第二章 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【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（人教版2019）

物理 选择性必修 第二册 RJ 1 3 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 刷基础 2 1.[浙江八校联盟2023高二下期中联考改编] （多选）如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆 管内，有一直径略小于管内径的带正电的小球，正以速率 沿逆时针方向匀速运动（从上往下 看）.若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度 随时间成正比例增大的变化磁场，设运动 过程中小球的带电荷量不变，则( ) AC A.洛伦兹力对小球一直不做功 B.小球受到的洛伦兹力不断增大 C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做 加速运动 D.小球受到的洛伦兹力不变 题型1 感生电场的特点 3 解析 洛伦兹力始终与小球运动方向垂直，因此洛伦兹力对小球一直不做功，故A正确；磁场方 向竖直向上，磁感应强度随时间成正比增加，由楞次定律和安培定则可知，变化的磁场产生的感 生电场沿顺时针方向（从上往下看），小球带正电，小球所受的电场力沿顺时针方向（从上往下 看），与小球的运动方向相反，小球做减速运动，当小球速度减小到零后，将沿顺时针方向 （从上往下看）做加速运动，故C正确；由 可知，随着磁感应强度的变化,小球速度变化， 小球受到的洛伦兹力不断变化，但不是一直增大，故B、D错误. 题型1 感生电场的特点 4 2.[山东济宁2023高二下期中] 半径为的圆环电阻为， 为圆环的一条直径. 如图所示，在 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 向里，磁感应强度大小随时间的变化关系为 ，则( ) C 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、两点间的电压 题型2 感生电动势的判断与计算 5 解析 由于磁感应强度均匀增大，穿过圆环的磁通量变大，根据楞次定律可知，圆环中产生的感 应电流沿逆时针方向，同时为了阻碍磁通量的变化，圆环具有收缩的趋势，故A、B错误；根据法 拉第电磁感应定律得，感生电动势，回路中的电阻为 ，所以圆环中感应电流 的大小为，故C正确；、两点间的电压 ，故D错误. 题型2 感生电动势的判断与计算 6 【易错分析】本题有两个易错点：一是求感生电动势时误认为面积为圆环的面积；二是求、 两 点间的电压时误求成电动势. 题型2 感生电动势的判断与计算 7 3.[江苏南京2023高二下期末] 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3 涡流的产生 8 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3 涡流的产生 9 4.（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3 涡流的产生 10 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3 涡流的产生 11 5.[天津2023高二上期末] （多选）“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生 产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置 线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料的瞬间产生大量小涡流，使铝箔自行快速发热，熔化 复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的.下列有关说法正确的 是( ) CD A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C.封口过程中温度过高，可通过适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等材质的容器封口，但不适用于金属容器 题型4 涡流的应用及防止 12 解析 由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电， 故A、B错误；根据、 可知，减小内置线圈中所通电流的频率可以减小磁通量的 变化率，减小感应电动势 ，在相同时间内减少封口过程中产生的热量，即控制温度，故C正确； 封口材料应是金属类材料，但被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，可以是玻璃、塑料 等材质的容器，故D正确. 题型4 涡流的应用及防止 13 6.[贵州2023高二上联考] 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4 涡流的应用及防止 14 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4 涡流的应用及防止 15 7.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，下列 关于圆盘的说法中正确的是( ) 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5 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 16 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5 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 17 8.[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 题型5 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 18 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. 题型5 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 19 9.[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5 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 20 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5 电磁阻尼与电磁驱动问题的分析 21 3 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 刷提升 22 1. [山西怀仁一中2024摸底] （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 23 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 √ √ √ 24 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明显慢于自由落体运 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. 25 【教材变式】本题目由教材P39第3题演变而来，除了教材考查的无缺口的铝管比有缺口的铝管 能更快使强磁铁匀速运动外，还考查了强磁铁达到最大速度后，铜管的热功率.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. 26 2.[广东广州2023高二下期末] 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 27 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. 28 3.电子感应加速器的基本原理如图所示.在上、下两个电磁铁形成的异名磁极之间有一个环形真空 室.图甲为侧视图，图乙为真空室的俯视图.电磁铁中通以变化的电流使两磁极间的磁场周期性变 化，从而在真空室内产生感生电场，将电子从电子枪右端注入真空室，电子在感生电场的作用下 被加速，同时在洛伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向（图乙中箭头方向）做圆周运动.由 于感生电场周期性变化，电子只能在某段时间内被加速，但由于电子的质量很小，故在极短时间 内被加速的电子可在真空室内回旋数十万以至数百万次，并获得很大的能量.若磁场的磁感应强度 （图乙中垂直于纸面向外为正）随时间变化的关系如图丙所示，不考虑电子质量的变化，电子 在 时注入真空室后由静止开始被加速，则下列说法中正确的是( ) 29 A.电子在真空室中做匀速圆周运动 B.电子在运动时的加速度始终指向圆心 C.在丙图所示的第一个周期内，电子只能在 时间内按图乙中的逆时针方向做圆周运动且 被加速 D.在丙图所示的第一个周期内，电子在和～ 时间内均能按图乙中的逆时针方向做圆周 运动且被加速 √ 30 解析 由于磁场是周期性变化的，所以产生的电场也是周期性变化的，故电子在真空室中一段时 间加速，接着一段时间减速，再加速，再减速，周而复始，A错误；只有当电子做匀速圆周运动 时，其加速度才始终指向圆心，电子做的不是匀速圆周运动，所以电子在运动时的加速度并不始 终指向圆心，B错误；在题图丙所示的第一个周期内， 时间内磁感应强度增大，原磁场的方 向垂直于纸面向外，由楞次定律可知，感应磁场的方向与原磁场方向相反，为垂直于纸面向里， 再由右手螺旋定则可知，真空室中感生电场的方向为顺时针方向，电子在电场力作用下逆时针加 速，同理，~ 时间内，感生电场方向为逆时针方向，电子在电场力作用下先逆时针减速到零， 再顺时针加速，~ 时间内感生电场再次变为顺时针方向，在电场力作用下，电子顺时针减速， 故在题图丙所示的第一个周期内，只有在 时间内，电子沿逆时针方向做圆周运动且被加速， C正确，D错误. 31 $$