高中物理第二章 电磁感应3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动综合训练题

课时3涡流、电磁阻尼和电磁驱动分层作业夯实基础第二章电磁感应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

1．零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．

2．物理课上老师做了这样一个实验，将一平整且厚度均匀足够长的铜板固定在绝缘支架上。一质量为m的永磁体放置在铜板的上端，t=0时刻给永磁体一沿斜面向下的初速度，永磁体将沿斜面向下运动，如图所示。假设永磁体下滑过程中所受的摩擦力f大小不变，且f<mgsinθ（式中θ为铜板与水平面的夹角），取铜板下端所在水平面为零势能面。则下图中关于永磁体下滑过程中速率v、动能Ek、重力势能Ep、机械能E随时间t变化的图像一定错误的是（　　）

A． B．

C． D．

3．关于高频电磁炉，下列说法中正确的是（       ）

A．它是利用变化的磁场在食品中产生涡电流对食品加热的

B．它是利用变化的磁场在铁质锅底产生涡电流，使锅底迅速升温，从而对食品加热的

C．它是利用电磁波使食品加热的，所以有比较强的电磁波辐射，对人体健康不利

D．它跟电炉一样，是让电流通过电阻丝产生热量来对食品加热的

4．下列磁场垂直加在金属圆盘上不能产生涡流的是（　　）

A． B．

C． D．

5．安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。若工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（　　）

A．有金属片通过时，金属片中会感应出涡流

B．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向可能改变

C．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针

D．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小

6．金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是

A．探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场

B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到

C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流

D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流

7．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈.让磁铁在竖直面内摆动列说法中正确的是（）

A．磁铁左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变两次

B．磁铁始终受到感应电流的磁场的斥力作用

C．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力

D．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力，有时是动力

8．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

9．高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是（　　）

A．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场

B．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场

C．磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速

D．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大

10．下列说法中正确的有（　　）

A．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

B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势

C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象

D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器

二、多选题，共4小题

11．下列哪些措施是为了防止涡流的危害（　　）

A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅

B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品

C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成

D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层

12．如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（       ）

A．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快

B．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快

C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较小

D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较大

13．电磁阻尼现象在日常生活中得到广泛应用，如汽车的减震悬架，精密实验仪器的防震等。某减震座椅工作原理示意图如图所示，除了弹簧可减震之外，中间还有磁体和配套定子线圈，在震动过程中磁体可在定子线圈内上下移动。下列说法中正确的是（　　）

A．定子线圈的电阻越小，电磁阻尼现象越明显

B．定子线圈的电阻越大，电磁阻尼现象越明显

C．震动过程中减震系统会产生焦耳热

D．震动过程中减震系统不会产生焦耳热

14．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（       ）

A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的

C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用

三、填空题，共4小题

15．若磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到______的作用，______使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。

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．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．涡流

（1）涡流：当线圈中的___________随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作___________，简称___________。

（2）金属块中的涡流会产生___________，利用涡流产生的___________可以冶炼金属。

四、解答题，共4小题

19．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．

20．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．

21．如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来.

（1）试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系.

（2）试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不是很热.

22．电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环，如图所示（图中没有画出所有的圆环）。导电环所用的材料每米的电阻，从中心向外第n个同心圆环的半径为（n为正整数且），已知。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，已知该磁场的磁感应强度B的变化率为。忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响，不计其他电磁辐射等损失。（取）

（1）写出第1个同心圆环中感应电动势e的瞬时表达式，并求其电功率；

（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场（也称为涡旋电场），上述各环中的感应电流就是电子在感生电场的作用下定向移动形成的。设某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，试分析此过程中感生电场方向，并简述判断理由；

（3）所有导电圆环的总功率P是多大？

参考答案：

1．D

【解析】

【分析】

【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。

2．C

【解析】

【分析】

【详解】

A．小磁铁下滑时由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，所受的摩擦力阻力不变，由

mgsinθ-f-f阻尼=ma

可知，随着小磁铁的加速下滑，阻尼作用增大，则加速度逐渐减小，v-t线的斜率减小，故A正确；

B．若开始下落时小磁铁满足

mgsinθ-f-f阻尼=0

小磁铁匀速下滑，此时动能不变，故B正确；

C．小磁铁下滑时重力势能逐渐减小，但是不会趋近与某一定值，故C错误；

D．小磁铁下滑过程中，由于有电能产生，则机械能逐渐减小，故D正确；

因选错误的，故选C。

3．B

【解析】

【分析】

【详解】

高频电磁炉，是利用变化的磁场在铁质锅底产生涡电流，使锅底迅速升温，从而对食品加热的。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。

