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1、2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修32）第四部分电磁感应专题4.28涡流与电磁阻尼问题一.选择题. （6分）（2019北京通州二模）课堂上，老师演示了一个有趣的电磁现象：将一铝管竖立，把一块直径比 铝管内径小一些的圆柱形的强磁铁从铝管上端由静止释放，强磁铁在铝管中始终与管壁不接触。可以观察 到，相比强磁铁自由下落，强磁铁在铝管中的下落会延缓许多。下课后，好奇的小明将一块较厚的泡沫塑 料垫在电子秤上，再将这个铝管竖直固定在泡沫塑料上（用以消除电子秤内部铁磁性材料与磁铁相互作用 的影响），如图所示，重复上述实验操作。在强磁铁由静止释放至落到泡沫塑料上之前，关于强磁铁的运动 和受力
2、情况，下列情况可能发生的是（）fK强磁铁铝管A.先加速下落后减速下落B.始终做加速运动，且加速度不断增大C.所受合力方向竖直向上D.所受铝管对它的作用力越来越大【参考答案】D【名师解析】强磁铁在下落的过程中，铝管切割磁感线产生感生电流，受到磁铁所给的向下安培力作用， 磁铁受到向上的安培力反作用力。初始阶段，磁铁的速度较小，在铝管中产生的安培力较小，磁铁受到的 向下重力大于向上的安培力反作用力，于是向下做加速度减小的加速运动。如果铝管足够长，磁铁的加速 度减小到零，此时磁铁受到的向下重力等于向上的安培力反作用力，之后磁铁向下做匀速运动。故A、B错 误；由以上分析可知，如果铝管足够长，强磁铁在运动
3、过程中，所受合力方向先竖直向下后减为零，故C 错误；由于强磁铁在铝管中运动的速度越来越大，铝管切割磁感线产生感生电流越来越大，受到磁铁所给 的向下安培力越来越大，铝管对强磁铁的安培力反作用力也随之越来越大，这是强磁铁落到泡沫塑料上时 还没有达到最大速度或者刚好达到最大速度的情况，故D正确。1 .如图所示，关于涡流的下列说法中错误的是（）（3）从线框右边框刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中，传送带对闭合铜线框做的功。【名师解析】（1）闭合铜线框右侧边刚进入磁场时产生的电动势E=BLvo产生的电流，=/=赞右侧边所受安培力”=3比=”件（2）线框以速度）进入磁场，在进入磁场的过程中，受
4、安培力和摩擦力的共同作用做变减速运动；进入磁场 后，在摩擦力作用下做匀加速运动，当其右边框刚刚到达PQ时速度乂恰好等于物。因此，线框在刚进入磁 场时，所受安培力最大，加速度最大，设为am：线框全部进入磁场的瞬间速度最小，设此时线框的速度为Vo线框刚进入磁场时，根据牛顿第二定律有“一噜=如，在线框刚刚完全进入磁场又匀加速运动到达边界PQ的过程中，根据动能定理有解得最小速度 Vmin =702/Zg （dL）线框从右边框进入磁场到运动至磁场边界PQ的过程中线框一直受摩擦力f=7g由功的公式W产fd得摩擦力做功W0=wgd闭合线框穿出磁场与进入磁场的受力情况相同，则完全穿出磁场的瞬间速度亦为最小速度
5、I，然后速度均匀 增加到V0,产生的位移一定为（和在磁场中速度V由增加小到的位移相同）闭合线框在右边框出磁场 到与传送带共速的过程中位移x=x+L=d.在此过程中摩擦力再做功畋=加gd因此，闭合铜线框从刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中，传送带对闭合铜线框做的功WW/i + Wft 2mgd【参考答案】（1度铲（2）/（）一g yl2/ig （d-L）（3）2igd3.（天津市河北区20152016学年度高三年级总复习质量检测（三）理科综合试卷物理部分）如图所示， 两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L,导轨上面横放着两根导体棒 （心和（刃，构成矩形回路
6、，两根导体棒的质量皆为?，电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计。在整 个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为3。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时， 棒cd静止，棒力有指向棒cd的初速度必，若两导体棒在运动中始终不接触，求:第8页，共9页（1）在运动中产生的焦耳热。最多是多少？（2）当。棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度。是多少？【参考答案】（1）（2） = 二生心4m 4mR【名师解析】（1）从开始到两棒达到相同速度u的过程中，两棒的总动量守恒，有mvQ = 2mv （3 分） 根据能量守恒定律，整个过程中产生的焦耳热Q = -mv - - （2m）v2 = mv
