1、涡流、 电磁阻尼和电磁驱 动基 础 夯 实 一、选 择题(15 题 为单 选题，6 题 为多 选题) 1 下 列应 用哪 些与 涡流 无 关 导学号 09152154 ( D ) A 高 频感 应冶 炼炉 B 汽 车的 电磁 式速 度表 C 家 用电 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 解析： 真空 冶炼 炉， 炉外 线圈通 入交 变电 流， 炉内 的金属 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； 家用电 表( 转盘 式)的 转盘 中有涡 流产 生 ； 闭合线 圈在 磁场 中转 动产 生感应
2、 电流 ，不 同于 涡流 ，D 错 误。 2 ( 安徵 铜 陵 一中 2015 2016 学 年高 二下 学期 期中) 如图所 示是 一种 冶炼 金属 的感应 炉 的示意 图， 此种 感应 炉应 接怎样 的电 源 导学号 09152155 ( D ) A 直 流低 压 B直 流高 压 C 低 频交 流电 D高 频交 流电 解析 ： 线 圈中 的电流 做周 期性的 变化 ， 在附近 的导 体中产 生感 应电 流， 从而 在导体 中 产 生大量 的热 ， 涡 流现 象也 是电磁 感应 ； 而 交流 电的 频率越 大， 产生 的感 应电 流越大 ， 产 生的 热量越 多， 故D 正确 ，ABC 错误
3、 ，故 选D 。 3 ( 湖南 长沙 市2014 2015 学年 高二 下学 期检 测) 将 一个闭 合金 属环 用绝 缘丝 线悬于 O 点， 如 图所 示， 虚线 左边 有垂直 于纸 面向 外的 匀强 磁场， 而右 边没 有磁 场， 将小球 拉至 图示 位置释 放后 导学号 09152156 ( C ) A 金 属环 的摆 动不 会停 下 来，一 直做 等幅 摆动 B 金 属环 的摆 动幅 度越 来 越小， 小到 某一 数值 后做 等幅摆 动 C 金 属环 的摆 动最 终会 停 下来 D 金 属环 最终 停止 在初 始 释放位 置 解析 ： 当 金属 环进入 或离 开磁场 区域 时磁 通量
4、发生 变化 ， 会 产生 感应电 流 ， 从而阻 碍线 圈运动 ， 即有 机械 能通 过 安培力 做负 功转 化为 内能 ； 所 以环 最终 静止 ， 故ABD 错误 ，C 正确 。 4 (北 京四 中2014 2015 学年高 二上 学期 期末)物 理 课上， 老师 做了 一个 奇妙 的 “跳环 实验 ” 。 如图 所示 ， 她把 一个带 铁芯 的线 圈 L 、 开 关 S 和 电源 用导 线连 接起 来后 ， 将 一金 属 套环置 于线 圈L 上， 且使 铁芯穿 过套 环。 闭合 开关S 的瞬 间， 套环 立刻 跳起。 某同学 另找 来 器材再 探究 此实 验。 他连 接好电 路， 经重
5、复试 验， 线圈上 的套 环均 末动 。 对 比老师 演示 的实 验，下 列四 个选 项中 ，导 致套环 未动 的原 因可 能是 导学号 09152157 ( D ) A 线 圈接 在了 直流 电源 上 B 电 源电 压过 高 C 所 选线 圈的 匝数 过多 D 所 用套 环的 材料 与老 师 的不同 解析： 闭合 开关 瞬 间 ， 只 要套环 产生 感应 电流 ， 套 环就会 跳起 。 套 环未 动， 可能是 绝缘 材料制 成的 ，不 能产 生感 应电流 ，选 项D 有可 能。 5 (昌 乐二 中2014 2015 学年高 二下 学期 检测)如 图 所示， 在光 滑水 平桌 面上 放一条 形
