高中物理第四章第七节涡流电磁阻尼和电磁驱动学案新人教选修

第七节涡流、电磁阻尼和电磁驱动
【学习目标】
1．知道涡流是如何产生的
2．知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流
3．通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因
4．利用理论联系实际的方法加深理解涡流
【新知预习】
1．涡流概念:
2．涡流的防止和利用
①用来冶炼合金钢的真空___________，炉外有___________，线圈中通入_________电流，炉内的金属
中产生__________．涡流产生的_________使金属熔化并达到很高的温度．
②利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在___________中进行，这样就能防止________进入金属，可
以冶炼高质量的___________．
③探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中有_________的电
流．如果地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．
3．电磁阻尼：
4．电磁驱动：
【导析探究】
导析一：涡流及其应用
［演示1］涡流生热实验。

为什么铁芯和铁板会发热呢?原来在铁芯和铁板中有涡流产生。

阅读教材，了解什么叫涡流?（说明：涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律．）
例1．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( )
A．恒定直流、小铁锅
B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅
D．变化的电流、玻璃杯
例2．机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，以下说法正确的是( )
A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流
B．人体在线圈交变电流产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流
C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流
D．金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流
导析二：电磁阻尼
［演示2］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动
较长时间才停下来。

如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快停下来。

上述现象说明
了什么?
例3．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动．如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，如图所示，铜盘就能在较短时间内停止转动，分析这个现象产生的原因．
导析三：电磁驱动
例4．如图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触，使磁铁转动，圆盘也会跟着转动，这种现象称为“电磁驱动”，请你说明电磁驱动的原理．
【当堂检测】
1．下列关于涡流的说法中正确的是( )
A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的
B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流
C．涡流有热效应，但没有磁效应
D．在硅钢中不能产生涡流
2．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的方形磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆到最高点B，不考虑空气及摩擦阻力，则下列说法正确的是( )
A．A、B两点在同一水平面上
B．A点高于B点
C．A点低于B点
D．铜球将做等幅摆动
3．位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过，如图所示，在此过程中( ) A．磁铁做匀速直线运动 B．磁铁做减速运动
C．小车向右做加速运动 D．小车先加速后减速
4．如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球( ) A．整个过程匀速运动
B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程做加速运动
C．整个过程都做匀减速运动
D．穿出时的速度一定小于初速度
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．《道路交通安全法》第四十七条规定：“机动车行经人行横道，应减速行驶；遇行人正在通过人行横道时，应停车让行。

”一辆汽车以36km/h的速度匀速行驶，驾驶员发现前方50m 处的斑马线上有行人，驾驶员立即刹车使车做匀减速直线运动，若已知行人还需12s才能通过斑马线，则刹车后汽车的加速度大小至少为
A．1m/s2
B．0.97 m/s2
C．0.83 m/s2
D．0.69 m/s2
2．过山车是青少年喜欢的一种游乐项目。

为了研究过山车的原理，可简化为如图所示模型：让质量为m 的小球在光滑竖直圆轨道上做圆周运动，在轨道的最高点和最低点分别安装有压力传感器。

让小球从同一位置静止下滑，经多次测量得到最高点和最低点压力的平均值分别为F1、F2，则当地的重力加速为
A．B．
C．
D．
3．两电荷量分别为Q1和Q2的点电荷固定在y轴上的M、N两点，两电荷连线上各点电势φ随坐标y变化的关系图象如图所示，其中P点电势最高，且在y轴上MP长度小于PN长度。

则下列说法正确的是( )
A．Q1和Q2都带正电荷
B．Q1的电荷量大于Q2的电荷量
C．在M、N之间将一点电荷沿y轴从P点下侧移到上侧，电势能先减小后增大，则该点电荷带正电D．一点电荷只在电场力作用下沿y轴从P点运动到接近N点，加速度逐渐变大
4．图示为一粒子速度选择器原理示意图。

半径为l0cm的圆柱形桶内有一匀强磁场，磁感应强度大小为1.0×l0-4T，方向平行于轴线向外，圆桶的某直径两端开有小孔，粒子束以不同角度由小孔入射，将以不同速度从另一孔射出.有一粒子源发射出速度连续分布、比荷为2.0×1011C/kg的带正电粒子，若某粒子出
射的速度大小为m/s，粒子间相互作用及重力均不计，则该
粒子的入射角θ为（）
A．30° B．45° C．53° D．60°
5．近来，我国大部分地区都出现了雾霾天气，给人们的正常生活造成了极大的影响。

