高考物理专题23. 电磁阻尼模型（原卷版）

高考物理《电磁感应》常用模型最新模拟题精练专题23.电磁阻尼模型一．选择题1.（2023福建厦门名校联考）如图所示，一根质量为M、长为L的铜管放置在水平桌面上，现让一块质量为m、可视为质点的钕铁硼强磁铁从铜管上端由静止下落，强磁铁在下落过程中不与铜管接触，在此过程中A．桌面对铜管的支持力一直为MgB．铜管和强磁铁组成的系统机械能守恒C．铜管中没有感应电流D．强磁铁下落到桌面的时间大于强磁铁的自由落体运动时间2.(2022广东潮州二模)电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示，扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动，虚线把圆环分成八等份，扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来，实验小组设计了以下几种方案，其中虚线为匀强磁场的理想边界，边界内磁场大小均相同，其中最合理的是（ ）A B.C. D.3.（2022江苏南京二模）如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。电磁制动是一种非接触的制动方式，其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（ ）A.制动过程中，导体不会产生热量B.如果导体反向转动，此装置将不起制动作用C.制动力的大小与线圈中电流的大小无关D.线圈电流一定时，导体运动的速度越大，制动力就越大4（6分）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情况，下列情况可能发生的是（ ）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5.（2022北京西城期末）如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（ ）A.制动过程中，导体不会产生热量B.如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力C.制动力的大小与导体运动的速度无关D.为了使导体获得恒定的制动力，制动过程中可以逐渐增大线圈中的电流6.（2021广东佛山二模）在油电混合小轿车上有一种装置，刹车时能够将汽车的动能转化为电能，启动时再将电能转化为动能，从而实现节能减排。图中，甲、乙磁场方向与轮子的转轴平行，丙、丁磁场方向与轮子的转轴垂直，轮子是绝缘体，则采取下列哪个措施，能有效地借助磁场的作用，让转动的轮子停下（）A.如图甲，在轮上固定如图绕制的线圈B.如图乙，在轮上固定如图绕制的闭合线圈C.如图丙，在轮上固定一些细金属棒，金属棒与轮子转轴平行D.如图丁，在轮上固定一些闭合金属线框，线框长边与轮子转轴平行7.（2021江苏常州一模）零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难．在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难．下列方案合理的是( )8．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( )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．铜盘转动速度是否变化，要根据磁铁的上、下两端的极性来决定9．物理课上，老师做了一个“神奇”的实验：如图所示，将30cm长的铜管竖直放置，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才从下管口落出。对于这个实验现象同学们经分析讨论作出相关的判断，你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力，磁铁与管壁没有接触)( )A.如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铜管中，永远不落下来B．磁铁在铜管中运动的过程中，由于不计空气阻力，所以机械能守恒C．如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铜管中运动时间更长，但一定会落下来D．如果将铜管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间10.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相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是( )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11.(2020·衡阳联考)如图所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置，在电梯轿厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是( )A．当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中B．当电梯坠落至题图所示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反C．当电梯坠落至题图所示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落D．当电梯坠落至题图所示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落12.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 ( )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13.（2020年5月青岛二模）如图，物理老师做了一个奇妙的跳环实验：他把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，使铁芯穿过套环，闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起；某同学另找来器材再做此实验，他连接好电路，重复实验，发现线圈上的套环没有动。对比老师做的实验，下列四个选项中，导致套环没有动的原因可能是A．线圈接在了直流电源上B．电源的输出电压过高C．所选线圈的匝数过多D．所用套环的材料与老师的不同14.(多选)光滑绝缘曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程是y=x2,下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中的虚线所示),一个质量为m的小金属球从抛物线上y=b(b>a)处沿抛物线自由下滑,忽略空气阻力,重力加速度为g。则 ( )A.小金属球沿抛物线下滑后最终停在O点B.小金属球沿抛物线下滑后对O点的压力一定大于mgC.小金属球沿抛物线下滑后每次过O点时的速度一直在减小D.小金属球沿抛物线下滑后最终产生的焦耳热总量是mg(b-a)15.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，下列说法中正确的是( )A.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16．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17．(多选)健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一电磁铁，示意图如图所示，人在健身时带动飞轮转动．则( )A．飞轮转速越大，阻尼越大B．电磁铁所接电压越大，阻尼越大C．飞轮材料电阻率越大，阻尼越大D．飞轮材料密度越大，阻尼越大二、计算题和论述题1．(22分)如图所示，质量m＝100g的铝环用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8m，有一质量为M＝200g的小磁铁(长度可忽略)以v0＝10m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离x＝3.6m，小磁铁穿过铝环后的运动可看作平抛运动。(g取10m/s2)(1)在磁铁与铝环发生相互作用时，铝环向哪边偏？(2)若铝环在磁铁穿过后速度为v＝2m/s，则在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？2.如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上高为h的地方，无初速度释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB。则：(1)螺线管A将向哪个方向运动？(2)全过程中整个电路所消耗的电能是多少？3.(2022天津南开二模)为了减小传统制动器的磨损，提高安全性能，某设计师设想用电磁阻尼承担电梯减速时大部分制动的负荷。图1为设计的电磁阻尼制动器的原理图。电梯箱与配重质量都为M，通过高强度绳索套在半径为的承重转盘上，且绳索与转盘之间不打滑。承重转盘通过固定转轴与制动转盘相连。制动转盘上固定了半径为和的内外两个金属圈（图2），两金属圈电阻不计，两金属圈之间用三根互成的辐向导体棒连接，每根导体棒电阻均为R，制动转盘放置在一对励磁线圈之间，励磁线圈产生垂直于制动转盘的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场区域限制在辐向角内，磁场区下边界没有磁场，如图2阴影区所示（始终有且只有一根导体棒在磁场内）。若电梯箱内放置质量为m的货物一起以速度v竖直匀速上升，电梯箱离终点（图中未画出）高度为h时关闭动力系统，仅开启电磁制动，一段时间后，电梯箱恰好到达终点。（1）若在开启电磁制动瞬间，三根金属棒的位置刚好在图2所示位置，制动转盘顺时针运动，则此时制动转盘上的电动势E为多少？此时cd两端的电压为多大？（2）若忽略承重转盘和制动转盘的质量，且不计其它阻力影响，则在上述制动过程中，制动转盘产生的热量是多少？（3）求电梯速度为v时制动转盘的电磁阻尼功率，若要提高制动的效果，试对上述设计做出一处改进。4(2022天津河北区二模)某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置包括电气制动和机械制动两部分。图1所示为该列车在进站停车过程中设定的加速度大小随速度的变化曲线。(1)求列车速度从降至经过的时间t及行进的距离x。（保留1位小数）(2)有关列车电气制动，可以借助图2模型来理解。图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，回路中的电阻阻值为，不计金属棒及导轨的电阻。沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图1中的点。论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图1中画出图线。(3)制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。分析说明列车从减到的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强?(注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明)5.（18分）（2021天津市河东区一模）嫦娥五号成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心，小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为l的平行导轨、产生垂直船舱导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“∧”型刚性线框组成，“∧”型线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在起，总质量为m1，整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v0，接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3r，“∧”型线框的质量为m2，其7条边的边长均为l，每