2020-2021学年高中物理选修3-2-课时提升卷(六)--第四章--7.docx

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课时提升卷（六）
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
（40分钟　50分）
一、选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分）
1.（多选）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.某磁场磁感线如图所示，有铜盘自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，铜盘中的涡流方向是（　　）

A.始终顺时针　　　　　　　B.始终逆时针
C.先顺时针再逆时针 D.先逆时针再顺时针
3.如图所示，在O点正下方有一个具有抱负边界的磁场，磁场宽度大于球的直径。铜球在A点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（　　）

A.A、B两点在同一水平线上
B.A点高于B点
C.A点低于B点
D.铜环做等幅摇摆
4.（多选）如图所示，在水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑弧形轨道，一导体圆环自轨道右侧的P点无初速度滑下，下列推断正确的是（　　）

A.圆环中将有感应电流产生
B.圆环能滑到轨道左侧与P点等高处
C.圆环最终停到轨道最低点
D.圆环将会在轨道上永久滑动下去
二、非选择题（本题共2小题，共26分。需写出规范的解题步骤）
5.（12分）如图所示，质量为m=100g的铝环，用细线悬挂起来，环中心距地面高度h=0.8m，有一质量为M=200g的小磁铁（长度可忽视），以10m/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3.6m，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作平抛运动），求：

（1）铝环向哪边偏斜？
（2）若铝环在磁铁穿过后速度为2m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？（g=10m/s2）
6.（14分）（力气挑战题）（2021·徐州高二检测）在质量为M=1kg的小车上竖直固定着一个质量m=0.2kg、高h0.05m、总电阻R=100Ω、n=100匝的矩形线圈，且小车与线圈的水平长度l相同。现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B=1.0T的水平有界匀强磁场，方向垂直纸面对里，如图甲所示。已知小车运动（包括线圈）的速度v随车的位移s变化的v-s图像如图乙所示。求：

（1）小车的水平长度l和磁场的宽度d；
（2）当小车的位移s=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。

答案解析
1.【解析】选A、B、C。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，指针摇摆时，铝框骨架中产生涡流；家用电度表（转盘式）的转盘中有涡流产生；闭合线圈在匀强磁场中转动产生感应电流，不同于涡流，D错误。
2.【解析】选C。把铜盘从A至B的全过程分成两个阶段处理：第一阶段是铜盘从A位置下落到具有最大磁通量的位置O，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断增大，由楞次定律推断感应电流方向（自上向下看）是顺时针的；其次阶段是铜盘从具有最大磁通量位置O落到B位置，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断减小，由楞次定律推断感应电流方向（自上向下看）是逆时针的，故C选项正确。
3.【解题指南】电磁阻尼现象中要抓住两点：

（1）金属能够自身形成闭合回路，形成涡流；
（2）磁通量发生变化，有感应电流，阻碍相对运动。
【解析】选B。铜环进入磁场和出磁场的过程中，都有涡流产生，阻碍铜环的摇摆，从而有机械能转化为内能，A点高于B点，A、C错误，B正确；往复运动一段时间，由于铜环的一部分机械能转化为电能，其摇摆幅度渐渐减小，当铜环完全进入磁场后，铜环最终将在磁场中做等幅摇摆，D错误。
4.【解析】选A、C。由于导线中的电流的磁场离导线越远越弱，所以圆环运动时圈内磁通量发生变化，有感应电流产生，A正确；因圆环中有电能产生，机械能削减，圆环不能滑到轨道左侧与P点等高处，B错误；圆环来回滑动时，始终有电流产生，机械能始终减小，最终停在轨道最低点，C对，D错。
【变式备选】弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观看磁铁的振幅将会发觉（　　）

A.S闭合时振幅渐渐减小，S断开时振幅不变
B.S闭合时振幅渐渐增大，S断开时振幅不变
C.S闭合或断开，振幅变化相同
D.S闭合或断开，振幅都不发生变化
【解析】选A。S断开时，磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅渐渐减小，A正确。
5.【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）由磁铁穿过铝环后飞行的水平距离可求出穿过后的速度
v=xt=3.62hgm/s=9m/s
由能量守恒可得：
W电=12Mv02-12Mv2-12mv′2=1.7J。
答案：（1）向右偏斜（2）1.7J
【总结提升】涡流现象中两种不同的能量转化方式
（1）电磁阻尼中克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能；
（2）电磁驱动中由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能而对外做功。
6.【解析】（1）由题图可知，从s=5cm开头，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s减小，当s15cm时，线圈完全进入磁场，线圈中感应电流消逝，小车做匀速运动，因此小车的水平长度l=10cm。
当s=30cm时，线圈开头离开磁场，则
d=30cm-5 cm=25 cm。
（2）当s=10cm时，由图像可知，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=ER=nBhv2R=0.4A，
此时线圈所受安培力F=nBIh=2N，
小车的加速度a=FM+m=1.67m/s2，方向水平向左。
（3）由图像可知，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，线圈的动能削减，转化成电能，在线圈上产生电热。
线圈电阻产生的热量
Q=12（M+m）（v12-v32）=57.6J。
答案：（1）10cm　25cm
（2）0.4A　1.67m/s2，方向水平向左
（3）57.6J

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