2024年高考物理選修二專題練習第3節(jié) 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動

《模型畫法·物理課堂》馮考必勝第3節(jié)渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動【刷基礎】【題型1感生電場的判斷和應用】1．[四川成都外國語學校2021高二下月考](多選)如圖所示，在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動．若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設運動過程中小球的帶電荷量不變，那么()A．磁場力對小球一直不做功B．小球受到的磁場力不斷增大C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D．小球受到的磁場力不變答案：AC解析：洛倫茲力始終與小球運動方向垂直，因此磁場力對小球一直不做功，故A正確；磁場方向豎直向上，磁場強度隨時間成正比增加，由楞次定律可知，變化的磁場產(chǎn)生的感生電場沿順時針方向，小球帶正電，小球所受的電場力沿順時針方向，與小球的運動方向相反，小球做減速運動，當小球速度減小到零后，小球就沿順時針方向做加速運動，故C正確；由F磁＝qvB可知，隨著磁感應強度的變化、小球速度變化，小球受到的磁場力不斷變化，當小球速度減小到0后，磁場力為0，因此小球受到的磁場力不是不斷增大，故B、D錯誤．2．電子感應加速器的基本原理如圖所示．在上、下兩個電磁鐵形成的異名磁極之間有一個環(huán)形真空室．圖甲為側視圖，圖乙為真空室的俯視圖．電磁鐵中通以變化的電流使兩磁極間的磁場周期性變化，從而在真空室內(nèi)產(chǎn)生感生電場，將電子從電子槍右端注入真空室，電子在感生電場的作用下被加速，同時在洛倫茲力的作用下，在真空室中沿逆時針方向(圖乙中箭頭方向)做圓周運動．由于感生電場的周期性變化使電子只能在某段時間內(nèi)被加速，但由于電子的質(zhì)量很小，故在極短時間內(nèi)被加速的電子可在真空室內(nèi)回旋數(shù)十萬以至數(shù)百萬次，并獲得很大的能量．若磁場的磁感應強度B(圖乙中垂直于紙面向外為正)隨時間變化的關系如圖丙所示，不考慮電子質(zhì)量的變化，電子在t＝0時注入真空室后由靜止開始被加速，則下列說法中正確的是()A．電子在真空室中做勻速圓周運動B．電子在運動時的加速度始終指向圓心C．在丙圖所示的第一個周期中，電子只能在0～eq\f(1,4)T內(nèi)按圖乙中逆時針方向做圓周運動且被加速D．在丙圖所示的第一個周期中，電子在0～eq\f(1,4)T和eq\f(3,4)T～T內(nèi)均能按圖乙中逆時針方向做圓周運動且被加速答案：C解析：由于電子在真空室中的能量逐漸增大，說明其速度逐漸變大，故電子做的不是勻速圓周運動，A錯誤；只有當電子做勻速圓周運動時，其向心力才指向圓心，現(xiàn)在電子做的不是勻速圓周運動，所以電子在運動時的加速度并不始終指向圓心，B錯誤；在題圖丙所示的第一個周期中，0～eq\f(T,4)內(nèi)磁感應強度增大，原磁場的方向垂直于紙面向外，由楞次定律可知，感應磁場的方向與原磁場方向相反，為垂直于紙面向里，再由右手螺旋定則可知真空室中感生電場的方向為順時針方向，該方向正好使電子加速；同理，在eq\f(T,4)～eq\f(3T,4)內(nèi)，感生電場方向為逆時針方向，電子減速，直至沿順時針方向轉(zhuǎn)動，而eq\f(3T,4)～T時間內(nèi)感生電場再次變?yōu)轫槙r針方向，此時電子會減速，故只有在0～eq\f(T,4)內(nèi)，電子沿逆時針方向做圓周運動且被加速，C正確，D錯誤．【題型2感生電動勢的判斷與計算】3．[山東濱州2021高二上期末](多選)在豎直方向的勻強磁場中，水平放置一圓形導體環(huán)，導體環(huán)面積為S＝1m2，導體環(huán)的總電阻為R＝10Ω.規(guī)定導體環(huán)中電流的正方向如圖甲所示，磁場向上為正．磁感應強度B隨時間t的變化如圖乙所示，B0＝0.1T．下列說法正確的是()A．t＝1s時，導體環(huán)中電流為零B．第2s內(nèi)，導體環(huán)中電流為負方向C．