第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【创新教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册五维课堂课时作业（人教版2019）

物理 选择性必修第二册 物 课 时 间 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 理 纠错空间 作业 [基础达标] A.若输送的电流是恒定电流，甲方案是 1.如图所示是一种冶炼 可行的，乙方案是不可行的 金属的感应炉的示意 B.若输送的电流是交变电流，乙方案是 图，此种感应炉应接怎 可行的，甲方案是不可行的 样的电源 ( C.若输送的电流是交变电流，甲方案是 A.直流低压 可行的，乙方案是不可行的 B.直流高压 D.无论输送的电流是恒定电流还是交 变电流，甲、乙两方案都是可行的 C.低频交流电 4.金属探测器已经广泛应用于安检场所， D.高频交流电 关于金属探测器的论述正确的是 2.(多选)下列实例中属于利用涡流的是 ( ( A.金属探测器可用于食品生产，防止细 A.电磁阻尼装置 小的砂石颗粒混入食品中 B.变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成 B.金属探测器探测地雷时，探测器的线 方法总结 C.金属工件的高频焊接 圈中产生涡流 D.在日光灯电路中镇流器的线圈中加 C.金属探测器探测金属时，被测金属中 入铁芯 感应出涡流 3.实验高中南、北校区之间要铺设一条输 D.探测过程中金属探测器与被测物体 电线路，该线路要横穿两校区之间的公 相对静止与相对运动探测效果相同 路，为了保护线路不至于被压坏，必须 5.(多选)涡流检测是工 在地下预先铺设结实的过路钢管，再让 业上无损检测的方法 输电线从钢管中穿过.校方将该要求在 之一.如图所示，线圈 学校的物理探究小组中公布并征求电 中通以一定频率的正 待测工件 线穿管的方案.经过遴选，目前有如图 弦交流电，靠近待测 工件时，工件内会产生涡流，同时线圈 所示的两种方案进人最后的讨论阶段： 中的电流受涡流影响也会发生变化.下 甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分 列说法中正确的是 ( 别从两根钢管中穿过：乙方案是只铺设 A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁 一根钢管，两条输电线都从这一根钢管 通量的变化 中穿过.如果输电导线输送的电流很强 B.涡流的频率等于通入线圈的交流电 大，那么，下列讨论的结果正确的是 频率 C.通电线圈和待测工件间存在周期性 变化的作用力 44444444444444 D.待测工件可以是塑料或橡胶制品 20· 第二章电磁感应 课时作业 6.(多选)关于涡流，下列说法中正确的是 (1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的 物理原理有（回答三个即可）： 空 ① ② 纠错空间 治炼 电好 尼摆 硅钠片 ③ A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属 (2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻 的装置 璃锅的原因是 B.家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定 电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原 磁场产生的 因是 C.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍 8.如图甲为电磁炉的原理，它利用高频的 其运动 电流通过环形线圈，从而产生无数封闭 磁感线，当磁感线通过导磁性材料（如 D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片 铁质锅)的底部，而底部可看作由无数 叠成能减小涡流 个导体圆环构成，当穿过圆环的磁通量 7.在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主 发生变化时，圆环上就产生感应电流， 妇非常青睐的炊具.