高中物理 第四章 电磁感应 47 涡流、电磁阻尼和电磁驱动习题课件2高二选修32物理课件

由⑤⑥⑦式可得： P 2＝12BIl(v0＋v1)－I2r。
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内容(nèiróng)总结
第7节 涡流(wōliú)、电磁阻尼和电磁驱动
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v ＝12(v0＋v1)② 当导体棒的速度为 v 时，感应电动势的大小为：E＝ Blv③
导体棒中的平均感应电动势为： E ＝Bl v ④
综合②④式可得： E ＝12Bl(v0＋v1)⑤
导体棒中消耗的热功率为：P1＝I2r⑥
负载电阻上消耗的平均功率为： P 2＝ E I－P1⑦
不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和
负载电阻上消耗的平均功率。
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答案 12Bl(v0＋v1) 12BIl(v0＋v1)－I2r 解析 导体棒所受的安培力为：F＝BIl① 根据题意可知，该力的大小不变，导体棒做匀减速直 线运动，因此在导体棒的速度从 v0 减小到 v1 的过程中，平 均速度为：
A．铜盘转动将变慢
B．铜盘转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁的上下两端
的极性来决定
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解析 当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁 感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流受的安培 力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢。A 正确。
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7．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在 平面上，环 1 竖直放置，环 2 水平放置，均处于平面中间分 割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿 中间分割线向右运动时，下列说法中正确的是( )
A．两环都向右运动
B．两环都向左运动
C．环 1 静止，环 2 向右运动
炉上烹饪的器具有不锈钢锅、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。
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综合以上材料分析下列问题：
(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)： ①_电__流__的__磁__效__应__(_或__电__生__磁__)______________________； ②_电__磁__感__应__现__象__(_或__磁__生__电__)______________________； ③__电__流__的__热__效__应__(或__焦__耳__定__律__)____________________。
个通有交变电流的线圈，当线圈周围有金属物时，金属物中
会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使探测
器报警。设线圈中交变电流的大小为 I、频率为 f，要提高
探测器的灵敏度，可采取的措施是( )
A．增大 I
B．减小 f
C．增大 f
D．同时减小 I 和 f
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解析 增大线圈中交变电流 I 的大小和频率 f，可使金 属物中产生的涡流增大，从而提高探测器的灵敏度，选项 A、C 正确。
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4．如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈 abcd， 磁铁和线圈都可以绕 OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕 OO′轴转动，线圈的运动情况是( )
A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同 B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同 C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速 D．线圈静止不动
(3)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加 热作用吗？为什么？
解析 (3)能起到加热作用，因为线圈产生的磁场能穿 透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应 起到加热作用。
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12．(20 分)如图，一直导体棒质量为 m、长为 l、电阻
为 r，其两端放在位于水平面内间距也为 l 的光滑平行导轨
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解析 根据楞次定律，当圆环穿过磁铁的过程中，圆环 中产生感应电动势和感应电流，会阻碍圆环相对于磁铁的运 动，所以圆环向下运动的加速度小于重力加速度 g，所以圆 环下落的时间变长，即 t> 2gh，故 B 正确，A、C、D 错 误。
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(2) 电 磁 炉 的 锅 不 能 用 陶 瓷 锅 、 耐 热 玻 璃 锅 的 原 因 是 _陶__瓷__和__玻__璃__是__绝__缘__体__，__不__能__产__生__电__磁___感__应__现__象__________； 电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是 __铝__、__铜__的__导__磁__性__太__差__，__效__率__低________________________。
内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这
个磁场的大小和方向是随电流不断变化的，这个变化的磁场
又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电
流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，
这些热能便能起到加热物体的作用。
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
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A．沿与 a 盘相同的方向转动 B．沿与 a 盘相反的方向转动 C．转动的角速度可能大于 a 盘的角速度 D．转动的角速度可能等于 a 盘的角速度
