2016-2017学年高二物理人教版选修3-2（第4-7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动） Word版含解析

2016-2017学年高二物理人教版选修3-2（第4-7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动） Word版含解析

绝密★启用前 人教版选修3-2 第7课时 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1．下列应用与涡流有关的是(　　)‎ A．高频感应冶炼炉 B．汽车的电磁式速度表 C．家用转盘式电度表 D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流 ‎ ‎ ‎2．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)，现给一个初速度让铜盘转动，下面对观察到的现象描述及解释正确的是(　　)‎ 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 ‎ ‎ ‎3．如图所示，abcd是一小金属块，用一根绝缘细杆挂在固定点O，使金属块绕竖直线OO′来回摆动，穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟纸面垂直，若摩擦和空气阻力均不计，则(　　)‎ A．金属块进入或离开磁场区域时，都会产生感应电流 B．金属块完全进入磁场区域后，金属块中无感应电流 C．金属块开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小 D．金属块摆动过程中，机械能会完全转化为金属块中产生的电能 ‎ ‎ ‎4．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2。其下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线(图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是 (　　)‎ A．mgb　　　　　　　 B．mv2＋mgb C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2‎ ‎ ‎ ‎5．如图所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2，则它们的大小关系正确的是(　　)‎ A．t1＞t2，v1＞v2‎ B．t1＝t2，v1＝v2‎ C．t1＜t2，v1＜v2‎ D．t1＜t2，v1＞v2 ‎ ‎ ‎ ‎6．如图所示是著名物理学家费曼设计的一个实验，在一块绝缘板中部安装一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，将整个装置悬挂起来，当接通开关瞬间，整个圆盘将(　　)‎ A．顺时针转动一下 B．逆时针转动一下 C．顺时针不断转动 D．逆时针不断转动 ‎ ‎ ‎7．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度，两个相同的磁性小球同时从A、B管上端管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面，下列对于两管的描述中可能正确的是(　　)‎ A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的 B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的 C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的 D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的 ‎ ‎ ‎8．如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中，线圈ab将(　　)‎ A．静止不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动方向 ‎ ‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．如图所示，是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端O点在竖直面内转动，一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面。如果两个相同的摆，其中一个摆锤做成梳齿状，使摆从同一位置释放， 会摆动较长的时间，原因为 。‎ ‎ ‎ ‎10．如图是高频焊接原理示意图，我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的。线圈中通以高频交流电时，电流频率越 （填“大”或“小”），焊接的越快；焊接处的电阻 （填“大”或“小”），焊接的越快。‎ ‎ ‎ ‎11．如图所示，用丝线将一个闭合金属环悬于O点，虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来，试解释这一现象。若整个空间都有垂直于纸面向外的匀强磁场，会有这种现象吗？‎ ‎ ‎ ‎12．如图所示，质量为m＝100 g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8 m，有一质量为M＝200 g的小磁铁(长度可忽略)，以10 m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看成平抛运动)：‎ ‎(1)铝环向哪边偏斜？‎ ‎(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g＝10 m/s2)‎ 人教版选修3-2 第7课时 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 参考答案与解析 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1． ‎ ‎【答案】ABC ‎【解析】真空冶炼炉，炉外线圈通入交变电流，炉内金属中产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用转盘式电表的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，D选项错误。‎ ‎2． ‎ ‎【答案】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C对，A、B、D错。‎ ‎3． ‎ ‎【答案】ABC ‎【解析】在小金属块进入或离开磁场时有感应电流产生，完全进入磁场后无感应电流，故可知小金属块最终将做一个等幅摆动，选项ABC正确，D错误。‎ ‎4．‎ ‎【答案】D ‎【解析】金属块运动过程中，机械能转化为内能。要注意分析金属块的最终运动状态，以便计算金属块总共损失的机械能，金属块在进出磁场过程中要产生感应电流，机械能要减少，上升的最大高度不断降低，最后刚好滑不出磁场后，就往复运动永不停止。根据能量转化与守恒，整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失，即Q＝ΔE＝mv2＋mg(b－a)，故正确答案为D。‎ ‎5． ‎ ‎【答案】D ‎【解析】开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故a＜g。所以t1＜t2，v1＞v2。选项D正确。‎ ‎6． ‎ ‎【答案】A ‎【解析】开关接通瞬间，穿过带电小球所在空间向下的磁通量突然增加，由楞次定律知，在带电小球所处空间将产生逆时针方向(从上往下看)的电动势(确切讲，应为逆时针方向电场)，从而使带负电小球受到顺时针方向作用力，由于该变化是瞬间的，故选项A正确。‎ ‎7． ‎ ‎【答案】AD ‎【解析】磁性小球通过金属圆管过程中，将圆管看成由许多金属圆环组成，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，据楞次定律，该电流阻碍小球的下落，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流，小球仍做自由落体运动，穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少，故可能的为A、D。‎ ‎8． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】电源极性的不同接法，只是使两磁极之间的磁场方向不同。若电源的正极在右端，则磁场方向水平向左，反之水平向右。P向右端滑动时，变阻器的阻值减小，电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，所以线圈的转动方向应该是使线圈的磁通量减小，由此可见，线圈将绕O轴顺时针方向转动，选项B正确。‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．‎ ‎【答案】梳齿状的摆 涡流减小 ‎【解答】阻尼摆进入有界磁场后，在摆中会形成涡流，受磁场的阻碍作用，会很快停下来；如果将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间。‎ ‎10．‎ ‎【答案】大 大 ‎【解答】线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流。交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快。根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大，而放出的热量与电流的平方成正比，与通电导体的电阻成正比，而焊接处电阻较大产生的热量更多，所以交变电流的频率越高，焊缝处放出的热量越多。‎ ‎11．‎ ‎【解答】只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时(无论是进入还是穿出)，由于磁通量发生变化，环内一定有感应电流产生。根据楞次定律，感应电流将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。还可以用能量守恒来解释：有电流产生，就一定有机械能向电能转化，摆的机械能将不断减小。若空间都有匀强磁场，穿过金属环的磁通量不变化，无感应电流，不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来。‎ ‎12．‎ ‎【答案】(1)铝环向右偏　(2)1.7 J ‎【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)由能量守恒可得：由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的速度 v＝m/s＝9 m/s W电＝M－Mv2－mv′2＝1.7 J