2021学年3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动复习练习题

第二章 电磁感应

第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

一、单选题

1．高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝融化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是（　　）

A．减小焊接缝的接触电阻

B．增大焊接缝的接触电阻

C．增大交变电流的电压

D．增大交变电流的频率

【答案】A

【详解】

AB．增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升的很高，故B正确，不符合题意，A错误，符合题意。

C．当增大交变电流的电压，线圈中交流电流增大，则磁通量变化率增大，因此产生感应电动势增大，感应电流也增大，所以焊接时产生的热量也增大，故C正确，不符合题意；

D．高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快，故D正确，不符合题意。

故选A。

2．零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（　　）

A． B． C． D．

【答案】D

【详解】

AC．如图所示，当指针向左偏转时，铝框或铝板可能会离开磁场，产生不了涡流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，A、C方案不合理，AC错误；

B．此图是铝框，磁场在铝框中间，当指针偏转角度较小时，铝框不能切割磁感线，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，B方案不合理，B错误；

D．此图是铝板，磁场在铝板中间，无论指针偏转角度大小，都会在铝板上产生涡流，起到电磁阻尼的作用，指针会很快稳定的停下，便于读数，D方案合理，D正确。

故选D。

3．如图所示，磁电式电流表的线圈常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，铝框的两端装有转轴，转轴的两边各有一个螺旋弹簧（绕制方向相反），关于磁电式电流表下列说法正确的是（　　）

A．线圈通电后，由于螺旋弹簧的弹力作用，可以使指针尽快稳定下来

B．线圈通电后，由于铝框中的电磁阻尼作用，可以使指针尽快稳定下来

C．线圈骨架换成塑料，通电后也可以使指针尽快稳定下来

D．在运输时要把正负接线柱用导线连在一起，主要是为了增强铝框中的电磁阻尼作用

【答案】B

【详解】

AB．常用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，利用了铝框的电磁阻尼作用，故A错误，B正确；

C．塑料做骨架因不能导电则达不到电磁阻尼的作用，故C错误；

D．在运输时要把正负接线柱用导线连在一起，是接通回路能产生铝框中的电磁阻尼作用，而不能增强，故D错误；

故选B。

4．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于（　　）

A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd

【答案】D

【详解】

磁感线环绕的方向沿着闭合铁芯，根据楞次定律及右手螺旋定则，产生的涡旋电流的方向垂直于图示变压器铁芯的正面，即与图示abcd面平行，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应平行于平面aehd，故选D。

5．有一种手持金属探测器实物及其结构原理图可简化为图所示。探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈（外环）可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场；内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属物发出的磁场（接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场）。随着发射线圈产生的磁场方向反复变化，它会与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声。若发射线圈产生向下且增强的磁场，则下列说法中正确的是（　　）

A．金属物产生的感应磁场的方向竖直向下

B．金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针方向

C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈会产生微弱的电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的

D．如果金属物中某时刻发出向上的磁场，那么接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向

【答案】C

【详解】

A．由题知探测器发射线圈发出的磁场竖直向下且增强，根据楞次定律可确定金属物中感应电流产生的磁场方向应竖直向上，用安培定则可判断金属物中的感应电流的方向，从上往下看是沿逆时针方向，故AB错误；

C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，会引起接收线圈产生微弱的电流，使探测器报警，故C正确；

D．如果金属中发出向上逐渐增加的磁场，根据楞次定律及安培定则可判断接收线圈感应电流从上向下看为顺时针方向，故D错误。

故选C。

6．如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（　　）

A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同

B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁大

C．线圈转动时将产生感应电流

D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda

【答案】C

【详解】

AB．由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁极同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。如两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，故AB错误；

C．当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生感应电流，故C正确；

D．当线圈相对磁铁转过时电流方向不再是abcda，故D错误。

故选C。

7．健身车的磁控阻力原理如图所示，在铜质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无关

C．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，其受到的阻力越小

D．磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮转速越大，其受到阻力越大

【答案】D

【详解】

AB．轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，而安培力的大小与其材料的电阻率有关，与其密度无关，AB错误；

C．磁铁越靠近飞轮,飞轮处的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势越大，感应电流越大，安培力越大，飞轮受到的阻力越大，C错误；

D．磁铁与飞轮间距离不变时，飞轮的转速越大，则飞轮上产生的感应电动势越大，感应电流越大，安培力越大，飞轮受到的阻力越大，D正确。

故选D。

8．弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现（　　）

A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变

B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变

C．S闭合或断开，磁铁的振动幅度不变

D．S闭合或断开，磁铁的振动幅度均发生变化

【答案】A

【详解】

当S闭合后，线圈构成闭合回路，当条形磁铁竖直运动时，穿过线圈的磁通量发生变化，从而使线圈产生感应电流，由楞次定律可得，感应电流的磁场阻碍磁铁的运动，使振幅减小，不闭合线圈，不会产生感应电流，振幅不变

故选A。

9．如图所示为实验室所用的某种灵敏天平，安装在天平臂一端（图中的右端）的金属片置于蹄形磁铁的两个磁极之间，该装置有利于振动的天平臂迅速平静下来，现因物体放置在秤上引起天平臂的摆动带动金属片上下运动，则以下说法正确的是（　　）