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解析 如图所示，金属圆盘可看做由多根金属辐条组 成，a 盘在外力作用下逆时针转动时，圆盘切割磁感线，由 右手定则判知，电动势方向为由 O1→A，在闭合电路中有 方向为 O1AO2BO1 的感应电流，而对 b 盘，由左手定则和 能的转化和守恒定律判知，b 盘顺时针转动且其转动的角速 度一定小于 a 盘的角速度，选项 B 正确。
解析 卫星运动时，穿过卫星的磁通量发生变化，使
卫星中产生感应电流，地磁场对卫星产生电磁阻尼作用，
卫星速率减小而做向心运动，轨道半径越来越小，而轨道
半径一旦减小，由 GMr2m＝mvr2可得速率将增大；由 GMr2m＝
4π2 m T2 r
可得周期将减小；由
an＝GMr2 ，可得向心加速度将增
大，B、C 项正确。
A．金属盘仍能上升到与 P 等高处 B．金属盘最终将静止在最低点 C．金属盘上升的最大高度与 MN 等高 D．金属盘上升的最大高度一直在变小
解析 金属盘进入和穿出磁场时，磁通量发生变化， 产生涡流，机械能减少，机械能一部分转化为内能，所以 金属盘不能上升到与 P 等高处，故 A 错误。随着最大高度 不断降低，最终金属盘将在 MN 间做往复运动，磁通量不 变，不产生涡流，机械能守恒，故 B、D 错误，C 正确。
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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。A、D 正确。
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3．如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴 OO′转动， 且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁 移近铜盘，则( )
第四章 电磁感应(diàncí-gǎnyìng)
第7节 涡流、电磁阻尼(zǔní)和电磁驱动
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一、选择题(每小题 6 分，共 60 分) 1．著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示。 在一块绝缘板的中部安装一个线圈，线圈接有电源，板的四 周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来，忽略各处的摩 擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是 ()
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10．如图所示，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下 落到位置Ⅱ，若圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面 始终水平。位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为 h，则运动时间( )
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A．等于
2h g
B．大于
2h g
C．小于
2h g
D．无法判定
上，并与之紧密接触；导体棒左侧两导轨之间连接一可控制
的负载电阻(图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁
感应强度大小为 B，方向垂直于导轨所在平面。开始时，给
导体棒一个平行于导轨的初速度 v0。在导体棒的运动速度 由 v0 减小至 v1 的过程中，通过控制负载电阻的阻值使导体 棒中的电流强度 I 保持恒定。导体棒一直在磁场中运动。若
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2.(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( )
A．探测器内的探测线圈会产生变化的磁场 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
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A．圆盘将逆时针转动 B．圆盘将顺时针转动 C．圆盘不会转动 D．无法确定圆盘是否会动
解析 线圈接通电源瞬间，产生向上的磁场，向上增 大的磁场产生顺时针方向的感生电场，因为小球带负电， 负电荷受到的电场力与电场方向相反，则有逆时针方向的 电场力，故圆盘将沿逆时针方向转动。A 正确。
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6．如图所示为一光滑轨道，其中 MN 部分为一段对称 的圆弧，两侧的直导轨与圆弧相切，MN 部分有如图所示的 匀强磁场，有一较小的金属盘如图放置在 P 点，将金属盘 由静止自由释放，经很多次来回运动后，下列判断正确的是 ()
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9．(多选)地球是一个巨大的磁体，具有金属外壳的人 造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动，若不能忽略所经之处 地磁场的强弱差别，则( )
A．运行速率将越来越小 B．运行周期将越来越小 C．轨道半径将越来越小 021
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二、非选择题(共 2 小题，40 分) 11．(20 分)在现代家庭的厨房中，电磁炉(如图甲)是家 庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全 性好、清洁卫生等特点。利用以下材料并结合已学习的电磁 学知识分析、讨论相关问题。
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如图乙所示是描述电磁炉工作原理的示意图。电磁炉的
D．两环都静止
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解析 条形磁铁向右运动时，环 1 中磁通量为零不变， 无感应电流，仍静止。环 2 中磁通量变化，根据楞次定律， 为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环 2 向右运动， 故 C 项正确。
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8.在水平面上放置两个完全相同的带中心轴的金属圆 盘，它们彼此用导线把中心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，转盘 b( )
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解析 根据楞次定律可知，为了阻碍磁通量的变化， 线圈的转动方向应该与蹄形磁铁的转动方向一致，但是线 圈的转速应小于蹄形磁铁的转速，故 C 项正确。
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5．(多选)机场、车站和重要活动场所的安检门都安装
有金属探测器，其探测金属物的原理简化为：探测器中有一