1、1/8 课时分层作业课时分层作业( (七七) ) (建议用时：建议用时：25 分钟分钟) 考点一考点一对涡流的理解及应用对涡流的理解及应用 1(多选多选)高频焊接原理示意图高频焊接原理示意图，如图所示如图所示，线圈通以高频交流电线圈通以高频交流电，金属工金属工 件的焊缝中就产生大量焦耳热件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大要使焊接处产生的热量较大 可采用可采用() A增大交变电流的电压增大交变电流的电压 B增大交变电流的频率增大交变电流的频率 C增大焊接缝的接触电阻增大焊接缝的接触电阻 D减小焊接缝的接触电阻减小焊接缝的接触电阻 ABC增大交变电流
2、的电压和交变电流的频率均可使电流的变化率增大，增大交变电流的电压和交变电流的频率均可使电流的变化率增大， 由由 En t 知，感应电动势和涡流均增大，焊接处的发热功率增大，若增大焊知，感应电动势和涡流均增大，焊接处的发热功率增大，若增大焊 接缝的接触电阻，则焊接处的电压、功率分配就越大，产生的热量就会越大，接缝的接触电阻，则焊接处的电压、功率分配就越大，产生的热量就会越大， 故故 A、B、C 正确，正确，D 错误。错误。 2(多选多选)安检门是一个用于安全检查的安检门是一个用于安全检查的“门门”，“门框门框”内有线圈内有线圈，线圈线圈 里通有交变电流里通有交变电流，交变电流在交变电流在“门门”
3、内产生交变磁场内产生交变磁场，金属物品通过金属物品通过“门门”时时 能产生涡流能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警从而引起报警。以下关以下关 于这个安检门的说法正确的是于这个安检门的说法正确的是() A这个安检门也能检查出毒品携带者这个安检门也能检查出毒品携带者 B这个安检门只能检查出金属物品携带者这个安检门只能检查出金属物品携带者 C如果这个如果这个“门框门框”的线圈中通上恒定电流的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者也能检查出金属物品携带者 D这个安检门工作时这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象既利用了电磁感应现象，又利用
4、了电流的磁效应又利用了电流的磁效应 BD这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A 错误错误，B 正确正确；若若“门框门框”的线圈中通上恒定电流的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场只能产生恒定磁场，它不能它不能 2/8 使金属物品产生电流使金属物品产生电流， 因而不能检查出金属物品携带者因而不能检查出金属物品携带者， C 错误错误； 安检门工作时安检门工作时， 既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D 正确。正确。 3(多选多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属
5、物的示意图如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说下列说 法中正确的是法中正确的是() A探测器内的探测线圈会产生变化磁场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探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流 AD探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若有金属若有金属，则金属中会产则金属中会产 生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。生涡流
6、，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。 4如图所示如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球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们一个相同的初速度铝球和木球放在磁铁的一端且给它们一个相同的初速度，让其向磁铁滚去让其向磁铁滚去，观观 察小球的运动情况是察小球的运动情况是() A都做匀速运动都做匀速运动 B甲甲、乙做加速运动乙做加速运动 C甲做加速运动甲做加速运动，乙做减速运动乙做减速运动，丙做匀速运动丙做匀速运动 D甲做减速运动甲做减速运动，乙做加速运动乙做加速运动，丙做匀速运动丙做匀速运动 C铁球将加速运动，其原因是铁球被
