2024-2025学年高中物理第4章电磁感应7涡流电磁阻尼和电磁驱动课后课时精练含解析新人教版选修3-2

PAGE6-涡流、电磁阻尼和电磁驱动时间：40分钟满分：100分一、选择题(每小题6分，共60分)1．闻名物理学家弗曼曾设计过一个试验，如图所示。在一块绝缘板的中部安装一个线圈，线圈接有电源，板的四周有很多带负电的小球，整个装置支撑起来，忽视各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是()A．圆盘将逆时针转动B．圆盘将顺时针转动C．圆盘不会转动D．无法确定圆盘是否会动答案A解析线圈接通电源瞬间，产生向上的磁场，向上增大的磁场产生顺时针方向的感生电场，因为小球带负电，负电荷受到的电场力与电场方向相反，则有逆时针方向的电场力，故圆盘将沿逆时针方向转动。A正确。2.(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是()A．探测器内的探测线圈会产生改变的磁场B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流答案AD解析探测器内线圈通有改变电流产生改变磁场，若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。A、D正确。3．如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则()A．铜盘转动将变慢B．铜盘转动将变快C．铜盘仍以原来的转速转动D．铜盘的转动速度是否改变，要依据磁铁的上下两端的极性来确定答案A解析当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢。A正确。4．如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动状况是()A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速D．线圈静止不动答案C解析依据楞次定律可知，为了阻碍磁通量的改变，线圈的转动方向应当与蹄形磁铁的转动方向一样，但是线圈的转速应小于蹄形磁铁的转速，故C项正确。5．(多选)机场、车站和重要活动场所的安检门都安装有金属探测器，其探测金属物的原理简化为：探测器中有一个通有交变电流的线圈，当线圈四周有金属物时，金属物中会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使探测器报警。设线圈中交变电流的大小为I、频率为f，要提高探测器的灵敏度，可实行的措施是()A．增大IB．减小fC．增大fD．同时减小I和f答案AC解析增大线圈中交变电流I的大小和频率f，可使金属物中产生的涡流增大，从而提高探测器的灵敏度，选项A、C正确。6．如图所示为一光滑轨道，其中MN部分为一段对称的圆弧，两侧的直导轨与圆弧相切，MN部分有如图所示的匀强磁场，有一较小的金属盘如图放置在P点，将金属盘由静止自由释放，经很多次来回运动后，下列推断正确的是()A．金属盘仍能上升到与P等高处B．金属盘最终将静止在最低点C．金属盘上升的最大高度与MN等高D．金属盘上升的最大高度始终在变小答案C解析金属盘进入和穿出磁场时，磁通量发生改变，产生涡流，机械能削减，机械能一部分转化为内能，所以金属盘不能上升到与P等高处，故A错误。随着最大高度不断降低，最终金属盘将在MN间做往复运动，磁通量不变，不产生涡流，机械能守恒，故B、D错误，C正确。7．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竖直放置，环2水平放置，均处于平面中间分割线上，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，下列说法中正确的是()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．两环都静止答案C解析条形磁铁向右运动时，环1中磁通量为零不变，无感应电流，仍静止。环2中磁通量改变，依据楞次定律，为阻碍磁通量的改变，感应电流的效果使环2向右运动，故C项正确。8.在水平面上放置两个完全相同的带中心轴的金属圆盘，它们彼此用导线把中心轴和对方圆盘的边缘相连接，组成电路如图所示，一匀强磁场穿过两圆盘垂直向外，若不计一切摩擦，当a盘在外力作用下做逆时针转动时，转盘b()A．沿与a盘相同的方向转动B．沿与a盘相反的方向转动C．转动的角速度可能大于a盘的角速度D．转动的角速度可能等于a盘的角速度答案B解析如图所示，金属圆盘可看做由多根金属辐条组成，a盘在外力作用下逆时针转动时，圆盘切割磁感线，由右手定则判知，电动势方向为由O1→A，在闭合电路中有方向为O1AO2BO1的感应电流，而对b盘，由左手定则和能的转化和守恒定律判知，b盘顺时针转动且其转动的角速度肯定小于a盘的角速度，选项B正确。9．(多选)地球是一个巨大的磁体，具有金属外壳的人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动，若不能忽视所经之处地磁场的强弱差别，则()A．运行速率将越来越小B．运行周期将越来越小C．轨道半径将越来越小D．向心加速度将越来越小答案BC解析卫星运动时，穿过卫星的磁通量发生改变，使卫星中产生感应电流，地磁场对卫星产生电磁阻尼作用，卫星速率减小而做向心运动，轨道半径越来越小，而轨道半径一旦减小，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可得速率将增大；由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r可得周期将减小；由an＝Geq\f(M,r2)，可得向心加速度将增大，B、C项正确。10．如图所示，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面始终水平。位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为h，则运动时间()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．无法判定答案B解析依据楞次定律，当圆环穿过磁铁的过程中，圆环中产生感应电动势和感应电流，会阻碍圆环相对于磁铁的运动，所以圆环向下运动的加速度小于重力加速度g，所以圆环下落的时间变长，即t>eq\r(\f(2h,g))，故B正确，A、C、D错误。二、非选择题(共2小题，40分)11．(20分)在现代家庭的厨房中，电磁炉(如图甲)是家庭主妇特别青睐的炊具，它具有热效率高、温控精确、平安性好、清洁卫生等特点。利用以下材料并结合已学习的电磁学学问分析、探讨相关问题。如图乙所示是描述电磁炉工作原理的示意图。电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是随电流不断改变的，这个改变的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用。因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是全部的锅或器具都适用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。综合以上材料分析下列问题：(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：①______________________________________________________________________；②______________________________________________________________________；③______________________________________________________________________。(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的缘由是____________________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？答案见解析解析(1)①电流的磁效应(或电生磁)；②电磁感应现象(或磁生电)；③电流的热效应(或焦耳定律)。(2)陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低。(3)能起到加热作用，因为线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用。12．(20分)如图，始终导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之紧密接触；导体棒左侧两导轨之间连接一可限制的负载电阻(图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面。起先时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v0。在导体棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过限制负载电阻的阻值使导体棒中的电流强度I保持恒定。导体棒始终在磁场中运动。若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电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解析导体棒所受的安培力为：F＝BIl①依据题意可知，该力的大小不变，导体棒做匀减速直线运动，因此在导体棒的速度从v0减小到v1的过程中，平均速度为：eq\x\to(v)＝eq\f(1,2)(v0＋v1)②当导体棒的速