高中物理人教版(2019)选择性必修第二册2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动

高中物理人教版（2019）选择性必修第二册2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、单选题1.关于涡流，下列说法中错误是（

）A.

真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B.

家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的

C.

阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动

D.

变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流2.著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示.在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦，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（俯视）

B.

圆盘将顺时针转动（俯视）

C.

圆盘不会转动

D.

圆盘先逆时针转再顺时针转（俯视）3.半径为r的圆环电阻为R，ab为圆环的一条直径．如图所示，在ab的一侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=B0+kt（k＞0），则（

）A.

圆环中产生顺时针方向的感应电流

B.

圆环具有扩张的趋势

C.

圆环中感应电流的大小为

D.

图中a、b两点间的电势差4.如图所示，一根长导线弯曲成“n”形，通以直流电I，正中间用绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内．在电流I增大的过程中，下列判断正确的是（

）A.

金属环中无感应电流产生

B.

金属环中有顺时针方向的感应电流

C.

悬挂金属环C的竖直线的拉力大于环的重力

D.

悬挂金属环C的竖直线的拉力小于环的重力5.如图所示，a、b是用同种规格的铜丝做成的两个同心圆环，两环半径之比为2∶3，其中仅在a环所围区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场。当该匀强磁场的磁感应强度均匀增大时，a、b两环内的感应电动势大小和感应电流大小之比分别为（

）A.

1∶1，2∶3

B.

1∶1，3∶2

C.

4∶9，2∶3

D.

4∶9，9∶4二、多选题6.如图为用来冶炼合金钢的冶炼炉，炉外有线圈，将金属材料置于冶炼炉中，当线圈中通以电流时用感应加热的方法使炉内金属发热．下列说法中正确的有(

)A.

线圈中通以恒定电流，金属材料中也能产生感应电流

B.

线圈中通以交流电，在金属材料中会产生感应电流

C.

感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的

D.

感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热冶炼金属的7.1824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（

）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.

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8.物理课上，教师做了一个“电磁阻尼”的实验：如图甲所示，AB两摆在通过磁场时，A摆很快停下来，B摆摆动了很长的一段时间。图乙是致远同学另找器材再来探究此实验的装置：A是由摆片和细杆组成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之间，当绕在电磁铁上的励磁线圈未通电时，摆片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来。当线圈通电时，摆动应当迅速停止。他连接好电路，经重复试验，均没出现摆动迅速停止的现象。对比老师的演示实验，下列四个选项中，正确的说法是（

）A.

老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流

B.

老师实验中，B摆很长时间才停下来的原因是摆上没有产生感应电流

C.

致远同学没有成功的原因可能是所选线圈的匝数过多

D.

致远同学没有成功的原因可能是构成摆的材质是塑料的9.磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（

）A.

防止涡流而设计的

B.

利用涡流而设计的

C.

起电磁阻尼的作用

D.

起电磁驱动的作用10.如图所示，平行极板与单匝圆线圈相连，极板距离为d，圆半径为r，单匝线圈的电阻为R1，外接电阻为R2，其他部分的电阻忽略不计.在圆中有垂直纸面向里的磁场，磁感应强度均匀增加，有一个带电粒子静止在极板之间，带电粒子质量为m、电量为q.则下列说法正确的是(

)A.

粒子带正电

B.

磁感应强度的变化率为

C.

保持开关闭合，向上移动下极板时，粒子将向上运动

D.

断开开关S，粒子将向下运动三、解答题11.如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。请通过分析形成以下结论：把条形磁铁向水平方向移动时，金属圆环将受到水平方向运动的驱动力，驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同。12.有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。13.如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨被固定在水平面上，导轨间距，两导轨的左端用导线连接电阻及理想电压表V，电阻为的金属棒垂直于导轨静止在处；右端用导线连接电阻，已知，导轨及导线电阻均不计。在矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。开始时电压表有示数，当电压表示数变为零后，对金属棒施加一水平向右的恒力，使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值，金属棒在磁场区域内运动的过程中电压表的示数始终保持不变。求：（1）时电压表的示数；（2）恒力的大小；（3）从时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量。

答案解析部分一、单选题1.【答案】B【解析】【解答】A.真空冶炼炉是利用涡流产热来熔化金属的，A不符合题意。B.要想产生涡流，必须是变化的磁场，因为变化的磁场才能产生电场，产生涡流，B错误，符合题意。C.根据楞次定律可知，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，C不符合题意。D.涡流会造成能量的损失，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，为了减小涡流造成的能量损失，D不符合题意。故答案为：B

【分析】导体有电流流过时，电流在导体内部会形成涡流而发热浪费电能，通过把铁块换成比较薄的硅钢片从而减小涡流，减少电能损失。2.【答案】A【解析】【解答】当电源接通的瞬间，由安培定则可知线圈内的磁场方向向上，线圈中的增大的电流将产生增强的磁场，则穿过绝缘板的磁通量增加，根据电磁场理论可知变化的磁场会产生电场，根据楞次定律可知线圈周围即将产生顺时针方向的电场，负电荷受到的电场力与电场方向相反，则带负电的小球会受到有逆时针方向的电场力，故圆盘将沿逆时针方向运动A.圆盘将逆时针转动（俯视）符合题意，A符合题意B.圆盘将顺时针转动（俯视），不符合题意，B不符合题意C.圆盘不会转动，不符合题意，C不符合题意D.圆盘先逆时针转再顺时针转（俯视），不符合题意，D不符合题意故答案为：A