7、磁化后与磁铁之间产生相互吸引的铁球将加速运动，其原因是铁球被磁化后与磁铁之间产生相互吸引的 磁力；铝球将减速运动，其原因是铝球内产生了感应电流，感应电流产生的磁磁力；铝球将减速运动，其原因是铝球内产生了感应电流，感应电流产生的磁 场阻碍其相对运动；木球将匀速运动，其原因是木球既不能被磁化，也不能产场阻碍其相对运动；木球将匀速运动，其原因是木球既不能被磁化，也不能产 生感应电流，所以磁铁对木球不产生力的作用。生感应电流，所以磁铁对木球不产生力的作用。 5下列图中下列图中，A 图是真空冶炼炉图是真空冶炼炉，可以冶炼高质量的合金；可以冶炼高质量的合金；B 图是充电器图是充电器 3/8 工作时绕制线圈
8、的铁芯中会发热工作时绕制线圈的铁芯中会发热； C 图是工人穿上金属丝织成的衣服可以屏蔽外图是工人穿上金属丝织成的衣服可以屏蔽外 电场电场，高压带电作业高压带电作业；D 图是安检门图是安检门，可以探测人身是否携带金属物品可以探测人身是否携带金属物品，以上不以上不 属于涡流现象的是属于涡流现象的是() AB CD C线圈接高频交流电源，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶线圈接高频交流电源，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶 炼炉中产生高频电场，合金块中形成涡流，故炼炉中产生高频电场，合金块中形成涡流，故 A 项不符合题意；充电器工作时项不符合题意；充电器工作时 有交变电流通过，交变电流
9、产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，铁有交变电流通过，交变电流产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，铁 芯中形成涡流，故芯中形成涡流，故 B 项不符合题意；金属丝织成的衣服形成一个导体壳，壳外项不符合题意；金属丝织成的衣服形成一个导体壳，壳外 有电场时有电场时，壳内场强保持为壳内场强保持为 0，高压外电场不会对内部产生影响高压外电场不会对内部产生影响，是静电屏蔽现是静电屏蔽现 象，故象，故 C 项符合题意；安检门中交变电流产生交变磁场，会在金属物品中产生项符合题意；安检门中交变电流产生交变磁场，会在金属物品中产生 感应电流感应电流(涡流涡流)，金属物品中感应电流产生的磁场又会在线圈中
10、产生感应电流，金属物品中感应电流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流， 引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故 D 项不符合题意。项不符合题意。 6如图如图 1 所示的是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技所示的是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技 术术。其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改借助探测线圈测定涡电流的改 变变，从而获得构件内部是否断裂及位置的信息从而获得构件内部是否断裂及位置的信息。如图如图 2 所示的是一个带铁芯的所示的是一个带铁芯的 线圈线
11、圈 L、开关开关 S 和电源用导线连接起来的跳环实验装置和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈将一个套环置于线圈 L 上且使铁芯穿过其中上且使铁芯穿过其中，闭合开关闭合开关 S 的瞬间的瞬间，套环将立刻跳起套环将立刻跳起。关于对以上两个关于对以上两个 运用实例理解正确的是运用实例理解正确的是() 图图 1图图 2 4/8 A涡流探伤技术运用了互感原理涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象跳环实验演示了自感现象 B能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料 C以上两个案例中的线圈所连接电源都必须是变化的交流电源以上两个案例
12、中的线圈所连接电源都必须是变化的交流电源 D以上两个案例中的线圈所连接电源也可以都是稳恒电源以上两个案例中的线圈所连接电源也可以都是稳恒电源 B涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线 圈测定涡电流的改变；跳环实验演示线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬间，圈测定涡电流的改变；跳环实验演示线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬间， 穿过套环的磁通量仍然会改变，套环中会产生感应电流，会跳动，属于演示楞穿过套环的磁通量仍然会改变，套环中会产生感应电流，会跳动，属于演示楞 次定律，故次定律，故 A 错误；无论是涡流探伤技术，还是演