A．当金属片上下运动，由于穿过金属片的磁通量没有发生变化，因此金属片中没有感应电流

B．当金属片上下运动时，金属片中会产生逆时针方向的涡流

C．当金属片向上运动时，金属片受到向下的磁场力

D．由于金属片在上下运动，受到的磁场力总是阻碍金属片的运动，使其机械能转化为内能，导致物体质量测量值偏小

【答案】C

【详解】

A．当金属片上下运动，由于穿过金属片的磁通量发生变化，因此金属片中产生感应电流，A错误；

B．当金属片上下运动时，金属片中会产生方向变化的涡流，涡流的方向与金属片的运动方向有关，B错误；

C．当金属片向上运动时，根据“来拒去留”原则，金属片受到向下的磁场力，C正确；

D．当天平静止时，磁场力消失，不会导致物体质量测量值偏小，D错误。

故选C。

10．如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一粗细和大小相同的铝环，B环封闭，A环有一个小缺口。横杆可绕中心点自由转动，老师拿条形磁铁插向其中一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是（　　）

A．磁铁N极插向A环，A环上会产生顺时针方向的感应电流

B．磁铁N极插向B环，B环上会产生逆时针方向的感应电流

C．磁铁插向A环，横杆会发生转动，这是电磁驱动现象

D．磁铁插向B环，横杆会发生转动，这是电磁阻尼现象

【答案】B

【详解】

AC．A环不闭合，磁铁插向A环时，不产生感应电流，环不受力，横杆不转动，AC错误；

B．B环闭合，磁铁插向B环时，环内产生感应电流，环受到磁场的作用，横杆转动；根据楞次定律可知，阻碍相对运动，横杆逆时针转动，B正确

D．磁铁插向B环，横杆逆时针转动，这是电磁驱动，不是电磁阻尼现象，D错误。

故选B。

二、多选题

11．为了保护微安表，在运输电表时通常用导线把正负接线柱连接在一起。这一巧妙设计与下列哪些选项有着相同的物理规律（　　）

A．闭合电路欧姆定律

B．被毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷

C．避雷针尾端通常深入地下，与一块大的金属板连接在一起

D．伽利略理想斜面实验中小球总是滚到相同高度

【答案】AC

【详解】

微安表在运输中指针晃动可以产生电势差，我们把正负极接通消除电势差才会安全，闭合电路原理即利用电源电势差；避雷针与大金属板接通也是消除电势差；被毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，是为了产生电荷；伽利略理想斜面实验中小球总是滚到相同高度，与电势差无关。故AC正确，BD错误。

故选AC。

12．下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是（　　）

A．真空冷炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B．自制金属探测器是利用地磁场来进行探测的

C．电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物

D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流

【答案】AD

【详解】

A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，故A正确；

B．金属探测器中变化电流遇到金属物体，在被测金属中上产生涡流来进行探测，故B错误；

C．家用电磁炉工作时，在锅体中产生涡流，加热食物，故C错误；

D．当变压器中的电流变化时，在其铁芯将产生涡流，使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流的损失，故D正确。

故选AD。

13．下列情景中说法正确的是（　　）

A．图甲是磁电式电流表的内部结构图，里面的线圈常常用铝框做骨架，因为铝框材质比较轻，同时在磁场中转动时能产生电磁阻尼，让线圈快速稳定下来

B．图乙是动圈式扬声器的结构示意图，当话筒使用时，声音使纸盆振动，带动线圈切割磁感线，从而产生感应电流

C．图丙是电子感应加速器中的俯视图，图中电子的运动方向为逆时针，为使电子沿轨道运动，轨道中的磁场方向应垂直纸面向内

D．图丁是两根空心铝管，左管完好，右管右侧开有裂缝，现让一块磁性很强的小磁铁依次从两管上方静止释放，小磁铁在左侧铝管中受到阻碍而缓慢下落，在右侧铝管中自由下落

【答案】AB

【详解】

A．磁电式电流表里面的线圈常常用铝框做骨架，因为铝框在磁场中转动时能产生阻尼，让线圈快速稳定下来，A正确；

B．电流通过线圈，在安培力作用下线圈发生振动，从而带动纸盆振动发出声音；动圈式扬声器也可以当话筒使用，声音使纸盆振动，带动线圈切割磁感线，从而产生感应电流，B正确；

C．电子逆时针运动，洛伦兹力提供向心力，根据左手定则可知，磁场方向为垂直纸面向外，C错误；

D．乙管有裂缝，涡流仍旧存在，只不过没有完好时那么大，所以不可能做自由落体运动的，D错误。

故选AB。

三、解答题

14．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的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。

【答案】铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动铜盘能在较短的时间内停止转动。

【详解】

把磁铁加在铜盘边缘，铜盘内就会产生涡流，起到电磁阻尼作用。

15．如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。请通过分析形成以下结论：把条形磁铁向水平方向移动时，金属圆环将受到水平方向运动的驱动力，驱动力的方向跟条形磁铁运动的方向相同。

【答案】见解析

【详解】

当条形磁铁沿轴线竖直向右迅速移动时，闭合导体环内的磁通量减小，因此线圈做出的反应是：根据“增缩减扩”，则面积有扩大的趋势，同时根据“来拒去留”可知线圈将跟随磁铁运动，金属圆环受安培力向右。

16．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，杆上挂有一光滑螺旋管A．在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁B(可视为质点)，B下滑至水平轨道时恰好沿螺旋管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.

（1）螺旋管A将向哪个方向运动？

（2）全过程中整个电路所消耗的电能．

【答案】（1）向右（2）

【详解】

（1）磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动．

（2）全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，所以

mgh＝M＋m＋E电

即E电＝mgh－（M＋m）