2019-2020学年高中物理第4章电磁感应第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动同步作业含解析 人教版选修3-2 6页

第7节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 ‎1．真空冶炼炉是通过熔化金属进行冶炼的，如图所示为冶炼金属的真空冶炼炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是(　　)‎ A．利用线圈中电流产生的焦耳热 B．利用线圈中电流产生的磁场 C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电 C　解析　真空冶炼炉的原理是给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生强涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化，故选项C正确．‎ ‎2．如图所示，电磁炉(或电磁灶)是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物．电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害．关于电磁炉，下列说法正确的是(　　)‎ A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的 B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的 C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的 D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的 B　解析　由题意知，电磁炉的原理是利用涡流加热的，交变电流通过线圈产生变化的磁场，在锅体底部产生涡流，使锅体被加热，然后加热锅内食物．故选项A、C、D错误，B正确．‎ ‎3．如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各种摩擦)，现让铜盘转动．下列对观察到的现象描述及解释正确的是(　　)‎ 6‎ A．铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去 B．铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去 C．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下 D．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快 C　解析　　铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故选项C正确，A、B、D错误．‎ ‎4．金属环用绝缘丝线悬于O点，如图所示，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，将金属环拉至图示位置释放后(　　)‎ A．金属环的摆动不会停下来，一直做等幅摆动 B．金属环的摆动幅度越来越小，小到某一数值后做等幅摆动 C．金属环的摆动最终会停下来 D．金属环最终静止在初始释放的位置 C　解析　当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生感应电流，从而阻碍环的运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能，所以金属环最终静止，选项C正确．‎ ‎5．(多选)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以初速度v水平穿过，如图所示，在此过程中(　　)‎ 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 BC　解析　磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展知，产生的相互作用力阻碍磁铁的运动，同理，磁铁穿出时产生的相互作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项B正确，A错误．而对于小车上的螺线管来说，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运动，故一直做加速运动，选项C正确，D错误．‎ 6‎ ‎6．老师做了一个物理小实验让学生观察：一个轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，如图所示．同学们看到的现象是(　　)‎ A．磁铁插向左环，横杆发生转动 B．磁铁插向右环，横杆发生转动 C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动 D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动 B　解析　右环闭合，在磁铁插向右环的过程中可产生感应电流，环受安培力作用，横杆转动；左环不闭合，无感应电流，无以上现象，选项B正确．‎ ‎7．(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，下列说法正确的是(　　)‎ A．探测器内的探测线圈会产生交变磁场 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 AD　解析　金属探测器是利用涡流进行工作的．‎ ‎8．(多选)如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则(　　)‎ A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h BD　解析　若是匀强磁场，金属环中无感应电流产生，无机械能损失；若是非匀强磁场，金属环中有感应电流产生，机械能转化为内能．‎ ‎[能力提升]‎ 6‎ ‎9．(多选)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 AB　解析　当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势和感应电流，选项A正确；圆盘内的涡电流产生的磁场对磁针施加磁场力作用，导致磁针转动，选项B正确；由于圆盘中心正上方悬挂上磁针，在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变，选项C错误；圆盘呈电中性，转动不会产生环形电流，选项D错误．‎ ‎10．一个半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环，用一根长为L的绝缘细绳悬挂于O点，离O点下方处有一宽度为、垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图所示．现使金属圆环从与悬点O等高位置A处由静止释放(细绳张直，忽略空气阻力)，摆动过程中金属圆环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中，金属圆环产生的热量是(　　)‎ A．mgL B．mg C．mg D．mg(L＋2r)‎ C　解析　金属圆环在进入磁场和离开磁场时，磁通量发生变化，产生感应电流，机械能减少，最后金属圆环在磁场下面摆动，机械能守恒．在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热，在达到稳定摆动的整个过程中，金属圆环减少的机械能为mg.‎ ‎11．如图所示，质量为m＝100 g的铝环，用细线悬挂起来，环中心距地面的高度h ＝0.8 m．现有一质量为M＝200 g的小磁铁(长度可忽略)，以v0＝10 m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点与铝环原位置的水平距离为x＝3.6 m，小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动．问：‎ 6‎ ‎(1)小磁铁与铝环发生相互作用时铝环向哪边偏斜？‎ ‎(2)若铝环在小磁铁穿过后的速度为v′＝2 m/s，在小磁铁穿过铝环的整个过程中，铝环中产生了多少电能？(g取10 m/s2)‎ 解析　(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)．‎ ‎(2)由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过铝环后磁铁的速度 v＝ m/s＝9 m/s，‎ 由能量守恒可得W电＝Mv－Mv2－mv′2＝1.7 J.‎ 答案　(1)铝环向右偏斜　(2)1.7 J ‎12．磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用．如图甲所示是平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成．如图乙所示，通道尺寸a＝2.0 m，b＝0.15 m，c＝0.10 m．工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8.0 T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场．使两金属板间的电压U＝99.6 V；海水沿y轴方向流过通道．已知海水的电阻率ρ＝0.20 Ω·m.‎ ‎(1)船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；‎ ‎(2)船以vs＝5.0 m/s的速度匀速前进．若以船为参照物，海水以5.0 m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd＝8.0 m/s.求此时两金属板间的感应电动势U感；‎ ‎(3)船行驶时，通道中海水两侧的电压按U′＝U－U感计算，海水受到的安培力的80%可以转化为对船的推力．当船以vs＝5.0 m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率．‎ 解析　(1)根据安培力公式，推力F1＝I1Bb，其中I1＝，‎ R＝ρ则F1＝Bb＝B＝‎ ×8.0 N＝796.8 N，‎ 6‎ 由左手定则判断，通道内海水受到的安培力的方向，即对海水推力的方向，沿y轴正方向(向右)．‎ ‎(2)此时相对切割的运动速度v感＝vd＝8.0 m/s，则有U感＝Bvdb即U感＝8.0×8.0×0.15 V＝9.6 V.‎ ‎(3)当船行驶时，通道中海水两侧的电压U′＝U－U感，则根据欧姆定律得 I2＝＝＝ A＝600 A，‎ 安培力F2＝I2Bb＝600×8.0×0.15 N＝720 N，‎ 对船的推力F＝80%F2＝80%×720 N＝576 N，‎ 海水推力的功率 P＝Fvs＝576×5.0 W＝2 880 W.‎ 答案　(1)796.8 N　沿y轴正方向(向右)　(2)9.6 V ‎(3)2 880 W 6‎