高中物理第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动一课一练

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法正确的是（  ）

A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的

B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底部产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的

C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的

D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的

2．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（　　）

A．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作

B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流

C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理

D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用

3．中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴（软铁），极靴中间又有一个铁质圆柱（软铁），极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（　　）

A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场

B．线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行

C．将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动减慢

D．在运输时用导线将电流表两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流

4．有关涡流、电磁阻尼与电磁驱动的说法中正确的是（　　）

A．家用电磁炉是利用涡流的磁效应来工作的

B．金属探测器是利用涡流的磁效应来工作的

C．磁电式仪表是利用电磁驱动来工作的

D．电能表是利用电磁阻尼来工作的

5．涡流、电磁驱动和电磁阻尼都是电磁感应现象，三者常常有紧密联系。下列说法正确的是（　　）

A．图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁会很快静止下来，这属于电磁阻尼现象

B．图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁振动时，铝板中会产生涡流，涡流对磁铁总有排斥作用

C．图乙中，竖直放置的蹄形磁铁转动后，同轴的闭合线圈会同向转动，这属于电磁阻尼现象

D．图乙中，蹄形磁铁匀速转动时间足够长，闭合线圈的转速可以大于蹄形磁铁的转速

6．将圆柱形强磁铁吸在干电池的负极，强磁铁的N极朝上S极朝下，金属导线折成上端有一支点，下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源的正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池旋转起来．下列判断正确的是（            ）

A．线框能旋转起来，是因为电场力

B．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转

C．电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率

D．导线框将上下振动

7．如图所示，位于同一绝缘水平面内的两根固定金属导轨 MN、M′N′，电阻不计，两导轨之间存在竖直向下的匀强磁场．现将两根粗细均匀、电阻分布均匀的相同铜棒 ab、cd 放在两导轨上，若两棒从图示位置以相同的速度沿 MN 方向做匀速直线运动，运动过程中始终与两导轨接触良好，且始终与导轨 MN 垂直，不计一切摩擦，则下列说法正确的是( )

A．回路中有顺时针方向的感应电流

B．回路中的感应电流不断增大

C．回路中的热功率不断增大

D．两棒所受安培力的合力不断减小

8．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不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

9．如图所示是一种焊接方法的原理示意图．将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊接工件就焊接在一起了．我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的．下列说法中正确的是（        ）

A．这种焊接方法的原理是电流的磁效应

B．线圈中通入的交流电频率越高，焊缝处温度升高的越快

C．线圈中的电流是很强的恒定电流

D．待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反

10．下图是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景．当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了．图中能反映出金属探测器工作原理的是

A． B．

C． D．

11．下列关于涡流的说法中正确的是（　　）

A．在硅钢片中不能产生涡流

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．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

12．如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接，右端接一个阻值为R的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、接入电路的电阻也为R的金属棒从高度为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g。则金属棒穿过磁场区域的过程中（　　）

A．流过金属棒的最大电流为

B．通过金属棒的电荷量为

C．克服安培力所做的功为mgh

D．金属棒产生的焦耳热为mg（h－μd）

13．以下为教材中的四幅图，下列相关叙述错误的是（　　）

A．甲图是法拉第电磁感应实验，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第根据对称性思想，做了如上实验发现了磁生电的现象

B．乙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属

C．丙图是无轨电车电车在行驶过程中由于车身颠簸电弓和电网之间容易闪现电火花，这是由于车弓脱离电网产生自感电动势使空气电离

D．丁图是电吉他中电拾音器的基本结构金属弦被磁化，弦振动过程中线圈中会产生感应电流从而使音箱发声。如果选用铜质弦，电吉他不能正常工作

14．如图甲所示，OO'轴沿竖直方向，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极间，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO'轴转动，不计摩擦;如图乙所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，不计摩擦，整个曲面处在垂直纸面的磁场中（图中未画出），下列说法正确的是（　　）

A．图甲中当逆时针（从上向下看）转动蹄形磁铁时，磁铁的磁极未知，故线圈转动方向未知

B．图甲中当蹄形磁铁不动时，给闭合线圈一初速度，使其沿OO'轴转动，由于不计摩擦，线圈将匀速转动

C．图乙中若磁场为非匀强磁场，因圆环面积不变，可知圆环磁通量不变，故圆环机械能守恒，滚上的高度仍为h

D．图乙中若磁场为非匀强磁场，圆环滚下过程中，圆环内有感应电流

15．随着电动汽车的大量普及，汽车无线充电受到越来越多的关注。无线充电简单方便，不需手动操作，没有线缆拖拽，大大提高了用户体验。将受电线圈安装在汽车的底盘上，将供电线圈安装在地面上，如图所示。当电动汽车行驶到供电线圈装置上，受电线圈即可“接受”到供电线圈的电流，从而对蓄电池进行充电。关于无线充电，下列说法正确的是（　　）

