高中物理人教版(2019)選擇性必修第二冊2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動

高中物理人教版（2019）選擇性必修第二冊2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動一、單選題1.關(guān)于渦流，下列說法中錯誤是（

）A.

真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置

B.

家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的

C.

阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動

D.

變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流2.著名物理學(xué)家弗曼曾設(shè)計過一個實驗，如圖所示.在一塊絕緣板上中部安一個線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負電的小球，整個裝置支撐起來.忽略各處的摩擦，當(dāng)電源接通的瞬間，下列關(guān)于圓盤的說法中正確的是（

）A.

圓盤將逆時針轉(zhuǎn)動（俯視）

B.

圓盤將順時針轉(zhuǎn)動（俯視）

C.

圓盤不會轉(zhuǎn)動

D.

圓盤先逆時針轉(zhuǎn)再順時針轉(zhuǎn)（俯視）3.半徑為r的圓環(huán)電阻為R，ab為圓環(huán)的一條直徑．如圖所示，在ab的一側(cè)存在一個均勻變化的勻強磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面，方向如圖，磁感應(yīng)強度大小隨時間的變化關(guān)系為B=B0+kt（k＞0），則（

）A.

圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流

B.

圓環(huán)具有擴張的趨勢

C.

圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為

D.

圖中a、b兩點間的電勢差4.如圖所示，一根長導(dǎo)線彎曲成“n”形，通以直流電I，正中間用絕緣線懸掛一金屬環(huán)C，環(huán)與導(dǎo)線處于同一豎直平面內(nèi)．在電流I增大的過程中，下列判斷正確的是（

）A.

金屬環(huán)中無感應(yīng)電流產(chǎn)生

B.

金屬環(huán)中有順時針方向的感應(yīng)電流

C.

懸掛金屬環(huán)C的豎直線的拉力大于環(huán)的重力

D.

懸掛金屬環(huán)C的豎直線的拉力小于環(huán)的重力5.如圖所示，a、b是用同種規(guī)格的銅絲做成的兩個同心圓環(huán)，兩環(huán)半徑之比為2∶3，其中僅在a環(huán)所圍區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場。當(dāng)該勻強磁場的磁感應(yīng)強度均勻增大時，a、b兩環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電動勢大小和感應(yīng)電流大小之比分別為（

）A.

1∶1，2∶3

B.

1∶1，3∶2

C.

4∶9，2∶3

D.

4∶9，9∶4二、多選題6.如圖為用來冶煉合金鋼的冶煉爐，爐外有線圈，將金屬材料置于冶煉爐中，當(dāng)線圈中通以電流時用感應(yīng)加熱的方法使?fàn)t內(nèi)金屬發(fā)熱．下列說法中正確的有(

)A.

線圈中通以恒定電流，金屬材料中也能產(chǎn)生感應(yīng)電流

B.

線圈中通以交流電，在金屬材料中會產(chǎn)生感應(yīng)電流

C.

感應(yīng)加熱是利用金屬材料中的渦流冶煉金屬的

D.

感應(yīng)加熱是利用線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱冶煉金屬的7.1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后。下列說法正確的是（

）A.

圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢

B.

圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動

C.

在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化

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(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動8.物理課上，教師做了一個“電磁阻尼”的實驗：如圖甲所示，AB兩擺在通過磁場時，A擺很快停下來，B擺擺動了很長的一段時間。圖乙是致遠同學(xué)另找器材再來探究此實驗的裝置：A是由擺片和細桿組成的擺，其擺動平面通過電磁鐵的兩極之間，當(dāng)繞在電磁鐵上的勵磁線圈未通電時，擺片可自由擺動，要經(jīng)過較長時間才會停下來。當(dāng)線圈通電時，擺動應(yīng)當(dāng)迅速停止。他連接好電路，經(jīng)重復(fù)試驗，均沒出現(xiàn)擺動迅速停止的現(xiàn)象。對比老師的演示實驗，下列四個選項中，正確的說法是（

）A.

