高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动当堂达标检测题

课时3涡流、电磁阻尼和电磁驱动分层作业进阶拓展（1）第二章电磁感应2021_2022学年高二物理选择性必修第二册（人教版2019）

练习

一、单选题，共10小题

1．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

2．如图所示，将三个相同的圆柱形永磁体A、B、C，同时从等高的竖直放置的空心铜管、空心侧面不闭合的铜管（有从上到下的裂缝）、空心塑料管上端口处由静止释放，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　）

A．永磁体A先到达管底

B．永磁体B先到达管底

C．永磁体C先到达管底

D．永磁体B、C同时到达管底

3．如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。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。则关于小磁块，下列说法正确是（　　）

A．小磁块下落时间长的管是塑料管

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动

D．小磁块落至底部时速度大小相等

4．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱。对这些现象做出正确解释的是（　　）

A．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈不产生感应电动势

B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用

C．接上导线后，表针晃动明显减弱是因为表内线圈产生感应电动势

D．接上导线后，表针晃动明显减弱是因为表内线圈受到安培力的作用

5．雅礼中学99级校友阳萌发现不同系统的智能手机都有其各自的充电器，且不能通用。阳萌和他的团队花了一年多时间研发出一种带有万能芯片可以自动识别不同系统智能手机的充电器Anker，其中有一款产品支持无线充电技术，该技术使用的是以下哪一种物理原理（　　）

A．电流热效应 B．电磁感应

C．静电感应 D．霍尔效应

6．如图所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，条形磁铁落地用时t1，落地时速度为v1；开关S闭合时，条形磁铁落地用时t2，落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是 （　　）

A．t1＞t2，v1＞v2 B．t1＝t2，v1＝v2

C．t1＜t2，v1＜v2 D．t1＜t2，v1＞v2

7．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．

8．如图所示，这是机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情形，其基本原理是当探测线圈靠近金属物体时，会在金属物体中感应出电流。下列科技实例的工作原理，与金属探测器的工作原理不同的是（　　）

A．真空冶炼炉 B．交流感应电动机

C．回旋加速器 D．电子感应加速器

9．关于课本中下列图片的解释错误的是（　　）

A．真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化

B．使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以

C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流

D．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的

10．教材中介绍了很多利用电场和磁场工作的装置，以下各装置中哪一个工作原理不同于另外三个装置（　　）

A．速度选择器 B．磁流体发电机 C．电磁流量计 D．电磁炉

二、多选题，共4小题

11．下列说法中正确的是（　　）

A．电磁炉中的线圈通高频电流时，在铁磁性金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物

B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，是为了防止产生电磁感应

C．可以通过增加线圈匝数或者插入铁芯来增大自感线圈的自感系数

D．车站的安检门探测人携带的金属物品的工作原理是电磁感应

12．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法正确的是（　　）

A．金属探测器可用于大米装袋，防止细小的砂石颗粒混入大米中

B．金属探测器应用于安检场所，探测器与被测物体相对静止时也可以得出探测效果

C．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

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

13．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述中可能正确的是（　　）

A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的

B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的

C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的

D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的

14．如图，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧．导线PQ中通有正弦交流电i，i的变化如图所示，规定从Q到P为电流正方向．导线框R中的感应电动势　　

A．在时为零

B．在时改变方向

C．在时最大，且沿顺时针方向

D．在时最大，且沿顺时针方向

三、填空题，共4小题

15．下列现象属电磁阻尼的是________，属电磁驱动的是________。

A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做

B．微安表的表头在运输时要把两接线框短接

C．自制金属地雷探测器

D．交流感应电动机

E．当图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动

16．探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中___________有的电流．如果地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．

17．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．

(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：________________和________________．

(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．

(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：

根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？__________________和_______________ (请写出两点)

18．阅读短文，回答问题：

磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，是高新技术的产物。上海磁悬浮列车示范运营线项目于2006年4月26日正式通过国家竣工验收。正线全长约30 km，设计最高运行时速430 km/h，单向运行时间7 min 20 s。

(1)上海磁悬浮列车的结构如图甲所示。要使列车悬浮起来，车身线圈的上端是________极。

(2)如图乙是另一种磁悬浮列车的设计原理图．A是磁性稳定的电磁铁，安装在铁轨上，B是安装在车身上（紧靠铁轨上方）的电阻非常小的螺线管。B中电流方向如图乙所示，请在图中标出通电螺线管的N极，螺线管B与电磁铁A之间相互________（选填“排斥”或“吸引”），从而使列车悬浮在铁轨上方。

四、解答题，共4小题

19．如图所示，水平放置的光滑导轨MN、PQ上放有长为L、电阻为R、质量为m的金属棒ab，导轨左端接有内阻不计、电动势为E的电源组成回路，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨电阻不计且足够长，并与开关S串联。求闭合开关后，金属棒可达到的最大速度。

20．如图所示，用导线制造精密电阻时，往往采用双线绕法。用这种绕法制造的线圈能使自感现象减弱到可忽略不计的程度。请解释这是为什么。

21．如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸面平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动，如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么。

