高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动作业课件ppt

第二章　3

一、选择题(本题共8小题，每题6分，共48分)

1．下列说法中正确的是(　A　)

A．感生电场由变化的磁场产生

B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场

C．感生电场的方向也同样可以用楞次定律和右手定则来判定

D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向

解析：变化的磁场产生电场，A正确B错误；感生电场可以使电场内的电荷发生移动，形成电流、电流方向就是电场方向，所以感应电场同样可以用楞次定律来判断，但右手定则无法使用，故C错误；由楞次定律可知电场方向不确定，故D错误。

2．下列应用哪些与涡流无关(　D　)

A．高频感应冶炼炉

B．汽车的电磁式速度表

C．家用电度表

D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流

解析：真空冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内的金属中产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电表(转盘式)的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，D错误。

3．如图所示是一种冶炼金属的感应炉的示意图，此种感应炉应接怎样的电源(　D　)

A．直流低压

B．直流高压

C．低频交流电

D．高频交流电

解析：线圈中的电流做周期性的变化，在附近的导体中产生感应电流，从而在导体中产生大量的热，涡流现象也是电磁感应；而交流电的频率越大，产生的感应电流越大，产生的热量越多，故D正确，ABC错误，故选D。

4.将一个闭合金属环用绝缘丝线悬于O点，如图所示，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，将小球拉至图示位置释放后(　C　)

A．金属环的摆动不会停下来，一直做等幅摆动

B．金属环的摆动幅度越来越小，小到某一数值后做等幅摆动

C．金属环的摆动最终会停下来

D．金属环最终停止在初始释放位置

解析：当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生感应电流，从而阻碍线圈运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能；所以环最终静止，故ABD错误，C正确。

5．如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况(　C　)

A．都做匀速运动

B．铁球、铝球都做减速运动

C．铁球做加速运动，铝球做减速运动

D．铝球、木球做匀速运动

解析：铁球靠近磁铁时被磁化，与磁铁之间产生相互吸引的作用力，故铁球将加速运动；铝球向磁铁靠近时，穿过它的磁通量发生变化，因此在其内部产生涡流，涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铝球向磁铁运动时会受阻碍而减速；木球为非金属，既不能被磁化，也不产生涡流现象，所以磁铁对木球不产生力的作用，木球将做匀速运动。综上所述，C项正确。

6．(2020·山东青岛市高三模拟)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌，为了有效隔离外界震动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(　 A　)

解析：施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A。

7．如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则小磁块(　C　)

 A．在P和Q中都做自由落体运动

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．在P中的下落时间比在Q中的长

D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大

解析：小磁块在内壁光滑的塑料管Q中，从高处由静止释放做自由落体运动，机械能守恒；小磁块在内壁光滑的铜管P中，则会产生电磁阻尼阻碍小磁块的运动，相比Q中自由落体运动时间要长，C项正确、A项错误；由于电磁阻尼产生焦耳热，机械能不守恒，B项错误；由于机械能有损失，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，D项错误。

8．如图所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离两两相等，当两块蹄形磁铁匀速向右运动时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是(　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：当两蹄形磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向向左，当蹄形磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，选项D正确。

二、非选择题

9．(12分)如图所示，用手转动铝框abcd，使它在磁铁的两极之间旋转。试分析图示位置时ab和cd两条边中感应电流的方向和这两条边所受安培力的方向。松开手后，铝框的转速会有什么变化？(摩擦和空气阻力可以忽略)

解析：从外向里看时，假设铝框顺时针转动，则ab边向上切割磁感线，cd边向下切割磁感线。由右手定则可判知电流方向为abcda，再由左手定则判知，ab边受安培力向下，cd边受安培力向上，两边所受安培力都阻碍铝框的转动。若铝框逆时针转动，则电流方向为adcba，ab边受安培力向上，cd边受安培力向下。松手后，由于安培力的阻碍作用，转速会逐渐减小。

一、选择题(本题共4小题，每题6分，共24分)

1．(2021·安徽省合肥市高三模拟)英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　D　)