第3s內(nèi)，導體環(huán)中電流的大小為0.01AD．第4s內(nèi)，通過導體環(huán)中某一截面的電荷量為0.01C答案：CD解析：0～2s時間內(nèi)，磁場均勻變化，由法拉第電磁感應定律知，導體環(huán)中產(chǎn)生恒定電動勢，因此t＝1s時，導體環(huán)中電流不為零，A錯誤；第2s內(nèi)，導體環(huán)處的磁場方向向上且磁通量增大，根據(jù)楞次定律知，感應電流與圖甲中的電流一致，為正方向，B錯誤；第3s內(nèi)，感應電動勢E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB·S,Δt)＝0.1V，感應電流I＝eq\f(E,R)＝0.01A，C正確；第3s內(nèi)與第4s內(nèi)磁通量變化率相同，因此電流相同，則第4s內(nèi)通過導體環(huán)中某一截面的電荷量q＝It＝0.01C，D正確．4.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的一側存在一個均勻變化的勻強磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面向里，磁感應強度大小隨時間的變化關系為B＝B0＋kt(k＞0)，則()A．圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應電流B．圓環(huán)具有擴張的趨勢C．圓環(huán)中感應電流的大小為eq\f(kπr2,2R)D．圖中a、b兩點間的電勢差Uab＝eq\f(1,2)kπr2答案：C解析：由于磁感應強度均勻增大，穿過圓環(huán)的磁通量變大，根據(jù)楞次定律可知圓環(huán)中感應電流為逆時針方向，同時為了阻礙磁通量的變化，圓環(huán)具有收縮的趨勢，故A、B選項錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應定律得感生電動勢E＝eq\f(S,2)·eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(1,2)kπr2，回路中的電阻為R，所以圓環(huán)中感應電流大小為I＝eq\f(E,R)＝eq\f(kπr2,2R)，故C選項正確；a、b兩點間的電勢差Uab＝I·eq\f(R,2)＝eq\f(kπr2,4)，故D選項錯誤．5．[福建莆田2021高二下月考](多選)如圖甲所示，一個匝數(shù)為n的圓形線圈(圖中只畫了2匝)，面積為S，線圈的電阻為R，在線圈外接一個阻值為R的電阻和一個理想電壓表，將線圈放入垂直線圈平面指向紙內(nèi)的磁場中，磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是()A．t1～t2時間內(nèi)，P端電勢高于Q端電勢B．0～t1時間內(nèi)，電壓表的讀數(shù)為eq\f(n（B1－B0）,t1)SC．t1～t2時間內(nèi)，R上的電流為eq\f(nB1S,2（t2－t1）R)D．t1～t2時間內(nèi)，圓形線圈中感應電流的方向沿順時針答案：CD解析：t1～t2時間內(nèi)，穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律知感應電流沿順時針方向，線圈相當于電源，下端為正極上端為負極，所以Q端電勢高于P端電勢，A錯誤，D正確；0～t1時間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的感應電動勢E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝n·eq\f(ΔB,Δt)·S，電壓表的示數(shù)等于電阻R兩端的電壓，為U＝IR＝eq\f(E,2R)·R＝eq\f(n（B1－B0）S,2t1)，B錯誤；t1～t2時間內(nèi)線圈產(chǎn)生的感應電動勢E′＝neq\f(ΔΦ′,Δt′)＝n·eq\f(B1,t2－t1)·S，根據(jù)閉合電路的歐姆定律R上的電流I′＝eq\f(E′,2R)＝eq\f(nB1S,2（t2－t1）R)，C正確．【題型3渦流的產(chǎn)生】6．