13、示楞次定律，都需要产生感错误；无论是涡流探伤技术，还是演示楞次定律，都需要产生感 应电流，而感应电流产生的条件是在金属导体内，故应电流，而感应电流产生的条件是在金属导体内，故 B 正确；金属探伤时，是正确；金属探伤时，是 探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中 会感应出涡流；演示楞次定律的实验中，线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬会感应出涡流；演示楞次定律的实验中，线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬 间间，穿过套环的磁通量仍然会改变穿过套环的磁通量仍然会改变，套环中会产生感应电流套环中会产生感应电流，
14、会跳动会跳动，故故 C、D 错误。错误。 考点二考点二电磁阻尼与电磁驱动的理解电磁阻尼与电磁驱动的理解 7物理课上物理课上，老师做了一个老师做了一个“神奇神奇”的实验 的实验：如图所示如图所示，将将 30 cm 长的铝长的铝 管竖直放置管竖直放置，一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放，观察到磁铁用较长时间观察到磁铁用较长时间 才从下管口落出才从下管口落出。对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断，你认你认 为正确的是为正确的是(下落过程中不计空气阻力下落过程中不计空气阻力，磁铁与管壁没有接触磁铁与管壁没有接触)
15、。则则() A如果磁铁的磁性足够强如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铝管中磁铁会停留在铝管中， ，永远不落下来永远不落下来 B磁铁在铝管中运动的过程中磁铁在铝管中运动的过程中，由于不计空气阻力由于不计空气阻力，所以机械能守恒所以机械能守恒 C如果磁铁的磁性足够强如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动时间更长磁铁在铝管中运动时间更长， ，但一定会落下来但一定会落下来 D如果将铝管换成塑料管如果将铝管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间磁铁从塑料管中出来也会用较长时间 C如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动受到阻力更大，原因：当如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动受到阻力更大，原因：当
16、 磁铁运动时才会导致铝管的磁通量发生变化，才出现感应磁场阻碍原磁场的变磁铁运动时才会导致铝管的磁通量发生变化，才出现感应磁场阻碍原磁场的变 化，所以运动时间变长，但一定会落下，故化，所以运动时间变长，但一定会落下，故 A 错误，错误，C 正确；磁铁在铝管中运正确；磁铁在铝管中运 动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，产生了感应电流，机械能转化电动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，产生了感应电流，机械能转化电 5/8 能，所以机械能不守恒，故能，所以机械能不守恒，故 B 错误；如果将铝管换成塑料管，磁铁不会受到安错误；如果将铝管换成塑料管，磁铁不会受到安 培力阻力，因此出来的时间将会变短，
17、故培力阻力，因此出来的时间将会变短，故 D 错误。错误。 8如图所示如图所示，一铝块静止在光滑水平面上一铝块静止在光滑水平面上，现让一条形磁铁以一定的速度现让一条形磁铁以一定的速度 向右靠近铝块向右靠近铝块，在磁铁靠近铝块的过程在磁铁靠近铝块的过程，说法正确的是说法正确的是() A若条形磁铁的右端为若条形磁铁的右端为 N 极极，则铝块会向右以相同的速度运动则铝块会向右以相同的速度运动 B若条形磁铁的右端为若条形磁铁的右端为 S 极极，则铝块会向左运动则铝块会向左运动，速度小于磁铁的速度速度小于磁铁的速度 C在它们相遇前在它们相遇前，铝块一直处于静止状态铝块一直处于静止状态 D不论条形磁铁的右端