6、 磁铁 ， 分 别将 大小相 同的 铁球 、 铝 球和 木球放 在磁 铁的一 端且 给它 一个 初速 度， 让其 向磁 铁 滚去， 观察 小球 的运 动情 况 导学号 09152158 ( C ) A 都 做匀 速运 动 B 铁 球、 铝球 都做 减速 运 动 C 铁 球做 加速 运动 ，铝 球 做减速 运动 D 铝 球、 木球 做匀 速运 动 解析： 铁球 靠近 磁铁 时被 磁 化， 与 磁铁 之间 产生 相互 吸 引 的作 用力 ， 故 铁球 将加 速 运动； 铝球向 磁铁 靠近 时， 穿过 它的磁 通量 发生 变化 ， 因 此在其 内部 产生 涡流 ， 涡 流产生 的感 应 磁场对原 磁
7、场 的变 化起 阻碍 作用 ， 所 以铝 球向磁 铁运 动时会 受阻 碍而 减速 ； 木 球为非 金属 ， 既 不能被 磁化 ， 也 不产 生涡 流现象 ， 所 以磁 铁对 木球 不产生 力的 作用 ， 木 球将 做匀速 运动 。 综 上所述 ，C 项正 确。 6. 如图所 示， 蹄形磁 铁和 矩形线圈 均可 绕竖直 轴 OO 转动。 从上 向下看 ，当 磁铁逆 时 针转动 时， 则 导学号 09152159 ( BC ) A 线 圈将 逆时 针转 动， 转 速与磁 铁相 同 B 线 圈将 逆时 针转 动， 转 速比磁 铁小 C 线 圈转 动时 将产 生变 化 的电流 D 线 圈转 动时 感应
8、 电流 的 方向始 终 是abcda 解析 ： 当 磁铁 逆时针 转动 时， 相当 于磁 铁不动 而线 圈顺时 针旋 转切 割磁 感线 ， 线 圈中 产 生变化 的电 流 ， 故C 对，D 错； 由楞 次定 律的 推广 含 义可知 ， 线圈 将与 磁极 同 向转动 ， 但转 动的角 速度 一定 小于 磁铁 转动的 角速 度。 故A 错，B 对。 二、非 选择 题 7 如 图所 示， 一狭 长的 铜 片能 绕 O 点 在纸 平面 内摆 动， 有界 磁场 的方向 垂直 纸面向 里， 铜片在 摆动 时受 到较 强的 阻尼作 用 ， 很 快就停 止摆 动。 如果 在铜 片上开 几个 长缝 ， 铜 片可
9、 以 在磁场 中摆 动较 多的 次数 后才停 止摆 动， 这是 为什 么？ 导学号 09152160 解析 ： 没 有开 长缝的 铜片 在磁场 中摆 动时 ， 铜 片内 将产生 较大 的涡 流， 涡流 在磁场 中 所 受的安 培力 总是 阻碍 铜片 的摆动 ，因 此铜 片很 快就 停止摆 动。 如果 在铜 片上 开有多 条长 缝 ， 就可以 把涡 流限 制在 缝与 缝之间 的各 部分 铜片 上， 较大地 削弱 了涡 流， 阻力 随之减 小 ， 所 以 铜片可 以摆 动多 次后 才停 止摆动 。 能 力 提 升 一、选 择题(13 题 为单 选题，46 题 为多 选题) 1 ( 广州2014 2
10、015 学 年 高二检 测) 如图 所示 ， 上 下 开口 、 内 壁光 滑的铜 管 P 和塑料 管 Q 竖 直 放 置 。 小 磁 块 先 后 在 两 管 中 从 相 同 高 度 处 由 静 止 释 放 ， 并 落 至 底 部 。 则 小 磁 块导学号 09152161 ( C ) A 在P 和Q 中 都做 自由 落 体运动 B 在 两个 下落 过程 中的 机 械能都 守恒 C 在P 中 的下 落时 间比 在 Q 中 的长 D 落 至底 部时 在 P 中的 速 度比 在Q 中 的大 解析 ： 小 磁块 在内壁 光滑 的塑料 管 Q 中 ， 从高 处由 静止释 放做 自由 落体 运动 ， 机
11、械能 守 恒； 小磁 块在 内壁光 滑的 铜管 P 中 ， 则 会产生 电磁 阻尼阻 碍小 磁块 的运 动， 相比 Q 中自 由 落 体运动 时间 要长 ，C 项正 确、A 项 错误 ；由于 电磁 阻尼产 生焦 耳热 ，机 械能 不守恒 ，B 项错 误；由 于机 械能 有损 失， 落至底 部时 在P 中的 速度 比在 Q 中的 小，D 项 错误 。 2 ( 盐城2014 2015 学 年 高二检 测) 如图 所示 ， 矩 形 线圈放 置在 水平 薄木 板上 ， 有 两块 相同的 蹄形 磁铁 ， 四 个磁 极之间 的距 离两 两相 等， 当两块 蹄形 磁铁 匀速 向右 运动时 ， 线圈 仍 静止
