2023高中物理第4章電磁感應(yīng)第7節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)課時(shí)作業(yè)新人教版選修3-2

PAGE渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～5題為單項(xiàng)選擇題，6題為多項(xiàng)選擇題)1．以下應(yīng)用哪些與渦流無關(guān)eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)09152154)(D)A．高頻感應(yīng)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(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁感線產(chǎn)生的電流解析：真空冶煉爐，爐外線圈通入交變電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流；汽車速度表是磁電式電流表，指針擺動(dòng)時(shí)，鋁框骨架中產(chǎn)生渦流；家用電表(轉(zhuǎn)盤式)的轉(zhuǎn)盤中有渦流產(chǎn)生；閉合線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，不同于渦流，D錯(cuò)誤。2．(安徵銅陵一中2022～2022學(xué)年高二下學(xué)期期中)如下圖是一種冶煉金屬的感應(yīng)爐的示意圖，此種感應(yīng)爐應(yīng)接怎樣的電源eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而在導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的熱，渦流現(xiàn)象也是電磁感應(yīng)；而交流電的頻率越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大，產(chǎn)生的熱量越多，故D正確，ABC錯(cuò)誤，應(yīng)選D。3．(湖南長(zhǎng)沙市2022～2022學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))將一個(gè)閉合金屬環(huán)用絕緣絲線懸于O點(diǎn)，如下圖，虛線左邊有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，而右邊沒有磁場(chǎng)，將小球拉至圖示位置釋放后eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)09152156)(C)A．金屬環(huán)的擺動(dòng)不會(huì)停下來，一直做等幅擺動(dòng)B．金屬環(huán)的擺動(dòng)幅度越來越小，小到某一數(shù)值后做等幅擺動(dòng)C．金屬環(huán)的擺動(dòng)最終會(huì)停下來D．金屬環(huán)最終停止在初始釋放位置解析：當(dāng)金屬環(huán)進(jìn)入或離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)磁通量發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而阻礙線圈運(yùn)動(dòng)，即有機(jī)械能通過安培力做負(fù)功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；所以環(huán)最終靜止，故ABD錯(cuò)誤，C正確。4．(北京四中2022～2022學(xué)年高二上學(xué)期期末)物理課上，老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)〞。如下圖，她把一個(gè)帶鐵芯的線圈L、開關(guān)S和電源用導(dǎo)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(guān)S的瞬間，套環(huán)立刻跳起。某同學(xué)另找來器材再探究此實(shí)驗(yàn)。他連接好電路，經(jīng)重復(fù)試驗(yàn)，線圈上的套環(huán)均末動(dòng)。比照老師演示的實(shí)驗(yàn)，以下四個(gè)選項(xiàng)中，導(dǎo)致套環(huán)未動(dòng)的原因可能是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(guān)瞬間，只要套環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，套環(huán)就會(huì)跳起。套環(huán)未動(dòng)，可能是絕緣材料制成的，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)D有可能。5．(昌樂二中2022～2022學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))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(gè)初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)09152158)(C)A．都做勻速運(yùn)動(dòng)B．鐵球、鋁球都做減速運(yùn)動(dòng)C．鐵球做加速運(yùn)動(dòng)，鋁球做減速運(yùn)動(dòng)D．鋁球、木球做勻速運(yùn)動(dòng)解析：鐵球靠近磁鐵時(shí)被磁化，與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的作用力，故鐵球?qū)⒓铀龠\(yùn)動(dòng)；鋁球向磁鐵靠近時(shí)，穿過它的磁通量發(fā)生變化，因此在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)原磁場(chǎng)的變化起阻礙作用，所以鋁球向磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受阻礙而減速；木球?yàn)榉墙饘伲炔荒鼙淮呕?，也不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，所以磁鐵對(duì)木球不產(chǎn)生力的作用，木球?qū)⒆鰟蛩龠\(yùn)動(dòng)。綜上所述，C項(xiàng)正確。6.如下圖，蹄形磁鐵和矩形線圈均可繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)。從上向下看，當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)09152159)(BC)A．線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B．線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速比磁鐵小C．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生變化的電流D．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流的方向始終是abcda解析：當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于磁鐵不動(dòng)而線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切割磁感線，線圈中產(chǎn)生變化的電流，故C對(duì)，D錯(cuò)；由楞次定律的推廣含義可知，線圈將與磁極同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定小于磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。故A錯(cuò)，B對(duì)。二、非選擇題7．如下圖，一狹長(zhǎng)的銅片能繞O點(diǎn)在紙平面內(nèi)擺動(dòng)，有界磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，銅片在擺動(dòng)時(shí)受到較強(qiáng)的阻尼作用，很快就停止擺動(dòng)。如果在銅片上開幾個(gè)長(zhǎng)縫，銅片可以在磁場(chǎng)中擺動(dòng)較多的次數(shù)后才停止擺動(dòng)，這是為什么？eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)09152160)解析：沒有開長(zhǎng)縫的銅片在磁場(chǎng)中擺動(dòng)時(shí)，銅片內(nèi)將產(chǎn)生較大的渦流，渦流在磁場(chǎng)中所受的安培力總是阻礙銅片的擺動(dòng)，因此銅片很快就停止擺動(dòng)。如果在銅片上開有多條長(zhǎng)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(dòng)屢次后才停止擺動(dòng)。能力提升一、選擇題(1～3題為單項(xiàng)選擇題，4～6題為多項(xiàng)選擇題)1．(廣州2022～2022學(xué)年高二檢測(cè))如下圖，上下開口、內(nèi)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(dǎo)學(xué)號(hào)09152161)(C)A．