22．如图为法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。圆盘处于水平向右的匀强过场中，圆盘平面与磁感线垂直，从左向右看，圆盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。已知匀强磁场磁感应强度大小为B，圆盘半径为r，定值电阻的阻值为R。

（1）判断通过电阻R的电流方向；

（2）求这个发电机的电动势E；

（3）如果圆盘不转动，使磁场的磁感应强度以规律变化（k为常数），请判断圆盘上是否产生了感应电流？是否有电流通过电阻R？简要说明理由。

参考答案：

1．A

【解析】

【详解】

A．电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音利用了电流的磁效应，故A错误；

B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流，故B正确；

C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理，故C正确；

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，故D正确。

本题选不正确的，故选A。

2．D

【解析】

【详解】

当永磁体下落时，对铜管而言相对于若干导线切割磁感线，产生感应电流，由于磁场与电流的相互作用，使得永磁体下落变慢（阻碍磁通变化）。对于不闭合铜管，在磁体下落时因为无闭合回路，不会有感应电流，从而不会阻碍永磁体下落，即磁体做自由落体运动。对塑料管而言不是导体，既无感应电动势，也无感应电流产生，因此永磁体做自由落体运动，因此永磁体B、C同时到达管底，A后到达管底。

故选D。

3．C

【解析】

【详解】

AC．当小磁块在光滑的金属管中下落时，由于穿过金属管的磁通量变化，导致金属管产生感应电流，从而产生安培阻力，而对于塑料管内小磁块没有任何阻力，在做自由落体运动，所以在金属管中小磁块受到安培阻力，则在金属中的下落时间比在塑料管中的长，故A错误，C正确；

B．在塑料管中下落时机械能守恒；在金属管中下落时机械能减小，选项B错误；

D．在塑料管中下落时加速度较大，则小磁块落至底部时速度较大，选项D错误。

故选C。

4．D

【解析】

【详解】

A．未接导线时，表针晃动过程中线圈转动切割磁感线，表内线圈会产生感应电动势，故A错误；

B．未接导线时，未连成闭合回路，没有感应电流，所以不受安培力，故B错误；

CD．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，回路闭合有感应电流，根据楞次定律可知，线圈会受到与转动方向相反的安培力作用，所以表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用，故C错误，D正确。

故选D。

5．B

【解析】

【详解】

无线充电是指利用电磁感应原理进行充电的设备，在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接交流电源产生变化磁场，接收端线圈因为磁通量变化从而产生电流给电池充电。

故选B。

6．D

【解析】

【详解】

开关S断开时，线圈中没有感应电流产生，不受安培力，则条形磁铁也不受安培力，所以磁铁自由下落，加速度为g；S闭合时，穿过线圈的磁通量在变化，将产生感应电流，根据楞次定律“来拒去留”可知，磁铁受到向上的安培力，合力小于重力，加速度小于g，所以下落时间延长，落地速度减小，即有t1＜t2，v1＞v2。

故选D。

7．C

【解析】

【详解】

扇形铜框逆时针转动时，对于A、D选项，通过铜框的磁通量不发生变化，无感应电流产生，则线圈不会受到安培力阻碍；

对于B、C选项，通过铜框的磁通量发生变化，产生感应电流，B项的铜框只有单边或受到安培阻力作用，而C项的铜框边、边同时受到安培阻力作用，所以最合理的是C选项。故ABD错误，C正确。

故选C。

8．C

【解析】

【详解】

A．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外绕有线圈，线圈中通有高频电流，产生的变化磁场使炉内的金属中产生涡流；从而使金属的温度升高来冶炼高质量的合金，A不符合题意；

B．交流感应电动机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用，属于电磁驱动原理工作的， B不符合题意；

C．回旋加速器的原理是利用带电粒子在交变电场中加速，在磁场中偏转的原理制成的，没利用电磁感，C符合题意；

D．感应加速器是利用感生电场对电子加速的设备，D不符合题意。

故选C。

9．B

【解析】

【详解】

A．真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化，故A正确；

B．使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以，故B错误；

C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流，故C正确；

D．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的，故D正确。

本题选错误项，故选B。

10．D

【解析】

【详解】

速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计都是带电粒子在电磁场中的运动。而电磁炉是电磁感应现象。

故选D。

11．ACD

【解析】

【详解】

A．电磁炉中的线圈通高频电流时，在铁磁性金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物，故A正确；

B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，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，故B错误；

C．可以通过增加线圈匝数或者插入铁芯来增大自感线圈的自感系数，故C正确；

D．车站的安检门探测人携带的金属物品的工作原理是有交流电通过的线圈产生迅速变化的磁场，磁场在金属物体内部能感生涡电流;涡电流又会产生磁场，反过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声，故D正确。

