2016-2017学年高中物理 第4章 电磁感应新人教版选修3-2_5

1 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 (建议用时：45 分钟) 学业达标 1(2016秦皇岛高二检测)下列关于涡流的说法中正确的是( ) A涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 B涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流 C涡流有热效应，但没有磁效应 D在硅钢中不能产生涡流 【解析】 涡流本质上是感应电流，是自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产 生的，所以 A正确，B 错误；涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C 错误；硅 钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D 错误 【答案】 A 2(多选)(2015全国卷)1824 年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验” 实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针， 如图 4710所示实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁 针也随着一起转动起来，但略有滞后下列说法正确的是( ) 图 4710 A圆盘上产生了感应电动势 B圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D在圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 【解析】 当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动 势，选项 A正确； 如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的 闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对 运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项 B正确；在圆 盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项 C错误；圆盘中的自由 电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向，会使磁针沿轴线方向偏转， 选项 D错误 2 【答案】 AB 3(多选)下列应用哪些与涡流有关( ) A高频感应冶炼炉 B汽车的电磁式速度表 C家用电表 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，使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)的转盘中会 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，选项 D错误 【答案】 ABC 4下列做法中可能产生涡流的是( ) A把金属块放在匀强磁场中 B让金属块在匀强磁场中匀速运动 C让金属块在匀强磁场中做变速运动 D把金属块放在变化的磁场中 【解析】 涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属 块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化而 A、B、C 中磁通量不变化， 所以 A、B、C 错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有 涡流产生，所以 D正确 【答案】 D 5(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因 为( ) 【导学号：94530048】 A增大涡流，提高变压器的效率 B减小涡流，提高变压器的效率 C增大铁芯的电阻，以产生更多的热量 D增大铁芯的电阻，以减小发热量 【解析】 磁场变化越快，感应电动势越大，因而涡流也就越强涡流能使导体发 热变压器的铁芯是相互绝缘的薄片叠加而成，从而增加铁芯的电阻率，以降低涡流强度， 从而减少能量损耗，提高变压器的效率 【答案】 BD 6电磁炉热效率高达 90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可 靠如图 4711所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是( ) 3 图 4711 A当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好 B电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作 C电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差 D在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用 【解析】 电磁炉就是采用涡流感应加热原理，其内部通过电子线路板组成部分产生 交变磁场，当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部金属部 分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，用来加热 和烹饪食物，从而达到煮食的目的，故 A错误，B 正确；电磁炉工作时需要在锅底产生感 应电流，陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体，不能产生感应电流，C 错误；由于线圈产 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， D错误 【答案】 B 7金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器的论述正确的是( ) A金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中 B金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流 C金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流 D探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同 【解析】 金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入 食品中；故 A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流；故 B错误，C 正确； 探测器应与被测物体，有相对运动，D 错误 【答案】 C 8(2014大纲全国卷)很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆 筒一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐让条形磁铁从静 止开始下落条形磁铁在圆筒中的运动速率( ) A均匀增大 B先增大，后减小 C逐渐增大，趋于不变 D先增大，再减小，最后不变 【解析】 利用电磁感应现象分析解答开始时，条形磁铁以加速度 g竖直下落，则 4 穿过铜环的磁通量发生变化，铜环中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下 落开始时的感应电流比较小，条形磁铁向下做加速运动，且随下落速度增大，其加速度 变小当条形磁铁的速度达到一定值后，相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的 重力故条形磁铁先加速运动，但加速度变小，最后的速度趋近于某个定值选项 C正 确 【答案】 C 能力提升 9光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图 4712所示，抛物线的方程为 y x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是 y a的直线(如图中的 虚线所示)一个小金属块从抛物线上 y b(ba)处以速度 v沿抛物线下滑，假设曲面足够 长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是 ( ) 图 4712 【导学号：94530049】 A mgb B mv2 12 C mg(b a) D mg(b a) mv2 12 【解析】 金属块进出磁场时，会产生涡流，部分机械能转化成焦耳热，所能达到的 最高位置越来越低，当最高位置 y a时，由于金属块中的磁通量不再发生变化，金属块中 不再产生涡流，机械能也不再损失，金属块会在磁场中往复运动，整个过程中减少的机械 能全部转化为内能，即 Q mg(b a) mv2，所以 D项正确 12 【答案】 D 10(2014广东高考)如图 4713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( ) 图 4713 A在 P和 Q中都做自由落体运动 5 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】 小磁块在铜管中下落时，由于电磁阻尼作用，不做自由落体运动，而在塑 料管中不受阻力作用而做自由落体运动，因此在 P中下落得慢，用时长，到达底端速度小， C项正确，A、B、D 错误 【答案】 C 11(多选)(2016梅州高二检测)位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺 线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图 4714所示，在此过程中( ) 图 4714 A磁铁做匀速直线运动 B磁铁做减速运动 C小车向右做加速运动 D小车先加速后减速 【解析】 磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的拓展含义知 产生的相互作用力阻碍磁铁的运动同理，磁铁穿出时，由楞次定律的扩展含义知产生的 相互作用力阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项 B是正确的 而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安 培力使小车向右一直做加速运动，C 对 【答案】 BC 12如图 4715所示，在竖直平面内有两根平行金属导轨，上端与电阻 R相连，磁感 应强度为 B的匀强磁场垂直于导轨平面一质量为 m的金属棒以初速度 v0沿导轨竖直向上 运动，上升到某一高度后又返回到原处，整个过程金属棒与导轨接触良好，导轨与金属棒 的电阻不计下列说法正确的是( ) 图 4715 A金属棒回到出发点的速度 v大于初速度 v0 B通过 R的最大电流上升过程小于下落过程 C电阻 R上产生的热量上升过程大于下落过程 6 D所用时间上升过程大于下落过程 【解析】 要注意该过程中的功能关系：因为电阻 R上产生热量，所以金属棒回到出 发点的速度 v小于初速度 v0，选项 A错误；通过 R的最大电流上升过程大于下落过程，选 项 B错误；电阻 R上产生的热量上升过程大于下落过程，选项 C正确；所用时间上升过程 小于下落过程，选项 D错误 【答案】 C 13如图 4716所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方 有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管 A.在弧形轨道上高为 h的地方，无初速度释 放一磁铁 B(可视为质点)， B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管 A的中心轴运动，设 A、 B的 质量分别为 M、 m，若最终 A、 B速度分别为 vA、 vB. 图 4716 (1)螺线管 A将向哪个方向运动？ (2)全过程中整个电路所消耗的电能 【解析】 (1)磁铁 B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作 用，使得螺线管 A向右运动 (2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为 A、 B的动能和螺线管中的电能，故 mgh Mv mv E 电 12 2A 12 2B 即 E 电 mgh Mv mv . 12 2A 12 2B 【答案】 (1)向右运动 (2) mgh Mv mv 12 2A 12 2B 14(2016合肥一中高二检测)如图 4717所示，质量为 m100 g的铝环，用细线 悬挂起来，环中央距地面高度 h0.8 m，有一质量为 M200 g的小磁铁(长度可忽略)以 10 m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为 3.6 m，则磁铁与 铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动) 图 4717 【导学号：945300