在一雾霾天，某人驾驶一辆小汽车以30m/s的速度行驶在高速公路上，突然发现正前方30m处有一辆大卡车以10m/s的速度同方向匀速行驶，小汽车紧急刹车，但刹车过程中刹车失灵。

如图a、b分别为小汽车和大卡车的v－t图象，以下说法正确的是
A．因刹车失灵前小汽车已减速，不会追尾
B．在t=5s时追尾
C．在t=3s时追尾
D．由于初始距离太近，即使刹车不失灵也会追尾
6．质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地面高度为h，如图所示，若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个下落过程中重力势能的变化分别是
A．mgh，减少mg(H-h)
B．-mgh，增加mg(H+h)
C．-mgh，增加mg(H-h)
D．-mgh，减少mg(H+h)
二、多项选择题
7．如图，两条相距 l 的足够长的平行光滑导轨放置在倾角为θ=30°的斜面上，阻值为 R的电阻与导轨相连。

质量为 m的导体棒 MN垂直于导轨放置.整个装置在垂直于斜面向下的匀强磁场中，磁感应强度的大小为 B．轻绳一端与导体棒相连，另一端跨过定滑轮与一个质量为m的物块相连，且滑轮与杄之间的轻绳与斜面保持平行。

物块距离地面足够高，导轨、导体棒电阻不计，轻绳与滑轮之间的摩擦力不计。

已知重力加速度为 g.将物块从静止释放，下面说法正确的是
A．导体棒 M 端电势高于 N 端电势
B．导体棒的加速度不会大于
C．导体棒的速度不会大于
D．通过导体棒的电荷量与金属棒运动时间的平方成正比
8．远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，当k由2改接为1时，下列说法正确的是（）
A．电压表读数增大
B．电流表读数增大
C．电流表读数减小
D．输电线上损失的功率减小
9．（卷号）1575449205997568
（题号）1575449288744960
（题文）
一列简谐波沿直线传播，该直线上平衡位置相距9m的a，b两质点的振动图像如图所示，下列描述该波的图像可能正确的是（）
A． B．
C． D．
10．如图所示，在匀强电场中有O、A、B三点，OA=OB=5cm，其中O、A电势分别为0V、5V，OA与OB的夹角为120°，A、B在同一条竖直线上现有一不计重力、带电量为e的粒子以4eV的动能从A点沿AO方向飞入电场，经过B点时，动能与在A点时相同，则下列说法正确的是
A．该粒子带负电
B．粒子运动过程中，电场力一直做正功
C．粒子能运动到O点，且在O点时电势能为零
D．该电场强度大小为200V/m，方向水平向左
三、实验题
11．一质量为M的长木板静止在光滑水平桌面上，一质量为m的小滑块以水平速度v0从长木板的一端开始在木板上滑动，直到离开木板，滑块刚离开木板时的速度为v0/4。

若把此木板固定在水平桌面上，其他条件相同，求滑块离开木板时的速度v．
12．智能扫地机器人是生活中的好帮手，已走进了千家万户。

如图 1 是国内某品牌扫地机器人所用的 3500 mA·h 大容量镍氢电池组，其续航能力达到 80 分钟，某同学利用电压表和电阻箱测定其电动势和内阻（电动势E约为9V，内阻r约为40Ω）。

已知该电池允许输出的最大电流为100mA．该同学利用如图甲所示的电路进行实验，图中电压表的内阻约为3kΩ，R为电阻箱，阻值范围0～9999Ω，R0是定值电阻，阻值为
100Ω。

（1）根据图甲，在虚线框中画出该实验的电路图______。

（2）该同学完成电路的连接后，闭合开关S，调节电阻箱的阻值，读取电压表的示数，其中电压表的某一次偏转情况如图乙所示，其示数为______V。

（3）改变电阻箱的阻值，读出电压表的相应示数U，取得多组数据，作出如图丙所示的图线，则根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E=______V，内阻r=____Ω．（结果均保留两位有效数字）四、解答题
13．如图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波形图，P为平衡位置x=17.5cm的质点。