故选ACD。

12．BD

【解析】

【详解】

A．金属探测器只能探测金属，大米中的砂石不是金属，不能产生涡流，所以不能防止细小的砂石颗粒混入大米中，故A错误；

B．因为探测器产生的磁场是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，故B正确；

C．电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音时，利用了电流的磁效应，故C错误；

D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流，能起电磁阻尼的作用，故D正确。

故选BD。

13．AD

【解析】

【分析】

【详解】

由题意可知，小球在B管中下落的速度要小于A管中的下落速度，故说明小球在B管时受到阻力作用；其原因是金属导体切割磁感线，从而使闭合的导体中产生感应电流，由于磁极间的相互作用而使小球 受向上的阻力；故B管应为金属导体，如铜、铝等，而A管应为绝缘体，如塑料、胶木等，故AD正确BC错误。

故选AD。

14．AC

【解析】

【详解】

本题考查交变电流图象、法拉第电磁感应定律、楞次定律及其相关的知识点．

解析   由图（b）可知，导线PQ中电流在t=T/4时达到最大值，变化率为零，导线框R中磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律，在t=T/4时导线框中产生的感应电动势为零，选项A正确；在t=T/2时，导线PQ中电流图象斜率方向不变，导致导线框R中磁通量变化率的正负不变，根据楞次定律，所以在t=T/2时，导线框中产生的感应电动势方向不变，选项B错误；由于在t=T/2时，导线PQ中电流图象斜率最大，电流变化率最大，导致导线框R中磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律，在t=T/2时导线框中产生的感应电动势最大，由楞次定律可判断出感应电动势的方向为顺时针方向，选项C正确；由楞次定律可判断出在t=T时感应电动势的方向为逆时针方向，选项D错误．

15．     AB     DE

【解析】

【详解】

[1]电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动，磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做，是利用电磁阻尼作用让指针快速停止摆动；微安表的表头在运输时要把两接线框短接，也是利用电磁阻尼作用让表头指针不发生剧烈摆动。

[2]电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动，交流感应电动机是利用电磁驱动使电动机线圈转动；E选项图中B变大时，a、b在安培力的作用下沿固定光滑导轨滑动。

16．     变化着     金属物品     涡流     磁场     电流

【解析】

【详解】

探测器中有交流电流；其产生变化的磁场；其磁场会在金属物品中感应出涡流；而涡流产生的磁场又会发过来影响线圈中的电流，从而使仪器报警．

17．     电流产生磁场     热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高     锅     电磁炉     电     内     热效率高     功率调节范围大

【解析】

【详解】

（1）电磁炉在使用中触及到的物理知识：电流产生磁场；热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高)．

（2）在使用电磁炉加热食物时，因热量由锅内的涡流产生，则电磁炉和锅之间的传热方向是：由锅传递给电磁炉；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗电能得到热能．

（3）电磁炉与普通的电加热器相比优点：热效率高；功率调节范围大.

18．     S     排斥

【解析】

【详解】

(1)[1]．在图甲中，应把车身吸引上来，才能使车身悬浮，故车身线圈上端是S极；

(2)[2]．在图乙中，根据右手螺旋定则知，通电螺线管的上端是N极，下端是S极，要使车悬浮起来，相对的两个磁极应相互排斥。

19．

【解析】

【详解】

闭合开关后，金属棒在安培力的作用下向右运动。当金属棒的速度为v时，产生的感应电动势E=BLv，它与电源电动势为反接，从而导致电路中的电流减小，安培力减小，金属棒的加速度减小，即金属棒做加速度越来越小的变加速运动。当加速度为零时，金属棒的速度达到最大值，金属棒产生的感应电动势与电源电动势大小相等，回路中电流为零，此后导体棒将以这个最大的速度做匀速运动。金属棒速度最大时，有

E=BLvm

解得

vm=

20．由于两个线圈的绕向相同，但电流方向相反，所以其磁场方向相反。两者磁性强度相同，磁场方向相反，相互抵消，所以螺旋管内没有磁场，两股导线中原电流的磁通量相互抵消，可使线圈的自感现象减弱到可忽略不计的程度；

【解析】

【分析】

【详解】

由于两个线圈的绕向相同，但电流方向相反，所以其磁场方向相反。两者磁性强度相同，磁场方向相反，相互抵消，所以螺旋管内没有磁场，两股导线中原电流的磁通量相互抵消，可使线圈的自感现象减弱到可忽略不计的程度；

21．见解析。

【解析】

【详解】

没有开长缝的铜片绕O点在纸面内摆动时，由于磁场有圆形边界，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片内产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动；如果在铜片上开有多条长缝时，就可以把涡流限制在缝与缝之间的铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片就可以摆动较多的次数。

22．（1）由b流向a；（2）；（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。

【解析】

【详解】

（1）根据右手定则可知，圆盘中电流由C流向D，所以通过电阻R的电流方向为由b流向a。

（2）将圆盘看成由无数细辐条并联组成，每根辐条产生的感应电动势相同。设在Δt时间内，辐条转过的角度为α，则

在此过程中辐条扫过的面积为

扫过面积对应的磁通量变化量为

根据法拉第电磁感应定律可得

（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。