7、1 （3 分）（2）设ab棒的速度变为3vo/4, cd棒的速度为v，由动量守恒定律，3,解得：v，=vo/4。3 11此时回路中感应电动势E= - -,4 42回路中电流I二E/2R二丝也,4R此时cd棒所受的安培力F=BIL= B L V（）,4Rd2 r2由牛顿第二定律，cd棒的加速度a=F/m=。4mR考点：动最守恒定律；闭介电路的欧姆定律；导体切割磁感线时的感应电动势【名师点睛】本题主要考杳了动量守恒定律、闭合电路的欧姆定律、导体切割磁感线时的感应电动势。分 根据动量守恒定律确定两棒最后的末速度是本题的关键，分析这类电磁感应现象中的能量转化较易：系统 减少的动能转化为回路的焦耳热：本
8、题涉及到动生电动势、动量守恒定律、牛顿第二定律及闭合电路欧姆 定律综合的力电综合问题，故本题属于难度较大的题。第9页，共9页冶炼炉电磁炉 阻尼摆 硅钢片A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置B.家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的C.阻尼摆摆动时产牛.的涡流总是阻碍其运动D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流【参考答案】B【名师解析】家用电磁炉锅体中的涡流是由变化磁场产生的，选项B错误。3. （2018广东省深圳市第一次调研）如图所示，轻质弹簧一端固定在天花板上，另一端拴接条形磁铁，一个 铜盘放在条形磁铁的正下方的绝缘水平桌面上，控制磁铁使弹簧处于原长，然后由静止释放磁铁，不计
9、磁 铁与弹簧之间的磁力作用，且磁铁运动过程中未与铜盘接触，卜.列说法中正确的是（）0；OA.磁铁所受弹力与重力等大反向时，磁铁的加速度为零B.磁铁下降过程中，俯视铜盘，铜盘中产生顺时针方向的涡旋电流C.磁铁从静止释放到第一次运动到最低点的过程中，磁铁减少的重力势能等于弹簧弹性势能D.磁铁从静止释放到最终静止的过程中，磁铁减少的重力势能大于铜盘产生的焦耳热【参考答案】D【名师解析】 磁铁上下运动时，由于穿过铜盘的磁通量发生变化，则在铜盘中会产生感应电流，铜盘对 磁铁有磁场力，阻碍磁铁的运动，则当磁铁所受弹力与重力等大反向时，此时磁铁还受到下面铜盘的作用 力，故此时磁铁的加速度不为零，选项A错误；
10、根据楞次定律，磁铁下降过程中，俯视铜盘，铜盘中产生 逆时针方向的涡旋电流，选项B错误；磁铁从静止释放到第一次运动到最低点的过程中，由于有电能产生, 则磁铁减少的重力势能等于弹簧弹性势能与产生的电能之和，选项C错误；磁体最终静止时弹簧有弹性势 能，则磁铁从静止释放到最终静止的过程中，磁铁减少的重力势能等铜盘产生的焦耳热与弹簧弹性势能 之和，选项D正确.4.（2018聊城模拟）（多选）航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图14所示，当固定 线圈上突然通过直流电流时，线圈端点的金属环被弹射出去。现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别 用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的
11、两个闭合环，且电阻率制P,h。闭合开关S的瞬间（）第2页，共9页-右光滑绝缘杆-右光滑绝缘杆A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力C.若将环放置在线圈右方，环将向左运动D.电池正负极调换后，金属环不能向左弹射【参考答案】AB【名师解析】 线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定 律可知，电流由左侧看为顺时针，选项A正确；由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受 到的安培力要大于铝环的，选项B正确；若将环放在线圈右方，根据楞次定律可得，环将向右运动，选项 C错误；电池正负极调换后，金属环受力仍向左，故仍将向左弹
12、出，选项D错误。5 .健身车的磁控阻力原理如图所示，在金属飞轮的外侧有一些磁铁（与飞轮不接触），人在健身时带动飞 轮转动，磁铁会对飞轮产生阻碍，拉动控制拉杆可以改变磁铁与飞轮间的距离.则A.飞轮受到阻力大小与其材料密度有关B.飞轮受到阻力大小与其材料电阻率有关C.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越大D.磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越小【参考答案】BC【名师解析】磁铁和飞轮间的距离、转速一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮上产生的感应电动 势一定，材料电阻率不同，感应电流大小不同，阻力就不同，故A错误，B正确；磁铁越靠近飞轮，飞轮 处的磁感应强度越强，所以在飞