老師實驗中，A擺很快停下來的原因是擺上產(chǎn)生了感應(yīng)電流

B.

老師實驗中，B擺很長時間才停下來的原因是擺上沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流

C.

致遠同學(xué)沒有成功的原因可能是所選線圈的匝數(shù)過多

D.

致遠同學(xué)沒有成功的原因可能是構(gòu)成擺的材質(zhì)是塑料的9.磁電式儀表的線圈通常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是（

）A.

防止渦流而設(shè)計的

B.

利用渦流而設(shè)計的

C.

起電磁阻尼的作用

D.

起電磁驅(qū)動的作用10.如圖所示，平行極板與單匝圓線圈相連，極板距離為d，圓半徑為r，單匝線圈的電阻為R1，外接電阻為R2，其他部分的電阻忽略不計.在圓中有垂直紙面向里的磁場，磁感應(yīng)強度均勻增加，有一個帶電粒子靜止在極板之間，帶電粒子質(zhì)量為m、電量為q.則下列說法正確的是(

)A.

粒子帶正電

B.

磁感應(yīng)強度的變化率為

C.

保持開關(guān)閉合，向上移動下極板時，粒子將向上運動

D.

斷開開關(guān)S，粒子將向下運動三、解答題11.如圖所示，水平放置的絕緣桌面上有一個金屬圓環(huán)，圓心的正上方有一個豎直的條形磁鐵。請通過分析形成以下結(jié)論：把條形磁鐵向水平方向移動時，金屬圓環(huán)將受到水平方向運動的驅(qū)動力，驅(qū)動力的方向跟條形磁鐵運動的方向相同。12.有一個銅盤，輕輕撥動它，能長時間地繞軸自由轉(zhuǎn)動。如果在轉(zhuǎn)動時把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤的邊緣，但并不與銅盤接觸，銅盤就能在較短的時間內(nèi)停止。分析這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。13.如圖甲所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌被固定在水平面上，導(dǎo)軌間距，兩導(dǎo)軌的左端用導(dǎo)線連接電阻及理想電壓表V，電阻為的金屬棒垂直于導(dǎo)軌靜止在處；右端用導(dǎo)線連接電阻，已知，導(dǎo)軌及導(dǎo)線電阻均不計。在矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強磁場，，磁感應(yīng)強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。開始時電壓表有示數(shù)，當(dāng)電壓表示數(shù)變?yōu)榱愫螅瑢饘侔羰┘右凰较蛴业暮懔?，使金屬棒剛進入磁場區(qū)域時電壓表的示數(shù)又變?yōu)樵瓉淼闹?，金屬棒在磁場區(qū)域內(nèi)運動的過程中電壓表的示數(shù)始終保持不變。求：（1）時電壓表的示數(shù)；（2）恒力的大?。唬?）從時刻到金屬棒運動出磁場的過程中整個電路產(chǎn)生的熱量。

答案解析部分一、單選題1.【答案】B【解析】【解答】A.真空冶煉爐是利用渦流產(chǎn)熱來熔化金屬的，A不符合題意。B.要想產(chǎn)生渦流，必須是變化的磁場，因為變化的磁場才能產(chǎn)生電場，產(chǎn)生渦流，B錯誤，符合題意。C.根據(jù)楞次定律可知，阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動，C不符合題意。D.渦流會造成能量的損失，所以變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，為了減小渦流造成的能量損失，D不符合題意。故答案為：B

【分析】導(dǎo)體有電流流過時，電流在導(dǎo)體內(nèi)部會形成渦流而發(fā)熱浪費電能，通過把鐵塊換成比較薄的硅鋼片從而減小渦流，減少電能損失。2.【答案】A【解析】【解答】當(dāng)電源接通的瞬間，由安培定則可知線圈內(nèi)的磁場方向向上，線圈中的增大的電流將產(chǎn)生增強的磁場，則穿過絕緣板的磁通量增加，根據(jù)電磁場理論可知變化的磁場會產(chǎn)生電場，根據(jù)楞次定律可知線圈周圍即將產(chǎn)生順時針方向的電場，負電荷受到的電場力與電場方向相反，則帶負電的小球會受到有逆時針方向的電場力，故圓盤將沿逆時針方向運動A.圓盤將逆時針轉(zhuǎn)動（俯視）符合題意，A符合題意B.圓盤將順時針轉(zhuǎn)動（俯視），不符合題意，B不符合題意C.圓盤不會轉(zhuǎn)動，不符合題意，C不符合題意D.圓盤先逆時針轉(zhuǎn)再順時針轉(zhuǎn)（俯視），不符合題意，D不符合題意故答案為：A