12、不 动， 那么 线圈 受到 木板的 摩擦 力方 向是 导学号 09152162 ( D ) A 先 向左 、后 向右 B先 向左 、后 向右 、再 向 左 C 一 直向 右 D一 直向 左 解析： 当两 蹄形 磁铁 靠近 线圈时 ， 线 圈要 阻碍 其靠 近， 线 圈有 向右 移动 的趋 势， 受 木板 的摩擦 力方 向向 左， 当蹄 形磁铁 远离 时， 线圈 要阻 碍其远 离， 仍有 向右 移动 的趋势 ， 受 木板 的摩擦 力方 向仍 是向 左的 ，选 项 D 正 确。 3 (广 东省 实验 中学 2014 2015 学 年高 二下 学期 期 中)如 图所 示， 一 圆形 闭合 铜环由 高
13、 处从静 止开 始下 落， 穿过 一根竖 直悬 挂的 条形 磁铁( 质量 为m)， 铜环 的中 心轴 线与条 形磁 铁 的 中 轴 始 终 保 持 重 合 ， 则 悬 挂 磁 铁 的 绳 子 中 拉 力 F 随 时 间 t 变 化 的 图 象 可 能 是 导学号 09152163 ( B ) 解析： 铜环 闭合 ， 铜 环在 下落 过 程中 ， 穿 过铜 环的 磁通量 不断 变化 ， 铜 环中 产生感 应电 流； 由 楞次 定律 可知 ， 感 应电流 总是 阻碍 磁体 间的 相对运 动， 当铜 环在 磁铁 上方时 ， 感 应电 流阻碍 铜环 靠近 磁铁 ， 给 铜环一 个向 上的 安培 力，
14、因此拉 力大 于重 力； 当铜 环位于 磁铁 下 方 时， 铜环 要远 离磁铁 ， 感 应电流 阻碍 铜环 的远 离对 铜环施 加一 个向 上的 安培 力， 则拉 力大 于 重力； 当铜 环处 于磁 铁中 部时， 磁通 量不 变， 则没 有感应 电流 ， 没 有安 培阻 力， 因 此拉 力等 于重力 ， 故ACD 错误 ，B 正确， 故 选B。 4 (潍 坊一 中2014 2015 学年高 二下 学期 检测)如 图 所示， 在线 圈上 端放 置一 盛有冷 水 的金属 杯， 现接 通 交 流电 源， 过 了几 分钟 ， 杯 内的 水沸腾 起来 。 若 要缩 短上 述加热 时间 ， 下 列措施 可
15、行 的有 导学号 09152164 ( AB ) A 增 加线 圈的 匝数 B提 高交 流电 源的 频率 C 将 金属 杯换 为瓷 杯 D取 走线 圈中 的铁 芯 解析 ： 交 变电 流在铁 芯中 产生交 变磁 场 ， 金属 杯会 产生感 应电 流而 发热 ， 从 而使杯 内 水 沸腾。 增加 线圈 的匝 数和 提高交 流电 源的 频率 都可 以增大 金属 杯产 生的 电流 ， 可缩 短加 热时 间， 选 项A 、B 正 确； 将金 属杯换 成瓷 杯， 变化 磁场 不能使 它产 生电 流， 也就 不能使 水加 热， 选项C 错误 ； 取 走线 圈中 的铁芯 ， 会 减小 周围 的磁 场， 金
16、属杯 产生 的电 流会 减小， 从而 增加 加热的 时间 ，选 项D 错误 。 5 如图 所示， 磁电式 仪表 的线圈通 常是 用铝框 做骨 架，把线 圈绕 在铝框 上， 这样做 的 目的是 导学号 09152165 ( BC ) A 防 止涡 流而 设计 的 B利 用涡 流而 设计 的 C 起 电磁 阻尼 的作 用 D起 电磁 驱动 的作 用 解析： 线圈 通电 后在 安培 力作用 下发 生转 动， 铝框 随之转 动， 在铝 框内 产生 涡流。 涡流将阻碍 线圈 的转 动， 使线 圈偏转 后尽 快停 下来 ， 这 样做是 利用 涡流 来起 电磁 阻尼的 作用 。 铝 相比其 他金 属电 阻率