13、轮转速一定时，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻 力越大。故C正确；磁铁和飞轮间的距离一定时，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮转速越大，飞轮上 产生的感应电动势和感应电流越大，其受到阻力越大，故D错误。第3页，共9页点睛：金属飞轮在磁场中运动的过程中产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律判断转速和距离对感应电 动势的影响，根据欧姆定律和安培力公式确定阻力的大小.6 .（多选）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，下列措施可行的有（）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
14、铁芯【参考答案】AB【名师解析】 当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高。要缩 短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为 了增大感应电动势。瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱。所以选项A、B正确，C、D错误。7 .（多选）如图4所示，条形磁铁位于固定的半圆光滑轨道的圆心位置，一半径为R、质量为，的金属球从半 圆轨道的一端沿半圆轨道由静止下滑，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）A.金属球会运动到半圆轨道的另一端.由于金属球没有形成闭合电路，所以金属球中不会产生感应电流C.金属球受到的安培力做负功D
15、.系统产生的总热量为ingR【参考答案】CD【名师解析】 金属球在运动过程中，穿过金属球的磁通量不断变化，在金属球内形成闭合回路，产生涡 流，金属球受到的安培力做负功，金属球产生的热量不断地增加，机械能不断地减少，直至金属球停在半 圆轨道的最低点，选项C正确，A、B错误；根据能量守恒定律得系统产生的总热量为名凡 选项D正确。 8.下列没有利用涡流的是（）A.金属探测器B.变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯C.用来冶炼合金钢的真空冶炼炉D.磁电式仪表的线圈用铝框做骨架第4页，共9页【参考答案】B第4页，共9页【名师解析】变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯是为了减小涡流损失，选项B不是利用涡流。9
16、. （2018长兴中学高三模拟）1831年，法拉第在次会议上展示了他发明的圆盘发电机（图甲）.它是利用电 磁感应原理制成的，是人类历史上第一台发电机.图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜 轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、。分别与转动轴和铜盘的边缘良好接触.使铜盘转动，电 阻R中就有电流通过.若所加磁场为匀强磁场，回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速 转动，CR。平面与铜盘平面垂直，下列说法正确的是（）甲乙A.电阻R中没有电流流过B.铜片C的电势高于铜片。的电势C.保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，则铜盘中有电流产生D.保持铜盘不动，磁场变为方
17、向垂直于铜盘的交变磁场，则CR。回路中有电流产生【参考答案】C【名师解析】根据右手定则可知，电流从。点流出，流向C点，因此在圆盘中电流方向为从C向。，由 于圆盘在切割磁感线时相当于电源，所以。处的电势比C处高，A、B错误；保持铜盘不动，磁场变为方 向垂直于铜盘的交变磁场，则穿过铜盘的磁通量发生变化，故铜盘中有感应电流产生，但是此时不再切割 磁感线，所以不能当成电源，故CR。回路中没有电流产生，C正确，D错误.10. （2018吉林实验中学模拟）转笔（Pen Spinning）是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活 动.转笔深受广大中学生的喜爱，其中也包含了许多的物理知识，假设某转笔高
