓環(huán)下落時(shí)其軸線與磁鐵懸線重合，圓環(huán)面始終水平。位置Ⅰ與位置Ⅱ的高度差為h，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間()A．等于eq\r(\f(2h,g))B．大于eq\r(\f(2h,g))C．小于eq\r(\f(2h,g))D．無(wú)法判定答案B解析依據(jù)楞次定律，當(dāng)圓環(huán)穿過(guò)磁鐵的過(guò)程中，圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，會(huì)阻礙圓環(huán)相對(duì)于磁鐵的運(yùn)動(dòng)，所以圓環(huán)向下運(yùn)動(dòng)的加速度小于重力加速度g，所以圓環(huán)下落的時(shí)間變長(zhǎng)，即t>eq\r(\f(2h,g))，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。二、非選擇題(共2小題，40分)11．(20分)在現(xiàn)代家庭的廚房中，電磁爐(如圖甲)是家庭主婦特別青睞的炊具，它具有熱效率高、溫控精確、平安性好、清潔衛(wèi)生等特點(diǎn)。利用以下材料并結(jié)合已學(xué)習(xí)的電磁學(xué)學(xué)問(wèn)分析、探討相關(guān)問(wèn)題。如圖乙所示是描述電磁爐工作原理的示意圖。電磁爐的內(nèi)部有一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的大小和方向是隨電流不斷改變的，這個(gè)改變的磁場(chǎng)又會(huì)使放在電磁爐上面的鐵質(zhì)(或鋼質(zhì))鍋底內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于鍋底有電阻，所以感應(yīng)電流又會(huì)在鍋底產(chǎn)生熱效應(yīng)，這些熱能便能起到加熱物體的作用。因?yàn)殡姶艩t是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，所以不是全部的鍋或器具都適用。適合放在電磁爐上烹飪的器具有不銹鋼鍋、不銹鋼壺、平底鐵鍋；不適用的有陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋、鋁鍋、銅鍋等。綜合以上材料分析下列問(wèn)題：(1)在電磁爐加熱食物的過(guò)程中涉及的物理原理有(回答三個(gè)即可)：①______________________________________________________________________；②______________________________________________________________________；③______________________________________________________________________。(2)電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋的緣由是____________________；電磁爐所用的鍋不能用鋁鍋、銅鍋的緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐還能起到加熱作用嗎？為什么？答案見(jiàn)解析解析(1)①電流的磁效應(yīng)(或電生磁)；②電磁感應(yīng)現(xiàn)象(或磁生電)；③電流的熱效應(yīng)(或焦耳定律)。(2)陶瓷和玻璃是絕緣體，不能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象；鋁、銅的導(dǎo)磁性太差，效率低。(3)能起到加熱作用，因?yàn)榫€圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)能穿透紙板到達(dá)鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用。12．(20分)如圖，始終導(dǎo)體棒質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導(dǎo)軌上，并與之緊密接觸；導(dǎo)體棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可限制的負(fù)載電阻(圖中未畫(huà)出)；導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面。起先時(shí)，給導(dǎo)體棒一個(gè)平行于導(dǎo)軌的初速度v0。在導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度由v0減小至v1的過(guò)程中，通過(guò)限制負(fù)載電阻的阻值使導(dǎo)體棒中的電流強(qiáng)度I保持恒定。導(dǎo)體棒始終在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。若不計(jì)導(dǎo)軌電阻，求此過(guò)程中導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值和負(fù)載電阻上消耗的平均功率。答案eq\f(1,2)Bl(v0＋v1)eq\f(1,2)BIl(v0＋v1)－I2r解析導(dǎo)體棒所受的安培力為：F＝BIl①依據(jù)題意可知，該力的大小不變，導(dǎo)體棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，因此在導(dǎo)體棒的速度從v0減小到v1的過(guò)程中，平均速度為：eq\x\to(v)＝eq\f(1,2)(v0＋v1)②當(dāng)導(dǎo)體棒的速