在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)B．在兩個(gè)下落過程中的機(jī)械能都守恒C．在P中的下落時(shí)間比在Q中的長(zhǎng)D．落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大解析：小磁塊在內(nèi)壁光滑的塑料管Q中，從高處由靜止釋放做自由落體運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒；小磁塊在內(nèi)壁光滑的銅管P中，那么會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼阻礙小磁塊的運(yùn)動(dòng)，相比Q中自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)間要長(zhǎng)，C項(xiàng)正確、A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于電磁阻尼產(chǎn)生焦耳熱，機(jī)械能不守恒，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于機(jī)械能有損失，落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．(鹽城2022～2022學(xué)年高二檢測(cè))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(gè)磁極之間的距離兩兩相等，當(dāng)兩塊蹄形磁鐵勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈仍靜止不動(dòng)，那么線圈受到木板的摩擦力方向是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(dāng)兩蹄形磁鐵靠近線圈時(shí)，線圈要阻礙其靠近，線圈有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，受木板的摩擦力方向向左，當(dāng)蹄形磁鐵遠(yuǎn)離時(shí)，線圈要阻礙其遠(yuǎn)離，仍有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，受木板的摩擦力方向仍是向左的，選項(xiàng)D正確。3．(廣東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)2022～2022學(xué)年高二下學(xué)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(zhì)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(shí)間t變化的圖象可能是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(chǎn)生感應(yīng)電流；由楞次定律可知，感應(yīng)電流總是阻礙磁體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)銅環(huán)在磁鐵上方時(shí)，感應(yīng)電流阻礙銅環(huán)靠近磁鐵，給銅環(huán)一個(gè)向上的安培力，因此拉力大于重力；當(dāng)銅環(huán)位于磁鐵下方時(shí)，銅環(huán)要遠(yuǎn)離磁鐵，感應(yīng)電流阻礙銅環(huán)的遠(yuǎn)離對(duì)銅環(huán)施加一個(gè)向上的安培力，那么拉力大于重力；當(dāng)銅環(huán)處于磁鐵中部時(shí)，磁通量不變，那么沒有感應(yīng)電流，沒有安培阻力，因此拉力等于重力，故ACD錯(cuò)誤，B正確，應(yīng)選B。4．(濰坊一中2022～2022學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))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(nèi)的水沸騰起來。假設(shè)要縮短上述加熱時(shí)間，以下措施可行的有eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬杯會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流而發(fā)熱，從而使杯內(nèi)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(chǎn)生的電流，可縮短加熱時(shí)間，選項(xiàng)A、B正確；將金屬杯換成瓷杯，變化磁場(chǎng)不能使它產(chǎn)生電流，也就不能使水加熱，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；取走線圈中的鐵芯，會(huì)減小周圍的磁場(chǎng)，金屬杯產(chǎn)生的電流會(huì)減小，從而增加加熱的時(shí)間，選項(xiàng)D錯(cuò)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(dǎo)學(xué)號(hào)09152165)(BC)A．防止渦流而設(shè)計(jì)的 B．利用渦流而設(shè)計(jì)的C．起電磁阻尼的作用 D．起電磁驅(qū)動(dòng)的作用解析：線圈通電后在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在鋁框內(nèi)產(chǎn)生渦流。渦流將阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)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(chǎn)生的渦流大。另外，鋁的密度小，相同大小的骨架慣性小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變。應(yīng)選項(xiàng)B、C正確。6．某輸電線路橫穿公路時(shí)，要在地下埋線通過，為了保護(hù)線路不至于被壓壞，預(yù)先鋪設(shè)結(jié)實(shí)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(shè)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(shè)一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過，如果輸電導(dǎo)線輸送的電流很強(qiáng)大，那么，以下說法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(shè)輸送的電流是恒定電流，甲乙兩方案都是可行的C．假設(shè)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(shè)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(chǎng)，交變電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，可在金屬管中產(chǎn)生渦流，當(dāng)輸電線上電流很大時(shí)，強(qiáng)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(dǎo)線中的電流方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相抵消，金屬管中不會(huì)產(chǎn)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(zhì)量為M＝1kg的小車上豎直固定著一個(gè)質(zhì)量m＝0.2kg、高h(yuǎn)＝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(zhǎng)度l相同。現(xiàn)在線圈和小車一起在光滑的水平面上運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)，方向垂直紙面向里，如圖甲所示。小車(包括線圈)運(yùn)動(dòng)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(dǎo)學(xué)號(hào)09152167)(1)小車的水平長(zhǎng)度l和磁場(chǎng)的寬度d。(2)當(dāng)小車的位移x＝10cm時(shí)，線圈中的電流大小I以及此時(shí)小車的加速度a。(3)線圈和小車通過磁場(chǎng)的過程中線圈電阻產(chǎn)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(jìn)入磁場(chǎng)，線圈中有感應(yīng)電流，受安培力作用，小車做減速運(yùn)動(dòng)，速度v隨位移x減小，當(dāng)x＝15cm時(shí)，線圈完全進(jìn)入磁場(chǎng)，線圈中感應(yīng)電流消失，小車做勻速運(yùn)動(dòng)，因此小車的水平長(zhǎng)度l＝10cm。當(dāng)x＝30cm時(shí)，線圈開始離開磁場(chǎng)，那么d＝30cm－5cm＝25cm。(2)當(dāng)x＝10cm時(shí)，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