高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课后练习题

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动专题复习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．电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据电磁感应现象，人们发明了许多电器设备．下列用电器中，没有利用电磁感应原理的是(　　)

A．动圈式话筒 B．安全检查门

C．磁带录音机 D．白炽灯泡

2．当交变电流通过导体时，由于交变电流激发的交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时电流将主要地集中到导体表面，这种效应称为趋肤效应。电流的频率越高，趋肤效应越明显。下列说法不正确的是（　　）

A．趋肤效应等效于导线的横截面减小，电阻增大

B．利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材

C．在高频高压交流输电线中心部分改用抗拉强度大、电阻率大的钢丝会增加热损耗

D．在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线可减小趋肤效应

3．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．减少线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯

4．如图1所示是一个电磁阻尼现象演示装置，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；如图2所示，若在其正下方固定一铜块（不与磁铁接触），则摆动迅速停止。关于实验以下分析与结论正确的是

A．如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象

B．用闭合的铜制线圈替代铜块，重复试验将不能观察到电磁阻尼现象

C．在图2情况中，下摆和上摆过程中磁铁和锯条组成的系统机械能均减少

D．在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力

5．关于电磁感应现象，下列说法错误的是（　　）

A．变压器铁芯做成片状是为了减小涡流

B．真空冶炼炉的炉外线圈应通入高频交流电

C．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁驱动

D．车站和重要场所的安检门可以探测人身携带的金属物品

6．电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了很多电器设备，下列电器设备中利用电磁感应原理工作的是（　　）

A．微波炉 B．电磁炉 C．充电宝 D．白炽灯

7．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列说法中正确的是（　　）

A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关

B．电磁炉中通入电压恒定的直流电也能正常工作

C．环保绝缘材料制成的锅体可以利用电磁炉来烹饪食物

D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成以便于加快热传递

8．变压器的铁芯是利用硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（　　）

A．增大涡流，提高变压器的效率

B．减小涡流，提高变压器的效率

C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量

D．减小铁芯中的电阻，以减小发热量

9．如图所示的区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一个电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴匀速转动(O轴位于磁场边界)，周期为T，t＝0时刻线框置于如图所示位置，则线框内产生的感应电流的图像为(规定电流顺时针方向为正)(　　)

A． B．

C． D．

10．动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图1是话筒原理图，图2是录音机的录音、放音原理图，由图可知不正确的是（　　）   

A．话筒工作时磁铁不动线圈振动而产生感应电流

B．录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流

C．录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

D．录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

11．在水平桌面上，一个面积为的圆形金属框置于匀强磁场中，金属框平面与磁场垂直，磁感应强度随时间的变化关系如图甲所示。内磁场方向垂直金属框平面向下．圆形金属框与一个水平的宽度为的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长也为、电阻为，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度恒为，方向垂直于导轨平面向下，如图乙所示。若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力随时间变化的图像是（设向右为静摩擦力的正方向）（　　）

A． B．

C． D．

12．如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有用轻质弹簧悬挂的条形磁铁。现将磁铁托起到弹簧处于原长时放开，磁铁将沿竖直方向上下振动。若磁铁在振动过程中始终没有接触桌面，则有（　　）

A．磁铁上下振动时，金属圆环中将产生方向始终不变的感应电流

B．当磁铁运动到最低点时，圆环中产生的感应电流最大

C．在磁铁向下运动的过程中，圆环对桌面的压力大于圆环的重力

D．在磁铁静止不动后，磁铁减少的重力势能全部转化为圆环中产生的内能

13．如图所示，将一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，铝框可以绕竖直轴线自由转动．转动磁铁，会发现静止的铝框也会发生转动．下列说法正确的是　　