[江蘇南通啟東中學2020高二上質(zhì)量檢測](多選)如圖所示為用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈，將金屬材料置于冶煉爐中，線圈中通以電流，用感應加熱的方法使爐內(nèi)金屬發(fā)熱．下列說法中正確的是()A．線圈中通以恒定電流，金屬材料中也能產(chǎn)生感應電流B．線圈中通以隨時間變化的電流，在金屬材料中會產(chǎn)生感應電流C．感應加熱是利用金屬材料中的渦流冶煉金屬的D．感應加熱是利用線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱冶煉金屬的答案：BC解析：在線圈中通以隨時間變化的電流才會在金屬材料中產(chǎn)生感應電流，故A選項錯誤，B選項正確；爐內(nèi)金屬中會產(chǎn)生感應電流，這種電流叫渦流，線圈電阻產(chǎn)生的熱量很小，主要是由于金屬中的自由電子在渦流產(chǎn)生的電場中高速運動，受到阻礙從而產(chǎn)生熱量，感應加熱是利用金屬材料中的渦流冶煉金屬的，故C選項正確，故D選項錯誤．7．[江西宜春高安中學2021高二上期末](多選)某中學每次段考監(jiān)考老師都會手持金屬探測器安檢．實物及其結構原理圖可簡化為如圖甲、乙所示．探測器運用的是電磁感應原理，發(fā)射線圈(外環(huán))可以產(chǎn)生垂直于線圈平面且大小和方向均變化的磁場；內(nèi)環(huán)線圈是接收線圈，用來收集被測金屬物發(fā)出的磁場(接收線圈能完全屏蔽發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場)．隨著發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場方向反復變化，它會與所遇的金屬物發(fā)生作用，導致金屬物自身也會產(chǎn)生微弱的磁場，來自金屬物的磁場進入內(nèi)環(huán)線圈被接收到后，檢測器會發(fā)出報警聲．若發(fā)射線圈產(chǎn)生向下且增強的磁場，則下列說法中正確的是()A．金屬物產(chǎn)生的感應磁場的方向豎直向上B．金屬物中的渦流從上往下看是沿順時針方向C．金屬物發(fā)出的磁場穿過接收線圈時，接收線圈會產(chǎn)生微弱的電流，此類探測器相應的元件就是依據(jù)這一電流進行報警的D．如果金屬物中某時刻發(fā)出向上的磁場，那接收線圈中的感應電流方向從上往下看是沿逆時針方向答案：AC解析：若發(fā)射線圈產(chǎn)生向下且增強的磁場，則穿過金屬物的磁通量增大，根據(jù)楞次定律知，金屬物中的渦流從上往下看是沿逆時針方向，渦流產(chǎn)生的磁場方向豎直向上，A正確，B錯誤；金屬物發(fā)出的磁場穿過接收線圈時，接收線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，會產(chǎn)生微弱的感應電流，此類探測器相應的元件就是依據(jù)這一電流進行報警的，C正確；如果金屬物中某時刻發(fā)出向上的磁場，如果磁場增強，則接收線圈中的感應電流方向從上往下看是沿順時針方向，D錯誤．【題型4電磁阻尼與電磁驅(qū)動問題的分析】8．著名物理學家費曼曾設計過一個實驗，如圖所示．在一塊絕緣圓盤上中部安一個線圈，并接有電源，圓盤的四周固定有許多帶負電的小球，將整個裝置支撐起來．忽略各處的摩擦，當電源接通的瞬間，下列關于圓盤的說法中正確的是()A．圓盤將逆時針轉(zhuǎn)動(俯視)B．圓盤將順時針轉(zhuǎn)動(俯視)C．圓盤不會轉(zhuǎn)動D．圓盤先逆時針轉(zhuǎn)再順時針轉(zhuǎn)(俯視)答案：A解析：電源接通的瞬間，由安培定則可知線圈內(nèi)的磁場方向向上，線圈中的電流增大將產(chǎn)生增強的磁場，則穿過絕緣圓盤的磁通量增加，根據(jù)電磁場理論可知，變化的磁場會產(chǎn)生電場，根據(jù)楞次定律可知，線圈周圍產(chǎn)生順時針方向的電場，負電荷受到的電場力與電場方向相反，則帶負電的小球會受到逆時針方向的電場力，故圓盤將逆時針轉(zhuǎn)動(俯視)，A選項正確，B、C、D選項錯誤．9．[安徽蚌埠三中2021高二下教學質(zhì)量檢測]如圖所示為實驗室所用的某種靈敏天平，安裝在天平臂一端(圖中的右端)的金屬片置于蹄形磁鐵的兩個磁極之間，該裝置有利于振動的天平臂迅速平靜下來，現(xiàn)因物體放置在秤上引起天平臂的擺動，帶動金屬片上下運動，則以下說法正確的是()A．