18、手能让笔绕其上的某一点。 做匀速圆周运动，下列有关该同学转笔中涉及的物理知识的叙述正确的是（）A.笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越小B.笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由万有引力提供的C.若该同学使用中性笔，笔尖上的小钢珠有可能因快速的转动做离心运动被甩走D.若该同学使用的是金属笔杆，且考虑地磁场的影响，由于笔杆中不会产生感应电流，因此金属笔杆两端 一定不会形成电势差【参考答案】AC【名师解析】笔杆上各点的角速度相同，根据a=c/可知，笔杆上的点离O第5页，共9页 点越近的，做圆周运动的向心加速度越小，选项A正确：笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由笔杆对该 点的作用力提供的，选
19、项B错误；若该同学使用中性笔，且转动过快，则笔尖上的小钢珠有可能因快速的 转动做离心运动被甩走，选项C正确；若考虑地磁场的影响，由于笔杆转动时可能要切割磁感线而使金属 笔杆两端形成电势差，选项D错误.11.如图所示，固定在水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L右端接有阻值R的电阻，空间存在方向竖 直向上、磁感应强度为B的匀强磁场.质量为?、电阻为，的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上.初 始时刻，弹簧恰处于自然长度.给导体棒水平向右的初速度由，导体棒开始沿导轨往复运动，在此过程中， 导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.已知导体棒的电阻，与定值电阻R的阻值相等，不计导轨电阻， 则下列说法中正确的是（
20、）A.导体棒开始运动的初始时刻受到的安培力向左B.导体棒开始运动的初始时刻导体棒两端的电压U=BLvoC.导体棒开始运动后速度第一次为零时，系统的弹性势能廊=%濡D.导体棒最终会停在初始位置，在导体棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热。=%?记【参考答案AD【名师解析】根据楞次定律，导体棒向右运动，感应电流的方向为。到儿再根据左手定则，导体棒受到的 安培力方向水平向左，选项A正确；导体棒开始运动的初始时刻，导体棒产生的感应电动势为8Za，（），而导 体棒两端的电压为路端电压，大小为片学=竽，选项B错误；根据动能定理，W安讲，所以卬 界书?品 而W并等于弹簧的弹性势能，故师）品 选项C错误；最
21、终机械能全部转化为电阻的内能，导 体棒厂和电阻R产生的内能都是由点 选项D正确.二.解答题1.（15分）（2018江苏扬州期末）实验小组想要探究电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装宽为L、长为2.5L 的N匝矩形线框abed,总电阻为R,面积可认为与小车底面相同，其平面与水平地面平行，小车总质量为 m.如图所示是简化的俯视图，小车在磁场外以恒定的功率做直线运动，受到地面阻力恒为f,进入磁场前已 达到最大速度v,车头（ab边）刚要进入磁场时立即撤去牵引力，车尾（cd边）刚出磁场时速度恰好为零.已知第6页，共9页有界磁场宽度为2.5L,磁感应强度为B,方向竖直向下.求:第6页，共9页(1)进入磁场前
22、小车所受牵引力的功率P;(2)车头刚进入磁场时，感应电流的大小I：(3)电磁刹车过程中产生的焦耳热Q.【名师解析】(1)小车达最大速度v后，小车做匀速直线运动，牵引力大小等于摩擦力F=f(2 分)小车功率与牵引力的关系P=Fv(2分)解得P=fv.(l分)(2)车头刚进磁场时，回路感应电动势E=NBLv(2 分)E根据闭合电路欧姆定律，感应电流1=*2分)IX(3)根据能量守恒/mv2=Q+f.5L(3分)解得 Q=mv25fL.(2 分)2. (2016陕西西工大附中模拟)如图所示，用水平绝缘传送带输送一正方形单匝闭合铜线框，在输送中让线 框随传送带通过一固定的匀强磁场区域，铜线框在进入磁场前与传送带的速度相同，穿过磁场的过程中将相对于传送带滑动。已知传送带以恒定速度曲运动，当线框的右边框刚刚到达边界PQ时速度又恰好等于 voo若磁场边界MM与传送带运动方向垂直，MN与PQ的距离为d,磁场的磁感应强度为B,铜线框质量为?，电阻均为R，边长为L(Ld),铜线框与传送带间的动摩擦因数为“，且在传送带上始终保持前后 边框平行于磁场边界MN,试求： BN Q传送带运动方回M I-d-IP线框的右边框刚进入磁场时所受安培力的大小；(2)线框在进入磁场的过程中运动加速度的最大值以及速度的最小值；第7页，共9页