A．无线充电技术与变压器的工作原理相同

B．为了保护受电线圈不受损坏，可在车底加装一个金属护板

C．只有将供电线圈接到直流电源上，才能对蓄电池进行充电

D．当受电线圈没有对准供电线圈（二者没有完全重合）时，将不能进行无线充电

二、填空题（共4题）

16．电磁感应现象中的感生电场

（1）感生电场

___________认为，磁场变化时会在空间激发一种___________，这种电场叫作感生电场。

（2）感生电动势

由感生电场产生的电动势叫感生电动势。

（3）电子感应加速器

电子感应加速器是利用___________使电子加速的设备，当电磁铁线圈中___________的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。

17．在水平放置的光滑导轨上，沿着导轨方向固定一条形磁铁（如图所示）。现有四个滑块，分别由铜、铁、铝和有机玻璃制成，使它们从导轨上A点以一定的初速度向磁铁滑去，则作加速运动的是__________；作匀速运动的是____________；作减速运动的是________。

18．如图所示为生产中常用的一种延时继电器的示意图．铁芯上有两个线圈A和B、线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路．在断开开关S的时候，线圈A中电流变小至消失时，铁芯中的磁通量_____（选填“减小”、“增大”），从而在线圈_____（选填“A”、“B”）中产生感应电流，此感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，这样就使铁芯中的磁场减弱得_____（选填“快”、“慢”）些，从而弹簧K并不能立即将衔铁D拉起，而使触头C（连接工作电路）立即离开，而是过一小段时间后才执行这个动作．

19．磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是________（填“防止”或“利用”）涡流而设计的，起________（填“电磁阻尼”或“电磁驱动”）的作用。

三、综合题（共4题）

20．如图所示，Ⅰ是竖直放置的闭合的接有毫安表的螺线管，Ⅱ是悬挂在弹簧下端的(不大)强磁铁棒，现使之在Ⅰ中振动．试用能量转化和守恒的观点分析将会出现什么现象，并说明原因．

21．如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？

22．某同学在学习了涡流现象的知识后，制作了如图所示的实验装置。将一个玩具小人连接弹簧悬挂起来，玩具的底部粘上一块强磁铁，并分别制作了铝环、塑料环和带缺口的铝环。

请利用上述实验器材，通过比较的方式，分别设计一个能够演示电磁驱动和演示电磁阻尼的实验。

23．如图甲，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内，导轨间距为1.0m，左端连接阻值R=4.0Ω的电阻；匀强磁场磁感应强度B=0.5T、方向垂直导轨所在平面向下；质量m=0.2kg、长度l=1.0m、电阻r=1.0Ω的金属杆置于导轨上，向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好． t=0时对杆施加一平行于导轨方向的外力F，杆运动的v-t图象如图乙所示．其余电阻不计．求：

（1）从t=0开始，金属杆运动距离为5m时电阻R两端的电压；

（2）在0~3.0s内，外力F大小随时间t变化的关系式．

参考答案：

1．B

2．A

3．B

4．B

5．A

6．C

7．D

8．D

9．B

10．B

11．D

12．D

13．B

14．D

15．A

16．

麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场角感生电场；

电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向变化时，产生的感生电场使电子加速。

17．     铁     有机玻璃     铜和铝

18．     减小     B     慢

19．     利用     电磁阻尼

20．由于磁铁棒Ⅱ在线圈中振动，线圈Ⅰ内磁通量不断发生变化，从而产生感应电流，毫安表指针偏转．此过程中由于机械能向电能的不断转化，磁铁棒的振幅不断减小，直至停止振动，原振动的能量全部转化为电能在线圈中消耗．

21．

有，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。

22．

要演示电磁驱动和演示电磁阻尼实验，必须要在圆环中产生感应电流，感应电流的磁场与玩具小人下面的磁铁作用产生阻尼作用，则必须要求圆环是闭合的铝环，不能用塑料环或带缺口的铝环。

演示电磁阻尼设计实验如下：让圆环不动，让玩具小人上下振动起来，则会发现小人的振动很快停止；

演示电磁驱动设计实验如下：先让玩具小人不动，让圆环上下振动起来，则会发现小人也很快振动起来；

23．（1）1.6V（2）F=0.1+0.1t