2023年新教材高中物理2.3涡流电磁阻尼和电磁驱动基础练新人教版选择性必修第二册

2.3 涡流　电磁阻尼和电磁驱动

一、选择题(本题共8小题，每题6分，共48分)

1．(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是(　AD　)

A．探测器内的探测线圈会产生变化磁场

B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到

C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流

D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流

解析：探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。选AD。

2．下列应用哪些与涡流无关(　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电流，不同于涡流，D错误。

3．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(　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，故选D。

4．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(　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。

5．如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，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(　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．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌，为了有效隔离外界震动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(　 A　)

解析：施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动、左右振动时，通过它的磁通量可能不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是A。

7．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(　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。

8．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，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是(　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。

二、非选择题

9．(12分)如图所示，用手转动铝框abcd，使它在磁铁的两极之间旋转。试分析图示位置时ab和cd两条边中感应电流的方向和这两条边所受安培力的方向。松开手后，铝框的转速会有什么变化？(摩擦和空气阻力可以忽略)

解析：从外向里看时，假设铝框顺时针转动，则ab边向上切割磁感线，cd边向下切割磁感线。由右手定则可判知电流方向为abcda，再由左手定则判知，ab边受安培力向下，cd边受安培力向上，两边所受安培力都阻碍铝框的转动。若铝框逆时针转动，则电流方向为adcba，ab边受安培力向上，cd边受安培力向下。松手后，由于安培力的阻碍作用，转速会逐渐减小。