利用以下材料并结 即小涡流（一种交变电流，家用电磁炉 合已学习的电磁学知识分析、讨论相关 使用的是15~30kHz的高频电流).它 问题 和普通电流一样要放出焦耳热，会使锅 体本身自行高速发热，然后再加热锅内 方法总结 电磁炉 食物。 线网 磁感线 锅具 微品玻璃 如图是描述电磁炉工作原理的示意图. 发热线阁 电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流 向形磁条 塑料托盘 通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的 大小和方向是随电流不断变化的，这个 (1)为什么锅体必须是导磁性材料？ 变化的磁场又会使放在电磁炉上面的 (2)如图乙所示为某品牌电磁炉的结构 铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由 示意图.电磁炉是根据涡流原理给锅加 于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅 热的，调查研究电磁炉与一般烹饪炉具 底产生热效应，这些热能便能起到加热 比较具有哪些优点？（写出两条即可） 食物的作用 因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利 用电流的热效应产生热量，所以不是所 有的锅或器具都适用.适合放在电磁炉 上烹任的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、 平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、耐热玻 璃锅、铝锅、铜锅等 综合以上材料分析下列问题： ·21· 巴物理 选择性必修第二册 [能力提升] 原位置的水平距离x=3.6m,小磁铁 9.(多选)如图所示，在 ○ N S 穿过铝环后的运动可看作平抛运动 光滑水平面上固定一 (g取10m/s2) 纠错空间 条形磁铁，有一小球以一定的初速度向 磁铁方向运动，如果发现小球做减速运 动，则小球的材料可能是 ( A.铁 B.木 C.铜 D.铝 10.在水平面上放 77ni777n7n077 (1)在磁铁与铝环发生相互作用时，铝 置两个完全相 环向哪边偏？ 同的带中心轴 (2)若铝环在磁铁穿过后速度为v= 的金属圆盘，它们彼此用导线把中心 2m/s,则在磁铁穿过铝环的整个过程 轴和对方圆盘的边缘相连接，组成电 路如图所示，一匀强磁场穿过两圆盘 中，环中产生了多少电能？ 垂直向外，若不计一切摩擦，当a盘在 外力作用下做逆时针转动时，圆盘b ) A.沿与a盘相同的方向转动 B.沿与a盘相反的方向转动 方法总结 C.转动的角速度一定大于a盘的角 速度 13.如图所示，光滑弧形 轨道和一足够长的 D.转动的角速度可能等于a盘的角 光滑水平轨道相连， 速度 11.如图所示，矩 水平轨道上方有一足够长的金属杆， 杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨 形线圈放置在 道上高为h的地方，无初速度释放一 水平薄木板 磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨 上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极 道时恰好沿螺线管A的中心轴运动， 之间的距离相等，当两块磁铁匀速向 设A、B的质量分别为M、m,若最终 右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么 A、B速度分别为vA、℃g.则： 线圈受到木板的摩擦力方向是( (1)螺线管A将向哪个方向运动？ A,先向左，后向右 (2)全过程中整个电路所消耗的电能 B.先向左、后向右、再向左 是多少？ C.一直向右 D.一直向左 12.如图所示，质量m=100g的铝环用细 线悬挂起来，环中央距地面高度h= 0.8m,有一质量为M=200g的小磁 铁（长度可忽略）以，=10m/s的水平 速度射入并穿过铝环，落地点距铝环 ·22·巴物理 选择性必修第二册 圆闭合回路进入磁场一半时，等效长度最大为Q,这时 又：s1十sn+sm=2d 感应电动势最大E=Bav,C正确；由法拉第电磁感应定 gd 联立可得：6 律可得感应电动势平均值E= △t 2a 答案：(1)4dmg (2)2g gLv。 