第2章 第3节 涡流 电磁阻尼 电磁驱动-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（教科版2019）

物理 选择性必修 第二册 JK 1 3 第3节 涡流 电磁阻尼 电磁驱动 刷基础 2 1.[重庆八中2024高二下入学考] 当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体 中都会产生感应电流.如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以随时间变化的电流， 铁块内就会产生虚线所示的感应电流，即涡流.当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列 判断正确的是( ) D A.线圈内部空间的磁感线方向竖直向下 B.从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向 C.为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 D.为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 题型1 涡流的应用及防止 3 解析 线圈内部的磁场由通过线圈的电流产生，根据安培定则可知，线圈内部的磁感线方向竖直 向上，故A错误；因为线圈中的电流正在减小，则线圈中电流产生的磁场减弱，根据楞次定律， 从上往下看，涡流的方向为逆时针方向，故B错误；由于产生的感应电动势的大小一定，而要减 小涡流，应增大铁块的电阻，根据电阻定律可知，可减小铁块的横截面积，故可以把铁块沿纵向 切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来，故C错误，D正确. 题型1 涡流的应用及防止 4 2.（多选）金属探测器利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电 流，从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）.“涡流” 会产生磁场，从而影响原始磁场，导致探测器发出蜂鸣声而报警.下列说法正确的是( ) BD A.欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物体上方不停地晃动 B.待检测物体内部产生“涡流”（感应电流）时，探测器可能静止在待检测物体上方 C.若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D.若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为待检测物体中含有极少能够自由移动的带电粒子 题型1 涡流的应用及防止 5 解析 因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生高速变化的磁场，故即使 探测器静止在待检测物体的上方，待检测物体中依然有感应电流产生，A错误，B正确；因为塑料 制品为绝缘体，导电性能极差，塑料制品内部含有极少可自由移动的电荷，使得待检测物体中感 应电流太小不能引起报警，检测区域中有磁通量变化，C错误，D正确. 题型1 涡流的应用及防止 6 3.[宁夏银川2024高二上期中] 安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈， 右边门框中有一接收线圈.若工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向 （左视图）均匀增大的电流，则（判断电流方向均从左向右观察）( ) A A.有金属片通过时，金属片中会感应出涡流 B.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向可能改变 C.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针 D.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小 题型1 涡流的应用及防止 7 解析 通电线圈中的电流均匀增大，则产生的磁场均匀增大，有金属片通过时，穿过金属片的磁 通量发生变化，金属片中会感应出涡流，A正确；金属片中涡流的磁场与通电线圈中产生的磁场 方向相反，虽然会对接收线圈中磁通量的增大有一定的阻碍作用，但不能阻止接收线圈中磁通量 增大，所以接收线圈中的感应电流的方向不会改变，B错误；无金属片通过时，接收线圈中的磁 通量由左向右均匀增大，根据楞次定律和安培定则可知，感应电流的方向为逆时针，根据法拉第 电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电动势不变，感应电流不变，C、D错误. 题型1 涡流的应用及防止 8 4.[江西十校联考2024高二下期中] 强风天气会给人们的出行带来困难.某 大厦上的电磁阻尼器出现了摆动，及时对大厦进行减震，如图所示，下列 说法正确的是( ) D A.风速越大，导体板中磁通量变化率越小 B.风速越大，导体板内产生的感应电动势越小 C.风速越大，导体板内产生的涡流越小 D.导体板内涡流对永磁铁的电磁阻力是该大厦减震的原因 题型2 电磁阻尼和电磁制动 9 解析 风速越大，永磁铁与可摆动质量块摆动越厉害，导体板中磁通量变化率越大，由电磁感应 定律可知，导体板中产生的感应电动势越大，产生的涡流也越大，A、B、C错误；根据楞次定律 可知，导体板内的涡流与永磁铁间的电磁阻力，是该大厦减震的原因，D正确. 题型2 电磁阻尼和电磁制动 10 5.如图所示，在一块绝缘圆盘上中部安一个线圈，并接有电源，圆盘的四周固定有许 多带负电的小球，将整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，圆盘 ( ) A A.将逆时针转动（俯视） B.将顺时针转动（俯视） C.不会转动 D.先逆时针转再顺时针转（俯视） 题型3 电磁驱动 11 解析 电源接通的瞬间，由安培定则可知，线圈内的磁场方向向上，线圈中的电流增大将产生增 强的磁场，根据电磁场理论可知，变化的磁场会产生电场，根据楞次定律和安培定则可知，线圈 周围产生顺时针方向的电场（俯视），负电荷受到的电场力与电场方向相反，则带负电的小球会 受到逆时针方向的电场力（俯视），故圆盘将逆时针转动（俯视），A正确，B、C、D错误. 