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

高中物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)2.3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)一、單選題1.關(guān)于渦流，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤是（

）A.

真空冶煉爐是利用渦流來(lái)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(chǎng)產(chǎn)生的

C.

阻尼擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運(yùn)動(dòng)

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(jì)過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖所示.在一塊絕緣板上中部安一個(gè)線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負(fù)電的小球，整個(gè)裝置支撐起來(lái).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(shuō)法中正確的是（

）A.

圓盤將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（俯視）

B.

圓盤將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（俯視）

C.

圓盤不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)

D.

圓盤先逆時(shí)針轉(zhuǎn)再順時(shí)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(gè)均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)垂直圓環(huán)所在平面，方向如圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系為B=B0+kt（k＞0），則（

）A.

圓環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流

B.

圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢(shì)

C.

圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為

D.

圖中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差4.如圖所示，一根長(zhǎng)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(guò)程中，下列判斷正確的是（

）A.

金屬環(huán)中無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生

B.

金屬環(huán)中有順時(shí)針?lè)较虻母袘?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(gè)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(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，a、b兩環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(lái)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(shí)用感應(yīng)加熱的方法使?fàn)t內(nèi)金屬發(fā)熱．下列說(shuō)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(huì)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(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后。下列說(shuō)法正確的是（

）A.

圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

B.

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

C.

在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)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(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)8.物理課上，教師做了一個(gè)“電磁阻尼”的實(shí)驗(yàn)：如圖甲所示，AB兩擺在通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，A擺很快停下來(lái)，B擺擺動(dòng)了很長(zhǎng)的一段時(shí)間。圖乙是致遠(yuǎn)同學(xué)另找器材再來(lái)探究此實(shí)驗(yàn)的裝置：A是由擺片和細(xì)桿組成的擺，其擺動(dòng)平面通過(guò)電磁鐵的兩極之間，當(dāng)繞在電磁鐵上的勵(lì)磁線圈未通電時(shí)，擺片可自由擺動(dòng)，要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)停下來(lái)。當(dāng)線圈通電時(shí)，擺動(dòng)應(yīng)當(dāng)迅速停止。他連接好電路，經(jīng)重復(fù)試驗(yàn)，均沒(méi)出現(xiàn)擺動(dòng)迅速停止的現(xiàn)象。對(duì)比老師的演示實(shí)驗(yàn)，下列四個(gè)選項(xiàng)中，正確的說(shuō)法是（

）A.

老師實(shí)驗(yàn)中，A擺很快停下來(lái)的原因是擺上產(chǎn)生了感應(yīng)電流

B.

老師實(shí)驗(yàn)中，B擺很長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái)的原因是擺上沒(méi)有產(chǎn)生感應(yīng)電流

C.

致遠(yuǎn)同學(xué)沒(méi)有成功的原因可能是所選線圈的匝數(shù)過(guò)多

D.

致遠(yuǎn)同學(xué)沒(méi)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(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(jì).在圓中有垂直紙面向里的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加，有一個(gè)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(shuō)法正確的是(

)A.

粒子帶正電

B.

磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為

C.

保持開(kāi)關(guān)閉合，向上移動(dòng)下極板時(shí)，粒子將向上運(yùn)動(dòng)

D.

斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，粒子將向下運(yùn)動(dòng)三、解答題11.如圖所示，水平放置的絕緣桌面上有一個(gè)金屬圓環(huán)，圓心的正上方有一個(gè)豎直的條形磁鐵。請(qǐng)通過(guò)分析形成以下結(jié)論：把條形磁鐵向水平方向移動(dòng)時(shí)，金屬圓環(huán)將受到水平方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力的方向跟條形磁鐵運(yùn)動(dòng)的方向相同。12.有一個(gè)銅盤，輕輕撥動(dòng)它，能長(zhǎng)時(shí)間地繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。如果在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(shí)間內(nèi)停止。分析這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。13.如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)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(jì)。在矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。開(kāi)始時(shí)電壓表有示數(shù)，當(dāng)電壓表示數(shù)變?yōu)榱愫?，?duì)金屬棒施加一水平向右的恒力，使金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)電壓表的示數(shù)又變?yōu)樵瓉?lái)的值，金屬棒在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中電壓表的示數(shù)始終保持不變。求：（1）時(shí)電壓表的示數(shù)；（2）恒力的大小；（3）從時(shí)刻到金屬棒運(yùn)動(dòng)出磁場(chǎng)的過(guò)程中整個(gè)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(lái)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(chǎng)，因?yàn)樽兓拇艌?chǎng)才能產(chǎn)生電場(chǎng)，產(chǎn)生渦流，B錯(cuò)誤，符合題意。C.根據(jù)楞次定律可知，阻尼擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運(yùn)動(dòng)，C不符合題意。D.渦流會(huì)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(guò)時(shí)，電流在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)形成渦流而發(fā)熱浪費(fèi)電能，通過(guò)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(chǎng)方向向上，線圈中的增大的電流將產(chǎn)生增強(qiáng)的磁場(chǎng)，則穿過(guò)絕緣板的磁通量增加，根據(jù)電磁場(chǎng)理論可知變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，根據(jù)楞次定律可知線圈周圍即將產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾妶?chǎng)，負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)方向相反，則帶負(fù)電的小球會(huì)受到有逆時(shí)針?lè)较虻碾妶?chǎng)力，故圓盤將沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)A.圓盤將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（俯視）符合題意，A符合題意B.圓盤將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（俯視），不符合題意，B不符合題意C.圓盤不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合題意，C不符合題意D.圓盤先逆時(shí)針轉(zhuǎn)再順時(shí)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(jìn)而判別圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。3.【答案】C【解析】【解答】由于磁場(chǎng)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(shí)針，同時(shí)為了阻礙磁通量的變化，線圈將有收縮的趨勢(shì)，AB不符合題意；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得電動(dòng)勢(shì)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(kuò)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??；再利用歐姆定律可以求出電勢(shì)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(chǎng)方向?yàn)椋捍怪奔埫嫦蚶?，且大小增?由楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針；A，B均錯(cuò)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(chǎng)方向結(jié)合楞次定律來(lái)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?yàn)?，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(dòng)勢(shì)的大小，除以對(duì)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(guò)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(huì)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(huì)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(chǎng)中在電場(chǎng)力的驅(qū)使下高速運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)的變化的電磁場(chǎng)，最終導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)金屬產(chǎn)生渦流，使其達(dá)到很高的溫度。7.【答案】A,B【解析】【解答】圓盤運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)勢(shì)，選項(xiàng)A對(duì)，圓盤在徑向的輻條切割磁感線過(guò)程中，內(nèi)部距離圓心遠(yuǎn)近不同的點(diǎn)電勢(shì)不等而形成渦流產(chǎn)生，選項(xiàng)B對(duì)。圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，圓盤位置，圓盤面積和磁場(chǎng)都沒(méi)有發(fā)生變化，所以沒(méi)有磁通量的變化，選項(xiàng)C錯(cuò)。圓盤本身呈現(xiàn)電中性，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)形電流，選項(xiàng)D錯(cuò).

【分析】把握磁通量的變化才是關(guān)鍵，根據(jù)對(duì)稱性，圓盤磁通量始終等于零，無(wú)磁通量變化。8.【答案】A,D【解析】【解答】AB．老師實(shí)驗(yàn)中，A擺很快停下來(lái)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(lái)，C不符合題意；D．如果材質(zhì)是塑料的，則不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，則線圈不會(huì)受到磁場(chǎng)力作用不會(huì)很快停下來(lái)，D符合題意。故答案為：AD.

【分析】分析實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，明確教師實(shí)驗(yàn)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，形成渦流，渦流又形成磁場(chǎng)，反過(guò)來(lái)與外部磁場(chǎng)相互作用，從而阻礙了指針的運(yùn)動(dòng)，BC符合題意．故答案為：BC

【分析】導(dǎo)體有電流流過(guò)時(shí)，電流在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)形成渦流而發(fā)熱浪費(fèi)電能，通過(guò)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(chǎng)垂直與紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，穿過(guò)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(shì)高，下極板電勢(shì)低，板間存在向下的電場(chǎng)，微粒受到豎直向下的重力而靜止，因此微粒受到的電場(chǎng)力向上，電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反，微粒帶負(fù)電，A不符合題意；對(duì)微粒，由平衡條件得：，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：，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(kāi)關(guān)閉合，則極板間的電壓不變，當(dāng)向上移動(dòng)下極板時(shí)，導(dǎo)致間距減小，那么電場(chǎng)強(qiáng)度增大，則電場(chǎng)力增大，因此粒子將向上運(yùn)動(dòng)，C符合題意；當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s，電容器既不充電，也不放電，則電場(chǎng)強(qiáng)度不變，因此電場(chǎng)力也不變，故粒子靜止不動(dòng)，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(dòng)勢(shì)的方向，判斷出極板間電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度，求出極板間的電勢(shì)差，然后由法拉第電磁感應(yīng)定律求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率；開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，移動(dòng)板間的距離，從而確定電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，就可判斷出電場(chǎng)力的變化；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，Q不變，因此電場(chǎng)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(dòng)時(shí)，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(kuò)”，則面積有擴(kuò)大的趨勢(shì)，同時(shí)根據(jù)“來(lái)拒去留”可知線圈將跟隨磁鐵運(yùn)動(dòng)，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(dòng)時(shí)如果加上磁場(chǎng)，則在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它們的轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤能在較短的時(shí)間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動(dòng)?！窘馕觥俊窘獯稹堪汛盆F加在銅盤邊緣，銅盤內(nèi)就會(huì)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(dòng)勢(shì)為定值t=0.1s時(shí)電壓表的示數(shù)為

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

（3