受 子BaD,故D正确.] 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 1,D[线图中的电流做周期性的变化，在附近的导体中产 12.解析：(1)设线圈在位置I时，穿过它的磁通量为中，，线 生感应电流，从而在导体中产生大量的热，涡流现象也 图在位置Ⅱ时，穿过它的磁通量为西，有：西= 是电磁感应；而交流电的频率越大，产生的热量越多，故 BSsin30°=1×10-2Wb, D正确，A、B、C错误.] p2=2×10Wb, 2.AC[块状金属在磁场中运动，金属块内形成涡流，涡流 得：△0=中2-电，=1×102Wb 又形成磁场，反过来与外部磁场相互作用，从而阻碍了 根据电磁感应定律可得：E=A”=1X10 -V=1V △t0.01 金属块的运动，故A正确；变压器的铁芯不用整块的硅 (2)将具有感应电动势的线图等效为电源，其外电路的 钢铁芯用相互绝缘的薄硅钢片叠合而成，其目的是减小 总电阻为：R=R十R=2n 涡流，B错误；高噸焊接利用高频交变电流产生高频交变 2 磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，即利用涡 根据闭合电路欧姆定律得总电流为： 流工作，C正确；线圈中加入铁芯，是为了增强线圈的磁 1R平，-2+A=0.5A 通量，与涡流无关，D错误.] 3,B[当通恒定电流时，钢管对导线没有阻碍作用，当通 通进各电凰的电流均为：-1-0.25A 入交流电时，若分开套，则由于磁场的变化，导致钢管中 答案：(1)1V(2)0.25A 产生涡流，有能源损耗.若甲图通交流电，由于变化的电 13.解析：(1)ab在磁场区减运动时，产生的感应电动势大 流产生变化的磁场，则每根铜管中都产生涡流：导致能 小为：e=BL。① 源损耗较大。若乙图通交流电，由于两根导线一根是火 金属板间产生的场强大小为：E=后 ② 线，一根是零线，它们的电流方向是相反的，故相互排 斥，但工程上可以将其在一根管内做好绝缘隔离，问题 ab在I磁场区战运动时，带电小球匀速运动，有mg= 在于由交流电产生的涡电流：由于两根导线方向相反， ③ 所以如果它们相互足够靠近，则它们在周围的每一点上 联立①②③得：B=4dmg ④ qLvo 产生大小几乎相等，方向相反的感应电流.这样能使涡 (2)ab在Ⅱ磁场区域运动时，设小球的加速度a,依题 流强度减弱到很小，若甲、乙两图通恒定电流，则都产生 意，有 恒定的磁场，恒定的磁场不产生电场，因此不产生涡流， gE+mg=ma ⑤ 没有能量攒耗.图此B正确，A、C、D错误.] 联立③⑤得：a=2g⑤ 4,C[金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产防止 (3)依题意：b分别在I、Ⅱ、Ⅲ磁场区城运动时，小球 细小的砂石颗粒混入食品中，故A错误：金属探测器探 在电场中分别做匀速、类平抛和匀速运动，设发生的竖 测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误，C正确：探 直分位移分别为s、s日、5m:ab进入Ⅲ磁场区城时，小 测过程中工作时金属探测器应与被测物体相对运动，相 球的竖直分速度为■，则： 对静止时无法得出探测效果，故D错误.] 5s1=0 ⑦ 5,ABC[根据楞次定律得知：感应电流的磁场总是要阻 =2·2g(4) 1 碍引起感应电流的磁通量的变化，故涡流的磁场总是要 ⑧ 阻碍穿过工件磁通量的变化，故A正确，感应电流的频 ⊙ 率与原电流的频率是相同的，涡流的频率等于通入线圈 的交流电频率，故B正确：因为线图交流电是周期性变 %-2g~号 0 化的，故在工件中引起的涡流也是周期性变化的，可知 ·58· 参考答案 课时作业乡 通电线园和待测工件间存在周期性变化的作用力，故C9.CD[铁球被磁化后受到引力微加遠运动，故A项错 正确：电磁感应只能发生在金属物体上，故待测工件只 误，磁场对木球无任何作用，木球做匀速运动，故B项错 能是金属制品，故D错误，门 误，铜、铝是金属的，金属小球可看作由许多线图构成， 6.ACD[用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线 在向磁铁方向运动过程中，由于条形磁铁周围的磁场是 圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡 非匀强磁场，穿过金属线图中的磁通量会发生改变，它 流产生的热量使金属熔化，所以A正确：家用电磁炉通 们会产生感应电流，根据楞次定律的推论“来拒去留”， 的是交流电，交流电产生的是变化的磁场，不是恒定的 它们的速度会减小，故C、D正确.] 