图乙为此波中平衡位置坐标x=10cm的质点从该时刻起的振动图象。

问：
①判断波的传播方向。

②从该时刻起，在哪些时刻质点P会出现在波峰?
③求从该时刻起，P点第二次回到平衡位置通过的路程(结果保留3位有效数字)
14．如图甲所示，足够长的光滑平行导轨MN、PQ倾斜放置，两导轨间距离为L=1.0m，导轨平面与水平面间的夹角为，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上，导轨的M、P两端连接阻值为的电阻，金属棒ab垂
直于导轨放置并用细线通过光滑定滑轮与重物相连，金属棒ab的质量m=0.20kg，电阻
，重物的质量M=0.60kg，如果将金属棒和重物由静止释放，金属棒沿斜面上滑的距离与时间的关系图象如图乙所示，不计导轨电阻，
，求：
（1）磁感应强度B的大小；
（2）在0.6s内通过电阻R的电量；
（3）在0.6s内电阻R产生的热量．【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．BC
8．ACD
9．AC
10．AD
三、实验题
11．
12．0 8.0 30
四、解答题
13．①x轴正方向②，n=0、1、2、3…③0.132m 14．（1）（2）
（3）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图既可以看成是用来描述山坡地势的等高线图，也可以看成是用来描述电场中电势高低的等势线图。

关于此图，下列说法正确的是
A．若该图为等高线图，可知a坡的地势比b坡陡峭
B．若该图为等高线图，可知在不考虑摩擦力时，小球从a坡滑下的加速度大于从b坡滑下的加速度C．若该图为等势线图，可知a侧的电势降落比b侧慢
D．若该图为等势线图，可知a侧的电场强度比b侧大
2．平抛运动可以分解为水平和竖直方向的两个直线运动，在同一坐标系中作出这两个分运动的v-t图线，如图所示，若平抛运动的时间大于2t1,则下列说法中正确的是
A．图线2表示水平分运动的v-t图线
B．t1时刻的速度方向与初速度方向夹角为30°
C．t1时刻的位移方向与初速度方向夹角的正切为1
D．2t1时刻的位移方向与初速度方向夹角为45°
3．如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在水平匀强磁场中，棒在竖直向上的恒力F作用下匀速上升的一段时间内，金属棒受恒定大小的滑动摩擦力f，下列说法正确的是
A．通过电阻R的电流方向水平向右，棒受到的安培力方向竖直向上
B．通过电阻R的电流方向水平向左，棒受到的安培力方向竖直向下
C．棒机械能增加量的大小等于棒克服重力所做的功
D．棒机械能的增加量等于恒力F和滑动摩擦力f做的总功
4．如图,质量为m的小物块初动能为E k0,从底端沿足够长的均匀粗糙斜面向上运动,最后返回斜面底端。

已知小物块沿斜面下行时间是上行时间的2倍,不计空气阻力,下列说法正确的是
A．整个运动过程中小物块的动量变化大小为
B．小物块沿斜面上行加速度大小是下行加速度大小的2倍
C．小物块所受重力与斜面动摩擦力大小之比为5:3
D．整个运动过程中斜面对小物块的冲量为零
5．如图，光滑绝缘圆环竖直放置，a、b、c为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球，已知小球c
位于圆环最高点，ac连线与竖直方向成60°角，bc连线与竖直方向成30°角，三个小球均处于静止状态。

下列说法正确的是
A．a、b、c小球带同种电荷
B．a、b小球带异种电荷
C．a、b小球电量之比为
D．a、b小球电量之比为
6．如图所示，上、下两个完全相同的圆弧轨道分别固定在竖直板上的不同高度处，轨道的末端水平。

在两轨道相对于各自轨道末端高度相同的位置上各安装一个电磁铁，两个电磁铁由同一个开关控制，通电后，
两电磁铁分别吸住相同小铁球A、B，断开开关，两个小球同时开始运动。

离开圆弧轨道后，A球做平抛运动，B球进入一个光滑的水平轨道。

若某次两个小球相碰的位置恰在水平轨道上的P点处。

已知固定在竖直板上的方格纸的正方形小格边长均为9cm，则可计算出A球刚到达P点的速度大小为(g取10m/s2)
A．4.5m/s B．m/s
C．m/s
D．m/s
二、多项选择题
7．用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。

实验器材：待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。

实验主要步骤：
（ⅰ）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；
（ⅱ）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；
（ⅲ）以U为纵坐标，I为横坐标，作U—I图线（U、I都用国际单位）；
（ⅳ）求出U—I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。

回答下列问题：
（1）电压表最好选用______；电流表最好选用______。

A．电压表（0-3V，内阻约15kΩ） B．电压表（0-3V，内阻约3kΩ）
C．电流表（0-200mA，内阻约2Ω） D．电流表（0-30mA，内阻约2Ω）
（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是
______。

A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱
B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱
C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱
D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱
（3）选用k、a、R1、R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=______，r=______，代入数值可得E和r的测量值。