【分析】利用楞次定律可以判别圆盘产生的感应电流方向进而判别圆盘的转动方向。3.【答案】C【解析】【解答】由于磁场均匀增大，线圈中的磁通量变大，根据楞次定律可知线圈中电流为逆时针，同时为了阻碍磁通量的变化，线圈将有收缩的趋势，AB不符合题意；根据法拉第电磁感应定律得电动势为：

，回路中的电阻为R，所以电流大小为，C符合题意；ab两端电压为：，D不符合题意。故答案为：C

【分析】利用愣次定律可以判别感应电流的方向；利用增缩减扩可以判别安培力方向；利用电磁感应定律可以求出感应电流大小；再利用欧姆定律可以求出电势差的大小。4.【答案】C【解析】【解答】A、B、根据安培定则知，弯曲成“п”导线中电流的磁场方向为：垂直纸面向里，且大小增加.由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针；A，B均错误.C、D、根据左手定则可知，安培力的方向指向圆心，由于弯曲成是“п”导线，所以金属环下边圆弧受到的安培吸引力小于上边圆弧受到的安培排斥力，总的安培力向下，因此导致挂环的拉力增大，但环仍处于静止状态，C符合题意，D不符合题意.故答案为：C.

【分析】根据导线中电流产生的磁场方向结合楞次定律来确定感应电流的方向，再用左手定则判断安培力的方向。5.【答案】B【解析】由法拉第电磁感应定律得:;因为，相同，则得到Ea：Eb=1：1,根据电阻定律：线圈的电阻为，则ρ、有效面积s、n相同，两线圈电阻之比ra：rb=Ra：Rb=2：3。线圈中感应电流，由上综合得到：IA：IB=3：2；B符合题意，ACD不符合题意；故答案为：B。【分析】利用法拉第电磁感应定律可以求出电动势的大小，除以对应电阻可以求出电流的大小。二、多选题6.【答案】B,C【解析】【解答】AB.通过线圈的电流是高频交流电，从而在金属材料中形成同频率的交流电，A不符合题意，B符合题意；C.炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流，感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的，C符合题意；D.炉内金属中会产生涡流，但涡流根据焦耳热产生热量很小，主要是由于涡流使金属中的自由电子在涡流产生的电场中在电场力的驱使下高速运动，受到阻碍从而产生热量．D不符合题意．故答案为：BC

【分析】真空冶炼炉外中的线圈通有高频电流，从而在线圈中产生很强的变化的电磁场，最终导致炉内金属产生涡流，使其达到很高的温度。7.【答案】A,B【解析】【解答】圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，选项A对，圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成涡流产生，选项B对。圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C错。圆盘本身呈现电中性，不会产生环形电流，选项D错.

【分析】把握磁通量的变化才是关键，根据对称性，圆盘磁通量始终等于零，无磁通量变化。8.【答案】A,D【解析】【解答】AB．老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流从而阻碍磁通量的变化，A符合题意，B不符合题意；C．线圈的匝数越多，受阻碍作用越明显，则线圈越容易停下来，C不符合题意；D．如果材质是塑料的，则不会产生感应电流，则线圈不会受到磁场力作用不会很快停下来，D符合题意。故答案为：AD.

【分析】分析实验结构，明确教师实验的原理，即可得出学生失败的原因。9.【答案】B,C【解析】【解答】把线圈绕在铝框上，在磁场中运动，形成涡流，涡流又形成磁场，反过来与外部磁场相互作用，从而阻碍了指针的运动，BC符合题意．故答案为：BC

【分析】导体有电流流过时，电流在导体内部会形成涡流而发热浪费电能，通过把铁块换成比较薄的硅钢片从而减小涡流，减少电能损失。10.【答案】B,C【解析】【解答】由图示可知，磁场垂直与纸面向里，磁感应强度增加，穿过线圈的磁通量增加，

由楞次定律可知，平行板电容器的上极板电势高，下极板电势低，板间存在向下的电场，微粒受到竖直向下的重力而静止，因此微粒受到的电场力向上，电场力方向与场强方向相反，微粒带负电，A不符合题意；对微粒，由平衡条件得：，而感应电动势：，解得：，由法拉第电磁感应定律得：，解得：，B符合题意；当保持开关闭合，则极板间的电压不变，当向上移动下极板时，导致间距减小，那么电场强度增大，则电场力增大，因此粒子将向上运动，C符合题意；当断开开关s，电容器既不充电，也不放电，则电场强度不变，因此电场力也不变，故粒子静止不动，D不符合题意；故答案为：BC．

【分析】根据楞次定律判断出感应电动势的方向，判断出极板间电场的方向，然后判断微粒的电性；由平衡条件求出极板间的电场强度，求出极板间的电势差，然后由法拉第电磁感应定律求出磁感应强度的变化率；开关闭合时，移动板间的距离，从而确定电场强度的变化，就可判断出电场力的变化；开关断开时，Q不变，因此电场力不变。三、解答题11.【答案】解：当条形磁铁沿轴线竖直向右迅速移动时，闭合导体环内的磁通量减小，因此线圈做出的反应是：根据“增缩减扩”，则面积有扩大的趋势，同时根据“来拒去留”可知线圈将跟随磁铁运动，金属圆环受安培力向右。【解析】【分析】楞次定律中线圈所做出的反应都是阻碍其磁通量的变化。12.【答案】解：铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动铜盘能在较短的时间内停止转动。【解析】【解答】把磁铁加在铜盘边缘，铜盘内就会产生涡流，起到电磁阻尼作用；

【分析】结合涡流相关内容分析解答。13.【答案】（1）解：在内金属棒产生的感应电动势为定值t=0.1s时电压表的示数为

（2）解：设此时的总电流为，则路端电压为由题意知此时的安培力为解得

（3