【分析】利用楞次定律可以判別圓盤產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向進而判別圓盤的轉(zhuǎn)動方向。3.【答案】C【解析】【解答】由于磁場均勻增大，線圈中的磁通量變大，根據(jù)楞次定律可知線圈中電流為逆時針，同時為了阻礙磁通量的變化，線圈將有收縮的趨勢，AB不符合題意；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得電動勢為：

，回路中的電阻為R，所以電流大小為，C符合題意；ab兩端電壓為：，D不符合題意。故答案為：C

【分析】利用愣次定律可以判別感應(yīng)電流的方向；利用增縮減擴可以判別安培力方向；利用電磁感應(yīng)定律可以求出感應(yīng)電流大?。辉倮脷W姆定律可以求出電勢差的大小。4.【答案】C【解析】【解答】A、B、根據(jù)安培定則知，彎曲成“п”導(dǎo)線中電流的磁場方向為：垂直紙面向里，且大小增加.由楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向為逆時針；A，B均錯誤.C、D、根據(jù)左手定則可知，安培力的方向指向圓心，由于彎曲成是“п”導(dǎo)線，所以金屬環(huán)下邊圓弧受到的安培吸引力小于上邊圓弧受到的安培排斥力，總的安培力向下，因此導(dǎo)致掛環(huán)的拉力增大，但環(huán)仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，C符合題意，D不符合題意.故答案為：C.

【分析】根據(jù)導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場方向結(jié)合楞次定律來確定感應(yīng)電流的方向，再用左手定則判斷安培力的方向。5.【答案】B【解析】由法拉第電磁感應(yīng)定律得:;因為，相同，則得到Ea：Eb=1：1,根據(jù)電阻定律：線圈的電阻為，則ρ、有效面積s、n相同，兩線圈電阻之比ra：rb=Ra：Rb=2：3。線圈中感應(yīng)電流，由上綜合得到：IA：IB=3：2；B符合題意，ACD不符合題意；故答案為：B。【分析】利用法拉第電磁感應(yīng)定律可以求出電動勢的大小，除以對應(yīng)電阻可以求出電流的大小。二、多選題6.【答案】B,C【解析】【解答】AB.通過線圈的電流是高頻交流電，從而在金屬材料中形成同頻率的交流電，A不符合題意，B符合題意；C.爐內(nèi)金屬中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流叫渦流，感應(yīng)加熱是利用金屬材料中的渦流冶煉金屬的，C符合題意；D.爐內(nèi)金屬中會產(chǎn)生渦流，但渦流根據(jù)焦耳熱產(chǎn)生熱量很小，主要是由于渦流使金屬中的自由電子在渦流產(chǎn)生的電場中在電場力的驅(qū)使下高速運動，受到阻礙從而產(chǎn)生熱量．D不符合題意．故答案為：BC

【分析】真空冶煉爐外中的線圈通有高頻電流，從而在線圈中產(chǎn)生很強的變化的電磁場，最終導(dǎo)致爐內(nèi)金屬產(chǎn)生渦流，使其達到很高的溫度。7.【答案】A,B【解析】【解答】圓盤運動過程中，半徑方向的金屬條在切割磁感線，在圓心和邊緣之間產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，選項A對，圓盤在徑向的輻條切割磁感線過程中，內(nèi)部距離圓心遠近不同的點電勢不等而形成渦流產(chǎn)生，選項B對。圓盤轉(zhuǎn)動過程中，圓盤位置，圓盤面積和磁場都沒有發(fā)生變化，所以沒有磁通量的變化，選項C錯。圓盤本身呈現(xiàn)電中性，不會產(chǎn)生環(huán)形電流，選項D錯.