當金屬片上下運動時，由于穿過金屬片的磁通量沒有發(fā)生變化，因此金屬片中沒有感應電流B．當金屬片上下運動時，金屬片中會產(chǎn)生逆時針方向的渦流C．當金屬片向上運動時，金屬片受到向下的磁場力D．由于金屬片在上下運動，受到的磁場力總是阻礙金屬片的運動，使其機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，導致物體質(zhì)量測量值偏小答案：C解析：當金屬片上下運動時，穿過金屬片的磁通量發(fā)生變化，金屬片中產(chǎn)生感應電流，A錯誤；當金屬片上下運動時，金屬片中會產(chǎn)生方向變化的渦流，渦流的方向與金屬片的運動方向有關，B錯誤；當金屬片向上運動時，根據(jù)“來拒去留”原則，金屬片受到向下的磁場力，C正確；當天平靜止時，磁場力消失，不會導致物體質(zhì)量測量值偏小，D錯誤．【題型5渦流的應用及防止】 10．關于渦流，下列說法中錯誤的是()A．真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置B．家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的C．阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動D．變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流答案：B解析：真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置，A選項正確；要想產(chǎn)生渦流，必須是變化的磁場，因為變化的磁場才能產(chǎn)生電場，產(chǎn)生渦流，B選項錯誤；根據(jù)楞次定律可知，阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動，C選項正確；渦流會造成能量的損失，所以變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成，是為了減小渦流造成的能量損失，D選項正確．11．(多選)“電磁感應鋁箔封口機”被廣泛應用在醫(yī)藥、食品、化工等生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品封口環(huán)節(jié)中，如圖所示為一手持式封口機，它的工作原理是：當接通電源時，內(nèi)置線圈產(chǎn)生磁場，當磁感線穿過封口鋁箔材料的瞬間產(chǎn)生大量小渦流，致使鋁箔自行快速發(fā)熱，熔化復合在鋁箔上的溶膠，從而粘貼在承封容器的封口處，達到迅速封口的目的．下列有關說法正確的是()A．封口材料可用普通塑料來代替鋁箔B．該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶C．封口過程中溫度過高，可適當減小所通電流的頻率來解決D．該封口機適用于玻璃、塑料等材質(zhì)的容器封口但不適用于金屬容器答案：CD解析：由于封口機利用了電磁感應原理，故封口材料必須是金屬類材料，而且電源必須是交流電，故A、B錯誤；減小內(nèi)置線圈中所通過電流的頻率可以降低封口過程中產(chǎn)生的熱量，即控制溫度，故C正確；封口材料應是金屬類材料，但對應被封口的容器不能是金屬，否則同樣被熔化，只能是玻璃、塑料等材質(zhì)的容器，故D正確．【刷提升】1．[安徽皖北名校2021高二上期末](多選)關于渦流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動，下列說法正確的是()A．金屬探測器應用于安檢場所，探測器利用了渦流的原理B．金屬探測器可用于大米裝袋，防止細小的砂石顆?；烊氪竺字蠧．電磁爐利用電磁阻尼工作，錄音機在磁帶上錄制聲音利用電磁驅(qū)動工作D．磁電式儀表中用來作為線圈骨架的鋁框能起電磁阻尼的作用答案：AD解析：金屬探測器在探測金屬時，由于在被測金屬中產(chǎn)生的渦流從而使報警器工作，A正確；金屬探測器探測原理是在被探測物體中由于電磁感應產(chǎn)生渦流來進行工作，食品中的砂石不是金屬，所以不能產(chǎn)生渦流，B錯誤；電磁爐利用渦流工作，錄音機在磁帶上錄制聲音時，是利用了電流的磁效應，使磁帶上的磁粉被磁化，C錯誤；磁電式儀表中用來作為線圈骨架的鋁框中可以產(chǎn)生感應電流能起電磁阻尼的作用，D正確．