8．关于以下液体或气体的现象中，说法正确是________。

A．因为在绕地球做匀速圆周运动的字宙飞船内，水滴不受重力，仅受表面张力，所以小水滴呈球形B．水蜘蛛能在水面上自由爬行而不落水是由于表面张力所政
C．相对湿度较大时，较低的温度也可能引起人们中暑
D．空气绝对湿度越大，人们感到越潮湿
9．如图所示，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小。

理想变压器原、副线圈的匝数比为10︰1，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式
为u1=220sin100πt(V)，则
A．电压表的示数为22V
B．副线圈中交流电的频率为50Hz
C．在天逐渐变黑的过程中，电流表A2的示数变小
D．在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变大
10．某同学为了研究超重和失重现象，将重为50N的物体带上电梯，并将它放在电梯中的力传感器上。

若电梯由静止开始运动，并测得重物对传感器的压力F随时间t变化的图象，如图所示。

设电梯在第 1s末、第4s末和第8s末的速度大小分别为v1、 v4和v8，以下判断中正确的是
A．电梯在上升，且v1> v4 >v8
B．电梯在下降，且v1> v4<v8
C．重物从1s到2s和从7s到8s动量的变化不相同
D．电梯对重物的支持力在第1s内和第9s内的功率相等
三、实验题
11．如图甲所示，半径为R的导体环内，有一个半径为r的虚线圆，虚线圆内有垂直纸面向里的磁场，磁感应强度大小随时间变化规律为B1=kt（k>0且为常量）。

（1）求导体环中感应电动势E的大小；
（2）将导体环换成内壁光滑的绝缘细管（管子内径忽略），管内放置一质量为m、电荷量为+q的小球，小球重力不计，如图乙所示。

已知绝缘细管内各点涡旋电场的电场强度大小为
，方向与该点切线方向相同。

小球在电场力作用下沿细管
加速运动。

要使t时刻管壁对小球的作用力为零，可在细管处加一垂直于纸面的磁场，求所加磁场的方向及磁感应强度的大小B2。

12．某课外研究小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件.图甲为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
器材（代号）规格
电流表（A1）量程0～50mA,内阻约为50Ω
电流表（A2）量程0～200mA,内阻约为10Ω
电压表（V1）量程0～3V,内阻约为10kΩ
电压表（V2）量程0～15V,内阻约为25kΩ
滑动变阻器（R1）阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A
滑动变阻器（R2）阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA
直流电源（E）输出电压6V，内阻不计
开关（S）导线若干
（1）为提高实验结果的准确程度，电流表应选用；电压表应选用；滑动变阻器应选用 .(以上均填器材代号)
（2）为达到上述目的，请在图乙所示的虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号. （3）若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线完全吻合，则该元件的电阻阻值随电压的增大而
（选填“增大”、“减小”或“不变”），当该电器元件两端电压U=2.0V时元件消耗的电功率为 W．四、解答题
13．一透明柱状介质，如图所示，其横截面为扇形AOC，O为圆心，半径为R，圆心角为90°，AC关于OB 对称，一束足够宽平行于OB的单色光由OA和OC面射入介质，介质折射率为
，要使ABC面上没有光线射出，至少在O点左侧垂直OB放置多高的遮光板？（不考虑ABC的反射）
14．传统的打气筒的示意图如图中的如图所示，圆柱形打气筒A高H，内部横截面积为S，底部有一单向阀门K，厚度不计的活塞上提时外界大气可从活塞四周进入，活塞下压时可将打气筒内气体推入容器B 中．用传统的打气筒给自行车打气时，不好判断是否已经打足了气，为了解决这一问题，某研究性学习小组的同学们经过思考之后，他们在传统打气筒基础上进行了如下的改装（图中的如图所示）：该组同学设想在打气筒内壁焊接一卡环C（体积不计），调节C距气筒顶部的高度就可以控制容器B中的最终压强．已知B的容积V B＝3HS，向B中打气前A、B中气体初始压强均为P0＝1.0×l05 Pa，设气体温度不变．
①若C距气筒顶部的高度为h＝H，则第一次将活塞从打气筒口压到C处时，容器B中的压强是多少？
②要使容器B中的最终压强为3P0，则h与H之比应为多少？
【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．（1）A、 C （2）C （3）ka k-R2
8．BC
9．BC
10．BC
三、实验题
11．（1）得（2）洛伦兹力方向指向圆心。

由左手定则，磁场方向垂直纸面向里。

12．(1)A2（2分） V1（2分） R1（1分） (2)如图所示（3分）
(3)减小（2分），0.12（2分）
四、解答题
13．
14．①1.2×105Pa；②2:3。