18、为不论条形磁铁的右端为 N 极还是极还是 S 极极，铝块都会向右运动铝块都会向右运动，且同一时且同一时 刻铝块的速度小于磁铁的速度刻铝块的速度小于磁铁的速度 D不管条形磁铁的右端是不管条形磁铁的右端是 N 极还是极还是 S 极，向右靠近铝块时都在铝块中产极，向右靠近铝块时都在铝块中产 生涡流，因此会有电磁驱动现象，根据楞次定律阻碍作用的特点，铝块的速度生涡流，因此会有电磁驱动现象，根据楞次定律阻碍作用的特点，铝块的速度 小于磁铁的速度，选项小于磁铁的速度，选项 D 正确。正确。 9(多选多选)如图所示如图所示，在水平通电直导线的正下方在水平通电直导线的正下方， ，有一半圆形光滑弧形轨有一半圆形
19、光滑弧形轨 道道，一导体圆环自轨道右侧的一导体圆环自轨道右侧的 P 点无初速度滑下点无初速度滑下，下列判断正确的是下列判断正确的是() A圆环中将有感应电流产生圆环中将有感应电流产生 B圆环能滑到轨道左侧与圆环能滑到轨道左侧与 P 点等高处点等高处 C圆环最终停到轨道最低点圆环最终停到轨道最低点 D圆环将会在轨道上永远运动下去圆环将会在轨道上永远运动下去 AC水平通电导线下方存在非匀强磁场水平通电导线下方存在非匀强磁场，所以导体圆环在其中运动时所以导体圆环在其中运动时，穿穿 过圆环的磁通量不断变化过圆环的磁通量不断变化，环中产生感应电流环中产生感应电流，A 正确正确；由于涡流的存在由于涡流的存
20、在，机械机械 能不断损失最终转化为内能，所以圆环既到达不了左侧与能不断损失最终转化为内能，所以圆环既到达不了左侧与 P 点等高处，也不会点等高处，也不会 永远运动下去。最终会停在轨道的最低点，永远运动下去。最终会停在轨道的最低点，C 正确，正确，B、D 错误。错误。 (建议用时：建议用时：15 分钟分钟) 10(多选多选)如图所示如图所示，一光滑水平桌面的左半部分处于竖直向下的匀强磁场一光滑水平桌面的左半部分处于竖直向下的匀强磁场 6/8 内内，当一电阻不计的环形导线圈在此水平桌面上向右以某一速度开始滑行时当一电阻不计的环形导线圈在此水平桌面上向右以某一速度开始滑行时 () A若整个线圈在磁场
21、内若整个线圈在磁场内，线圈一定做匀速运动线圈一定做匀速运动 B线圈从磁场内滑到磁场外过程线圈从磁场内滑到磁场外过程，必做加速运动必做加速运动 C线圈从磁场内滑到磁场外过程线圈从磁场内滑到磁场外过程，必做减速运动必做减速运动 D线圈从磁场内滑到磁场外过程线圈从磁场内滑到磁场外过程，必定放热必定放热 ACD整个线圈在磁场内时，无感应电流，故不受安培力，线圈做匀速运整个线圈在磁场内时，无感应电流，故不受安培力，线圈做匀速运 动，动，A 正确；线圈滑出磁场过程中，产生感应电流，受到阻碍它运动的安培力正确；线圈滑出磁场过程中，产生感应电流，受到阻碍它运动的安培力， 故线圈做减速运动，机械能转化为内能，故
22、线圈做减速运动，机械能转化为内能，B 错误，错误，C、D 正确。正确。 11如图所示如图所示，在竖直平面内有两根平行金属导轨在竖直平面内有两根平行金属导轨， ，上端与电阻上端与电阻 R 相连相连， 磁感应强度为磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直于导轨平面的匀强磁场垂直于导轨平面。一质量为一质量为 m 的金属棒以初速度的金属棒以初速度 v0 沿导轨竖直向上运动沿导轨竖直向上运动，上升到某一高度后又返回到原处上升到某一高度后又返回到原处，整个过程金属棒与导整个过程金属棒与导 轨接触良好轨接触良好，导轨与金属棒的电阻不计导轨与金属棒的电阻不计。下列说法正确的是下列说法正确的是() A金属棒回到出发点的
23、速度金属棒回到出发点的速度 v 大于初速度大于初速度 v0 B通过通过 R 的最大电流上升过程小于下落过程的最大电流上升过程小于下落过程 C电阻电阻 R 上产生的热量上升过程大于下落过程上产生的热量上升过程大于下落过程 D所用时间上升过程大于下落过程所用时间上升过程大于下落过程 C该过程中的功能关系：因为电阻该过程中的功能关系：因为电阻 R 上产生热量，所以金属棒回到出发上产生热量，所以金属棒回到出发 点的速度点的速度 v 小于初速度小于初速度 v0，选项选项 A 错误错误；通过通过 R 的最大电流上升过程大于下落的最大电流上升过程大于下落 过程过程，选项选项 B 错误错误；电阻电阻 R 上产
24、生的热量上升过程大于下落过程上产生的热量上升过程大于下落过程，选项选项 C 正确正确； 所用时间上升过程小于下落过程，选项所用时间上升过程小于下落过程，选项 D 错误。错误。 12如图所示如图所示，在光滑的水平面上有一半径在光滑的水平面上有一半径 r10 cm、 、电阻电阻 R1 、质质量量 7/8 m1 kg 的金属环的金属环，以速度以速度 v10 m/s 向一有界磁场运动向一有界磁场运动。匀强磁场方向垂直于匀强磁场方向垂直于 纸面向里纸面向里，B0.5 T，从环刚进入磁场算起从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时到刚好有一半进入磁场时，圆环一圆环一 共释放了共释放了 32 J 的热量的