2．[山東鄒城一中2021高二下月考]電磁爐采用感應電流(渦流)的加熱原理，其原理圖如圖所示．它是通過電子線路產(chǎn)生交變磁場，把鐵鍋放在爐面上時，在鐵鍋底部產(chǎn)生交變電流．它具有升溫快、效率高、體積小、安全性好等優(yōu)點．下列關于電磁爐的說法正確的是()A．電磁爐面板可采用陶瓷材料，發(fā)熱部分為鐵鍋底部B．電磁爐面板可采用金屬材料，通過面板發(fā)熱加熱鍋內(nèi)食品C．電磁爐可以用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱D．電磁爐的鍋具一般用鐵鍋，是因為鋁鍋、銅鍋中不能形成渦流答案：A解析：電磁爐面板可采用陶瓷材料，如果采用金屬材料，在交變磁場中產(chǎn)生渦流發(fā)熱，會使線圈燒毀，A正確，B錯誤；用陶瓷器皿作為鍋具不能形成渦流，不能對食品加熱，C錯誤；鋁鍋、銅鍋在電磁爐上也能形成渦流，但由于鋁、銅導磁性弱，通過它們的磁場只是一小部分，因此在鋁鍋、銅鍋中形成的渦流遠比鐵鍋中的小，而非不能形成渦流，D錯誤．3．[山東新高考協(xié)作體2021高二下月考]M、N兩個閉合正方形線圈用相同的導線制成，分別為10匝和30匝，邊長lM＝3lN，圖示區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強磁場，且磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律為B＝B0＋kt(k<0)，不考慮線圈之間的相互影響，則下列說法正確的是()A．兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應電流B．M、N線圈中感應電動勢大小之比為1∶9C．M、N線圈中感應電流大小之比為1∶3D．M、N線圈中的電功率之比為1∶27答案：D解析：兩線圈中的磁通量隨時間不斷減小，根據(jù)楞次定律知，兩線圈內(nèi)產(chǎn)生逆時針方向的感應電流，A錯誤；穿過兩線圈的磁通量隨時間的變化率相等，根據(jù)法拉第電磁感應定律得M、N線圈中感應電動勢大小之比為eq\f(EM,EN)＝eq\f(10,30)＝eq\f(1,3)，B錯誤；根據(jù)電阻定律，M、N線圈的電阻之比為eq\f(RM,RN)＝eq\f(lM,lN)＝3，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得M、N線圈中感應電流大小之比為eq\f(IM,IN)＝eq\f(EM,EN)·eq\f(RN,RM)＝eq\f(1,9)，C錯誤；M、N線圈中的電功率之比為eq\f(PM,PN)＝eq\f(EM,EN)·eq\f(IM,IN)＝eq\f(1,27)，D正確．4．[湖北荊州六縣市區(qū)2021高二上期末](多選)如圖甲所示，輕質(zhì)絕緣細線吊著一匝數(shù)為10、邊長為1m、總電阻為1Ω、總質(zhì)量為0.5kg的正方形閉合導線圈abcd，線圈的中間位置以下區(qū)域分布著方向垂直紙面向里的磁場，磁感應強度大小隨時間變化關系如圖乙所示(g取10m/s2)．則()A．線圈中產(chǎn)生的感應電流的方向為逆時針方向B．線圈的電功率為0.5WC．通過線圈的電流為0.25AD．在t＝2s時輕質(zhì)細線的拉力大小為3.5N答案：AD解析：由楞次定律知線圈中產(chǎn)生的感應電流的方向為逆時針方向，A正確；由法拉第電磁感應定律得E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝n·eq\f(1,2)L2eq\f(ΔB,Δt)＝0.5V，則P＝eq\f(E2,r)＝0.25W，B錯誤；通過線圈的電流I＝eq\f(E,r)＝0.5A，C錯誤；由題圖乙可知，當t＝2s時，B＝0.3T，線圈受到的安培力F安＝nBIL，由平衡條件得F安＋F線＝mg，聯(lián)立解得F線＝3.5N，D正確．5．如圖所示，豎直放置的螺線管與導線abcd構成回路，導線所在區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面