17、 小， 产生的 涡流 大。 另外 ， 铝 的密度 小， 相同 大 小 的骨 架惯性 小， 运动 状态容 易改 变。 故选 项 B 、C 正 确。 6 某输 电线路 横穿公 路时 ，要在地 下埋 线通过 ，为 了保护线 路不 至于被 压坏 ，预先 铺 设结实 的过 路钢 管， 再让 输电线 从钢 管中 穿过 ， 电 线穿管 的方 案有 两种 ， 甲 方案是 铺设 两 根 钢管 ， 两 条输 电线分 别从 两根钢 管中 穿过 ， 乙 方案 是只铺 设一 根钢 管， 两条 输电线 都从 这 一 根 钢 管 中 穿 过 ， 如 果 输 电 导 线 输 送 的 电 流 很 强 大 ， 那 么 ， 以 下
18、 说 法 正 确 的 是 导学号 09152166 ( BC ) A 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 B 若 输送 的电 流是 恒定 电 流，甲 乙 两 方案 都是 可行 的 C 若 输送 的电 流是 交变 电 流，乙 方案 是可 行的 ，甲 方案是 不可 行的 D 若 输送 的电 流是 交变 电 流，甲 方案 是可 行的 ，乙 方案是 不可 行的 解析： 输电 线周 围存 在磁 场， 交 变电 流产 生变 化的 磁场， 可在 金属 管中 产生 涡流， 当输 电线上 电流 很大 时， 强大 的涡流 有可 能将 金属 管融 化，造 成事 故
19、。 所以 甲方 案是不 可行 的 。 在乙方 案中 ，两 条导 线中 的电流 方向 相反 ，产 生的 磁场互 相抵 消， 金属 管中 不会产 生涡 流 ， 是可行 的， 此题 类似 于课 本中提 到的 “双 线并 绕 ” 。 二、非 选择 题 7 在 质量 为 M1kg 的 小 车上竖 直固 定着 一个 质量 m0.2kg、高 h 0.05m 、 总电阻 R 100 、n 100 匝 的矩 形 线圈， 且小 车与 线圈 的水 平长 度 l 相 同。 现在 线圈 和小车 一起 在 光滑的 水平 面上 运动 ，速 度为 v1 10m/s ，随 后穿 过 与线圈 平面 垂直 的磁 感应 强度 B1.
20、0T 的水平 有界 匀强 磁场 ， 方 向垂直 纸面 向里 ， 如 图甲 所示。 已知 小车( 包括 线圈) 运动 的速 度v 随小车 的位 移x 变化 的 v x 图 象如 图乙 所示 。求 ： 导学号 09152167 (1)小 车的 水平 长度l 和 磁 场的宽 度d 。 (2)当 小车 的位 移 x 10cm 时，线 圈中 的电 流大 小 I 以及此 时小 车的 加速 度 a 。 (3)线 圈和 小车 通过 磁场 的 过程中 线圈 电阻 产生 的热 量Q。 答案：(1)10cm 25cm (2)0.4A 1.67m/s 2 ， 方向 水 平向左 (3)57.6J 解析：(1) 由题 图
21、可 知， 从x5cm 开 始， 线 圈进 入磁 场， 线 圈中 有感 应电 流， 受安培 力 作用， 小车 做减 速运 动， 速度 v 随位 移x 减小 ， 当x 15cm 时， 线圈 完全 进入 磁场， 线圈 中 感应电 流消 失， 小车 做匀 速运动 ，因 此小 车的 水平 长度 l 10cm 。 当 x30cm 时， 线圈 开始 离开磁 场， 则 d 30cm 5cm 25cm 。 (2)当 x 10cm 时 ，由 图象 可知， 线圈 右边 切割 磁感 线的速 度 v2 8m/s ， 由闭 合电路 欧 姆定律 得线 圈中 的电 流 I nBhv2 R 1001 .0 0.05 8 100 0.4A ， 此时线 圈所 受安 培 力 FnBIh 2N ， 小车的 加速 度a F Mm 1.67m/s 2 ， 方向水 平向 左。 (3)由 图象 可知 ，线 圈左 边 离开磁 场时 ，小 车的 速度 为 v3 2m/s 。 线圈 进入 磁 场和离 开 磁场时 ，克 服安 培力 做功 ，线圈 的动 能减 小， 转化 成电能 ，在 线圈 上产 生电 热。 线圈电 阻产 生的 热量 Q 1 2 (Mm)v 2 1 1 2 (Mm)v 2 3 57.6J 。