A．铝框与磁极转动方向相反

B．铝框始终与磁极转动的一样快

C．铝框是因为磁铁吸引铝质材料而转动的

D．铝框是因为受到安培力而转动的

14．如图所示，其中不属于利用涡流工作的是（　　）

A．图1真空冶炼炉，可以冶炼高质量的合金

B．图2电磁炉加热食物

C．图3超高压输电线上作业的工人穿戴包含金属丝的织物制成的工作服

D．图4安检门可以探测人身携带的金属物品

15．随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的生活．某品牌手机的无线充电原理如图所示．关于无线充电，下列说法正确的是（   ）

A．充电底座中的发射线圈将磁场能转化为电能

B．充电底座可以直接使用直流电源实现对手机的无线充电

C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同

D．无线充电时手机接收线圈利用“电流的磁效应”获取电能

二、填空题（共4题）

16．(1)某同学欲将如图1所示的微安表改装成量程为的电压表。已知微安表的内阻为，需要_____（选填“串联”或“并联”）________的电阻。

(2)该同学用改装后的电压表测量某段电路两端的电压时，指针所指位置如图2所示，则所测的电压为________。

(3)微安表在运输时需要用导体把正负两个接线柱连在一起，请说明这样做的理由______。

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．涡流大小的决定因素：磁场变化越______（越______），导体的横截面积S越______，导体材料的电阻率越______，形成的涡流就越大。

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．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。

21．如图所示的电路中，电流表的内阻不计，电阻R1＝2.5 Ω，R2＝7.5 Ω，线圈的直流电阻可以忽略。闭合开关S的瞬间，电流表读数I1＝0.2 A，当线圈中的电流稳定后，电流表的读数I2＝0.4 A，试求电池的电动势和内阻。

22．如图甲所示，电阻r＝2Ω的金属棒ab垂直放置在水平导轨正中央，导轨由两根长L＝2m、间距d＝1m的平行金属杆组成，其电阻不计，在导轨左端接有阻值R＝4Ω的电阻，金属棒与导轨接触良好。从t＝0时刻开始，空间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度随时间变化如图乙所示，在t＝0.1s时刻，金属棒恰好沿导轨开始运动。取重力加速度g＝10m/s2。求：

（1）在0.1s内，导体棒上所通过的电流大小和方向；

（2）在0.1s内，电阻R上所通过的电荷量q及产生的焦耳热Q；

（3）在0.05s时刻，导体棒所受磁场作用力的大小F和方向。

23．某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发射装置，如图所示。竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨，间距为l。导轨间加有垂直导轨平面向里的匀强磁场B。绝缘火箭支撑在导轨间，总质量为m，燃料室中的金属棒EF电阻为R，并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触。

引燃火箭下方的推进剂，迅速推动刚性金属棒CD（电阻可忽略且和导轨接触良好）向上运动，当回路CEFDC面积减少量达到最大值，用时△t，此过程激励出强电流，EF产生电磁推力加速火箭。在时间内，电阻R产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体。当燃烧室下方的可控喷气孔打开后，喷出燃气进一步加速。

(1)求在时间内，回路中感应电动势的平均值及通过金属棒EF的电荷量，并判断金属棒EF中的感应电流方向；

(2)经时间火箭恰好脱离导轨，求火箭脱离时的速度v0；（不计空气阻力）

(3)请对该设计谈谈你的看法。

参考答案：

1．D

2．C

3．B

4．C

5．C

6．B

7．A

8．B

9．A

10．C

11．A

12．C

13．D

14．C

15．C

16．     串联               利用电磁阻尼原理，目的是保护电表指针，防止指针打坏

17．     铁     有机玻璃     铜和铝

18．     快     大     大     小

19．     利用     电磁阻尼

20．

使用高频电磁感应电炉冶炼金属时，在炉外的线圈中通入高频交变电流，从而产生交变磁场，交变磁场进而使炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量最终使金属熔化。

21．3 V，5 Ω

22．（1）2A，从b到a；（2）0.2C，1.6J；（3）1.2N，水平向左

23．(1) ，；电流方向向右；(2) ；

(3)这种设计让火箭在发射轨道内加速时，使用电磁加速，大大节省了火箭的发射燃料，从而减少了火箭的重量，使火箭更容易发射。