题型3 电磁驱动 12 3 第3节 涡流 电磁阻尼 电磁驱动 刷提升 13 1.[广东茂名一中2024联考] （多选）如图甲所示，一根足够长的空心铜管竖直放置，将一枚横 截面直径略小于铜管内径、质量为 的圆柱形强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，强磁铁在铜 管内下落的最大速度为，强磁铁与铜管内壁的摩擦和空气阻力可以忽略，重力加速度为 .强磁 铁下落过程中，可以认为铜管中的感应电动势大小与强磁铁下落的速度成正比，下列分析正确的 是( ) 甲 乙 14 A.若把空心铜管切开一条竖直狭缝，如图乙所示，还将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，发 现强磁铁做自由落体运动 B.若把空心铜管切开一条竖直狭缝，如图乙所示，还将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，发 现强磁铁的下落会慢于自由落体运动 C.图甲中，强磁铁达到最大速度后，铜管的热功率等于 D.如果在图甲中强磁铁的上面粘一个质量为 的绝缘橡胶块，则强磁铁下落的最大速度为 √ √ √ 15 解析 若把空心铜管切开一条竖直狭缝，此时铜管内仍然会形成涡流，涡流的磁场对强磁铁有阻 碍作用，所以将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，发现强磁铁的下落会慢于自由落体运动， A错误，B正确；题图甲中，强磁铁达到最大速度后做匀速运动，在匀速下落的过程中，可以认为 减少的重力势能全部转化为热量，则有，可得铜管的热功率 ，C正 确；由于强磁铁下落过程中铜管中的感应电动势大小与强磁铁下落的速度 成正比，且强磁铁周 围铜管的有效电阻是恒定的，可知任一时刻的热功率为，强磁铁上面粘一个质量为 的 绝缘橡胶块一起匀速下落时，有，可得 ，解得 ，D正确. 16 【关键点拨】解答本题需要明确强磁铁达到最大速度后做匀速运动，则在匀速下落的过程中，减 少的重力势能全部转化为热量，可得出铜管的热功率. 17 2.[河南新乡部分重点中学2023高二下联考] 磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置， 该刹车装置的原理图（从车后朝前看）如图所示，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进 入停车区时铜片从强力磁铁间穿过，车很快停下来，关于该刹车装置的原理，下列判断错误的是 ( ) B A.过山车进入停车区时其动能转化成电能 B.把铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果 C.过山车进入停车区的过程中两侧的铜片中会产生感应电流 D.过山车进入停车区的过程中铜片受到的安培力使过山车减速 18 解析 过山车进入停车区时铜片从强力磁铁间穿过，铜片切割磁感线产生感应电流，停车区的轨 道两侧安装的强力磁铁产生的磁场对铜片有安培力的作用，铜片所受安培力是阻力，使过山车减 速，安培力做负功，可知过山车进入停车区时其动能转化成电能，故A、C、D正确；有机玻璃片 不是导体，当其进入停车区从强力磁铁间穿过时，不能发生电磁感应，不能达到相同的刹车效果， 故B错误.故B符合题意. 19 3.[云南师范大学附属中学2024高二上期末] 某车型的减震系统由两部分组成：一部分是机械弹簧 主减震系统；另一部分是电磁辅助减震系统.装置示意图如图所示，强磁体固定在汽车底盘上，阻 尼线圈固定在轮轴上，轮轴与底盘通过弹簧主减震系统相连，在震动过程中强磁体可在线圈内上 下移动.则( ) C A.对调强磁体的磁极，电磁减震系统就起不到减震效果 B.增加线圈匝数，不影响安培力的大小 C.只要产生震动，电磁减震系统就能起到减震效果 D.震动过程中，线圈中有感应电流，且感应电流方向不变 20 解析 对调强磁体的磁极，震动过程线圈仍会产生感应电流，不影响减震效果，故A错误，C正确； 根据法拉第电磁感应定律 可知，增加线圈匝数，产生的感应电动势增大，线圈中电流增 大，电磁阻尼现象越明显，会影响安培力的大小，故B错误；震动过程中，线圈中磁通量的变化 情况会根据磁体的靠近或者远离而反复改变，由楞次定律可知，感应电流方向也会随之改变，故 D错误. 21 4.高速铁路列车通常使用磁力刹车系统.磁力刹车工作原理可简述如下：将 磁铁的 极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘 向里，铝盘随即减速，如图所示.图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域） 朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动. 下列有关铝盘刹车的说法正确的是( ) C A.铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场 B.铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场 C.磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速 D.若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大 22 解析 由题意可知，穿过铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律知，甲区域感应电流的磁场方 向垂直铝盘向外，A错误；穿过铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律知，乙区域感应电流的 磁场方向垂直铝盘向里，B错误；由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用 力，则会使铝盘减速，C正确；若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，会导致涡流产生的磁场减 弱，则磁铁对空洞铝盘的作用力小于对实心铝盘的作用力，D错误. 23 $$