A．0 B．r2qk

C．2πr2qk D．πr2qk

解析：感生电场是涡旋场，电荷在运动过程中，电场力始终做功。由E＝S可知E＝kπr2运动一周电场力做功W＝qE＝πr2qk，D选项正确。

2．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直，环2水平放置，均处于中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法正确的是(　C　)

A．两环都向右运动

B．两环都向左运动

C．环1静止，环2向右运动

D．两环都静止

解析：条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止。环2中磁通量变化。根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动。

3.如图所示，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁(质量为m)，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合，则悬挂磁铁的绳子中拉力F随时间t变化的图像可能是(　B　)

解析：铜环闭合，铜环在下落过程中，穿过铜环的磁通量不断变化，铜环中产生感应电流；由楞次定律可知，感应电流总是阻碍磁体间的相对运动，当铜环在磁铁上方时，感应电流阻碍铜环靠近磁铁，给铜环一个向上的安培力，则铜环给磁铁一个向下的力，因此拉力大于重力；当铜环位于磁铁下方时，铜环要远离磁铁，感应电流阻碍铜环的远离对铜环施加一个向上的安培力，则铜环给磁铁一个向下的力，则拉力大于重力；当铜环处于磁铁中部时，磁通量不变，则没有感应电流，没有安培阻力，因此拉力等于重力，故ACD错误，B正确，故选B。

4．(多选)(2021·宁夏青铜峡市高中高二下学期月考)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　AB　)

A．增加线圈的匝数

B．提高交流电源的频率

C．将金属杯换为瓷杯

D．取走线圈中的铁芯

解析：交变电流在铁芯中产生交变磁场，金属杯会产生感应电流而发热，从而使杯内水沸腾。增加线圈的匝数和提高交流电源的频率都可以增大金属杯产生的电流，可缩短加热时间，选项A、B正确；将金属杯换成瓷杯，变化磁场不能使它产生电流，也就不能使水加热，选项C错误；取走线圈中的铁芯，会减小周围的磁场，同时减小磁场的变化率，金属杯产生的电流会减小，从而增加加热的时间，选项D错误。

二、非选择题

5．(16分)在质量为M＝1 kg的小车上竖直固定着一个质量m＝0.2 kg、高h＝0.05 m、总电阻R＝100 Ω、n＝100匝的矩形线圈，且小车与线圈的水平长度l相同。现在线圈和小车一起在光滑的水平面上运动，速度为v1＝10 m/s，随后穿过与线圈平面垂直的磁感应强度B＝1.0 T的水平有界匀强磁场，方向垂直纸面向里，如图甲所示。已知小车(包括线圈)运动的速度v随小车的位移x变化的v－x图像如图乙所示。求：

(1)小车的水平长度l和磁场的宽度d；

(2)当小车的位移x＝10 cm时，线圈中的电流大小I以及此时小车的加速度a；

(3)线圈和小车通过磁场的过程中线圈电阻产生的热量Q。

答案：(1)10 cm　25 cm　(2)0.4 A　1.67 m/s2，方向水平向左　(3)57.6 J

解析：(1)由题图可知，从x＝5 cm开始，线圈进入磁场，线圈中有感应电流，受安培力作用，小车做减速运动，速度v随位移x减小，当x＝15 cm时，线圈完全进入磁场，线圈中感应电流消失，小车做匀速运动，因此小车的水平长度l＝10 cm。

当x＝30 cm时，线圈开始离开磁场，则d＝30 cm－5 cm＝25 cm。

(2)当x＝10 cm时，由图像可知，线圈右边切割磁感线的速度v2＝8 m/s，由闭合电路欧姆定律得线圈中的电流I＝＝A＝0.4 A，

此时线圈所受安培力F＝nBIh＝2 N，

小车的加速度a＝≈1.67 m/s2，

方向水平向左。

(3)由图像可知，线圈左边离开磁场时，小车的速度为v3＝2 m/s。线圈进入磁场和离开磁场时，克服安培力做功，线圈的动能减小，转化成电能，在线圈上产生电热。

线圈电阻产生的热量

Q＝(M＋m)v－(M＋m)v＝57.6 J。