难场，故B错误；阻尼摆的金属盘以一定相对速度旋转 10.B[金属盘可看作由多根金属辐条组成，a盘在外力作 掠过磁场时在金属盘内会产生感应电动势从而产生感 用下逆时针转动时，國盘切割磁感线，由右手定则可 应电流，因金属盘有电阻，电流做功，消耗机械能，因此 知，电动势方向由圆心到圆盘a边缘通过导线和圆盘b 产生阻碍金属盘旋转的阻尼作用，故C正确；用绝缘的 组成闭合电路，而b盘在安培力作用下顺时针转动，园 难钢片做铗芯，是为了减小涡流，减小能量损失，所以D 盘a产生的电能一部分转化为b的动能，另一部分转化 正确.] 为两个圆盘的内能，故圆盘b的角速度应小于圆盘a的 7.解析：(1)①电流的磁效应（或电生磁）；②电磁感应现象 角速度，B正确，A、C、D错误.] (或磁生电)：③电流的热效应（或焦耳定律）.(2)陶瓷和 11.D[根据楞次定律的“阻碍变化”知“来拒去留”，当两 玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象：铝、铜的导磁性 磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动 太差，数率低 的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线围要 答案：见解析 阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方 8.解析：(1)由于非导磁性材料不能有效会聚磁感线，几乎 向仍是向左的，故选项D正确.] 不能形成涡流，所以基本上不加热；另外，导电能力特别 12.解析：(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环 差的磁性材科由于其电阻奉太高，产生的涡流电流也很 向右偏（阻碍相对运动）. 小，也不能很好地产生热量，所以，电磁炉使用的锅体材 (2)在磁铁穿过铝环后落地的过程中，由平抛运动规 料导电性能相对较好，一般采用铁磁性材料的金属或者 律有 合金以及它们的复合体，一般采用的锅有：铸造铁锅、生 铁锅、不锈钢锅。纯不轿铁锅材料由于其导磁性能非常 I=vt 低，所以在电磁炉上并不能正常工作.(2)①热效率高 得磁铁穿过铝环后的速度=9m/s. 由于电磁炉是通过祸流而使锅体发热的，它不存在热量 由能量守恒定律可得 再传导或辐射的过程，也就诚少了传导和辐射过程中的 热量损耗，热效率较高.一般电炉的热效率为50%，煤气 Q=2M-合Mo-合md2=1.7J 灶的热效率为40%，而电磁炉的热效应可达80%.②控 答案：(1)右偏(2)1.7J 温准确.电磁炉能方便而准确地根据用户的要求控制发 13.解析：(1)磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流， 热功率及烹调温度，热惯性小，断电即断磁，也就不再发 感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动， 热，而且使锅内温度分布均匀，烹调效果好.③安全可 (2)全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能 靠，由于电磁炉使用时不产生明火，再加上电磁炉本身 和螺线管中的电能，所以mgh=名M十之m听十E。 不发热，并且又附有多种自动保护功能，因此使用时，不 会发生烫伤事故，也不会引起火突、爆炸、中毒等事故 卑E。=mgh-(合M+合md) ④清洁卫生.由于电磁炉无明火，无烟，不会产生有害气 体污染空气，还能保持锅体和电磁炉清洁，由于电磁炉 答案：a向右(2)mg-(宁M城+是m) 面板为微品玻璃制成，即使食物溢出也不会焦湖，如有 第4节互感和自感 污物很容易擦净.⑤使用方便，电磁炉体积小，重量轻， 1,AC[迅速断开开关S时，线图中电流开始减小，磁通量 操作简单，一目了然，可随意搬动，便于携带，可以作为 开始减小产生自感电动势，阻碍电流的减小，则线圈中 外出旅游之用，也可以放在餐桌上使用， 电流I1逐渐减小为零，故A正确.迅速断开开关S时， 答案：见解析 线图产生自感电动势，相当于电源，小灯泡不会立即熄 ·59·