【分析】把握磁通量的變化才是關(guān)鍵，根據(jù)對稱性，圓盤磁通量始終等于零，無磁通量變化。8.【答案】A,D【解析】【解答】AB．老師實驗中，A擺很快停下來的原因是擺上產(chǎn)生了感應(yīng)電流從而阻礙磁通量的變化，A符合題意，B不符合題意；C．線圈的匝數(shù)越多，受阻礙作用越明顯，則線圈越容易停下來，C不符合題意；D．如果材質(zhì)是塑料的，則不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，則線圈不會受到磁場力作用不會很快停下來，D符合題意。故答案為：AD.

【分析】分析實驗結(jié)構(gòu)，明確教師實驗的原理，即可得出學(xué)生失敗的原因。9.【答案】B,C【解析】【解答】把線圈繞在鋁框上，在磁場中運動，形成渦流，渦流又形成磁場，反過來與外部磁場相互作用，從而阻礙了指針的運動，BC符合題意．故答案為：BC

【分析】導(dǎo)體有電流流過時，電流在導(dǎo)體內(nèi)部會形成渦流而發(fā)熱浪費電能，通過把鐵塊換成比較薄的硅鋼片從而減小渦流，減少電能損失。10.【答案】B,C【解析】【解答】由圖示可知，磁場垂直與紙面向里，磁感應(yīng)強度增加，穿過線圈的磁通量增加，

由楞次定律可知，平行板電容器的上極板電勢高，下極板電勢低，板間存在向下的電場，微粒受到豎直向下的重力而靜止，因此微粒受到的電場力向上，電場力方向與場強方向相反，微粒帶負電，A不符合題意；對微粒，由平衡條件得：，而感應(yīng)電動勢：，解得：，由法拉第電磁感應(yīng)定律得：，解得：，B符合題意；當(dāng)保持開關(guān)閉合，則極板間的電壓不變，當(dāng)向上移動下極板時，導(dǎo)致間距減小，那么電場強度增大，則電場力增大，因此粒子將向上運動，C符合題意；當(dāng)斷開開關(guān)s，電容器既不充電，也不放電，則電場強度不變，因此電場力也不變，故粒子靜止不動，D不符合題意；故答案為：BC．

【分析】根據(jù)楞次定律判斷出感應(yīng)電動勢的方向，判斷出極板間電場的方向，然后判斷微粒的電性；由平衡條件求出極板間的電場強度，求出極板間的電勢差，然后由法拉第電磁感應(yīng)定律求出磁感應(yīng)強度的變化率；開關(guān)閉合時，移動板間的距離，從而確定電場強度的變化，就可判斷出電場力的變化；開關(guān)斷開時，Q不變，因此電場力不變。三、解答題11.【答案】解：當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向右迅速移動時，閉合導(dǎo)體環(huán)內(nèi)的磁通量減小，因此線圈做出的反應(yīng)是：根據(jù)“增縮減擴”，則面積有擴大的趨勢，同時根據(jù)“來拒去留”可知線圈將跟隨磁鐵運動，金屬圓環(huán)受安培力向右?！窘馕觥俊痉治觥坷愦味芍芯€圈所做出的反應(yīng)都是阻礙其磁通量的變化。12.【答案】解：銅盤轉(zhuǎn)動時如果加上磁場，則在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的轉(zhuǎn)動銅盤能在較短的時間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動?！窘馕觥俊窘獯稹堪汛盆F加在銅盤邊緣，銅盤內(nèi)就會產(chǎn)生渦流，起到電磁阻尼作用；

【分析】結(jié)合渦流相關(guān)內(nèi)容分析解答。13.【答案】（1）解：在內(nèi)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為定值t=0.1s時電壓表的示數(shù)為

（2）解：設(shè)此時的總電流為，則路端電壓為由題意知此時的安培力為解得

（3