25、热量，求：求： (1)此时圆环中电流的瞬时功率；此时圆环中电流的瞬时功率； (2)此时圆环运动的加速度此时圆环运动的加速度。 解析解析(1)设刚好有一半进入磁场时，圆环的速度为设刚好有一半进入磁场时，圆环的速度为 v，由能量守恒得，由能量守恒得 1 2mv 2 Q1 2mv 2 此时圆环切割磁感线的有效长度为此时圆环切割磁感线的有效长度为 2r，圆环的感应电动势，圆环的感应电动势 EB2rv 而圆环此时的瞬时功率而圆环此时的瞬时功率 PE 2 R B 2rv 2 R 联立以上各式代入数据可得联立以上各式代入数据可得 v6 m/s，P0.36 W。 (2)此时圆环在水平方向受向左的安培力此时圆环
26、在水平方向受向左的安培力 FILB， 圆环的加速度为圆环的加速度为 aILB m B 2 2r 2v mR 610 2 m/s2，方向水平向左。，方向水平向左。 答案答案(1)0.36 W(2)610 2 m/s2方向水平向左方向水平向左 13如图所示如图所示，两根正对的平行金属直轨道两根正对的平行金属直轨道 MN、MN位于同一水平面上 位于同一水平面上， 两轨道之间的距离两轨道之间的距离 l0.50 m。 轨道的轨道的 MM端接一阻值为端接一阻值为 R0.50 的定值电阻的定值电阻， 直轨道的右端处于竖直向下直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度大小为磁感应强度大小为 B0.60 T 的匀强磁
27、场中的匀强磁场中，磁场磁场 区域右边界为区域右边界为 NN，磁场宽度磁场宽度 d0.80 m；水平轨道的最右端与两条位于竖直面水平轨道的最右端与两条位于竖直面 内的半圆形光滑金属轨道内的半圆形光滑金属轨道 NP、 NP平滑连接平滑连接， 两半圆形轨道的半径均为两半圆形轨道的半径均为 R00.50 m。现有一导体杆现有一导体杆 ab 静止在距磁场的左边界静止在距磁场的左边界 s2.0 m 处 处，其质量其质量 m0.20 kg、 电阻电阻 r0.10 。ab 杆在与杆垂直的杆在与杆垂直的、大小为大小为 2.0 N 的水平恒力的水平恒力 F 的作用下开始的作用下开始 运动运动， 当运动至磁场的左边
28、界时撤去当运动至磁场的左边界时撤去 F， 杆穿过磁场区域后杆穿过磁场区域后， 沿半圆形轨道运动沿半圆形轨道运动， 结果恰好能通过半圆形轨道的最高位置结果恰好能通过半圆形轨道的最高位置 PP；已知杆始终与轨道垂直已知杆始终与轨道垂直，杆与直轨杆与直轨 8/8 道之间的动摩擦因数道之间的动摩擦因数0.10，轨道电阻忽略不计轨道电阻忽略不计，取取 g10 m/s2。求：求： (1)导体杆刚进入磁场时导体杆刚进入磁场时，通过导体杆的电流的大小和方向；通过导体杆的电流的大小和方向； (2)在导体杆穿过磁场的过程中在导体杆穿过磁场的过程中，通过电阻通过电阻 R 的电荷量；的电荷量； (3)在导体杆穿过磁场
29、的过程中在导体杆穿过磁场的过程中，整个电路产生的焦耳热整个电路产生的焦耳热。 解析解析(1) 由右手定则可知，电流的方向为由由右手定则可知，电流的方向为由 b 指向指向 a 设导体杆在设导体杆在 F 的作用下运动至磁场的左边界时的速度为的作用下运动至磁场的左边界时的速度为 v1 由动能定理得：由动能定理得：(Fmg)s1 2mv 2 2 1 1 0 导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势为：导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势为：EBlv1 此时通过导体杆的电流大小为：此时通过导体杆的电流大小为：I E Rr 代入数据解得：代入数据解得：I3A。 (2)设导体杆在磁场中运动的时间为设导体杆在磁场中运
30、动的时间为t， 则由法拉第电磁感应定律有则由法拉第电磁感应定律有： E t Bld t 经过电阻经过电阻 R 的感应电流的平均值：的感应电流的平均值： I E Rr 通过电阻通过电阻 R 的电荷量：的电荷量：q I t 0.4 C。 (3)由由(1)可知，导体杆在可知，导体杆在 F 的作用下运动至磁场的左边界时的速度的作用下运动至磁场的左边界时的速度 v16.0 m/s 设导体杆通过半圆形轨道的最高位置时的速度为设导体杆通过半圆形轨道的最高位置时的速度为 v，则有：，则有：mgmv 2 R0 在导体杆从刚进入磁场到滑至最高位置的过程中在导体杆从刚进入磁场到滑至最高位置的过程中， 由能量守恒定律有由能量守恒定律有： 1 2mv 2 2 1 1 Qmg2R01 2mv 2 mgd 解得：解得：Q0.94 J。 答案答案 (1)3 A，方向为由，方向为由 b 指向指向 a(2)0.4 C(3)0.94 J