故选B。

4．A

【解析】

【详解】

根据电磁感应原理，只要是变化的磁场垂直加在金属圆盘上都能产生涡流，则不能产生涡流的是A。

故选A。

5．A

【解析】

【详解】

A．通电线圈中的电流均匀增大，则产生的磁场均匀增大，有金属片通过时，穿过金属片中的磁通量均匀增大，金属片中会感应出涡流，故A正确；

B．金属片中涡流的磁场与通电线圈中产生的磁场方向相反，虽然会对接收线圈中磁通量的增大有一定的阻碍作用，但不能阻止接收线圈中磁通量增大，所以接收线圈中的感应电流的方向不会改变，故B错误；

CD．无金属片通过时，接收线圈中的磁通量由左向右均匀增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针，根据法拉第电磁感应定律可知接收线圈中的感应电动势不变，感应电流不变，故CD错误。

故选A。

6．C

【解析】

【详解】

金属探测器探测金属时，探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，被测金属中感应出涡流，故选项AD错误，C正确；所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流，所以不一定是只有有磁性的金属物才会被探测器探测到，选项B错误；故选C.

7．C

【解析】

【详解】

磁铁向下摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生逆时针方向的感应电流（从上往下看），磁铁受到感应电流对它的作用力为斥力，阻碍它靠近；磁铁向上摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生顺时针方向的感应电流（从上往下看），磁铁受到感应电流对它的作用力为引力，阻碍它远离，所以磁铁左右摆动一次过程中，电流方向改变四次，感应电流对它的作用力始终是阻力。

故选C。

8．B

【解析】

【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。

9．C

【解析】

【详解】

A．铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；

B．铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B错误；

C．由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C正确；

D．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D错误。

故选C。

10．C

【解析】

【分析】

【详解】

A．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁阻尼，A错误；

B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流有感应电动势，B错误；

C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，C正确；

D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用金属容器，才能产生涡流加热食物，D错误。

故选C。

11．CD

【解析】

【详解】

A．电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用，故A不符合题意；

B．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品，原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而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，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到。即是利用电磁感应的原理来工作的，故B不符合题意；

C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故C符合题意；

D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止，故D符合题意。

故选CD。

12．BD

【解析】

【详解】

AB.高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在待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知，电流变化的频率越高，磁通量变化率越大，产生的电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，B正确，A错误.

CD.焊缝处的电阻大，电流相同时，焊缝处的热功率大，温度高，故C错误，D正确.

13．AC

【解析】

【分析】

【详解】

AB．内部电阻越小，电流越大，安培力越大，阻尼现象越明显， B错误A正确；

CD．减震过程中会产生电流，内部有电阻，就会产生焦耳热， D错误C正确。

故选AC。

14．BC

【解析】

【详解】

把线圈绕在铝框上，在磁场中运动，形成涡流，涡流又形成磁场，反过来与外部磁场相互作用，从而阻碍了指针的运动，故BC正确．

15．     安培力     安培力

【解析】

【分析】

【详解】

略

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

【解析】

【详解】

(1)[1]把微安表改装成电压表,需要串联一个分压电阻，故选填“串联”。

[2]已知微安表的满偏电流为

分压电阻的阻值为

(2)[3]图2的读数为

所测电压为

(3)[4]微安表在运输过程中由于振动会使指针不停的摆动，可能导致指针损坏，若将正负接线柱接在一起，就相当于把电表的线圈电路组成闭合回路，当指针摆动时，产生感应电流，进而就有安培力作用，安培力会阻碍指针的摆动，保护指针。这就是利用电磁阻尼原理，目的是保护电表指针，防止指针打坏。

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．     电流     涡电流     涡流     热量     热量

【解析】

【详解】

略

19．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．

【解析】

【详解】

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．

点睛：此题关键要明确电磁感应的过程是能量转化的过程，克服安培力做功要消耗机械能，转化为电能.

20．（1）向右（2）

【解析】

【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）

21．见解析

【解析】

【详解】

（1）线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率也越大，焊接越快。

（2）B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，此种接触电阻很大，电流的热功率也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不是很热。

【点睛】

涡流现象产生的热效应取决于产生电流的强弱及电阻的大小，而电流的强弱又取决于感应电动势的大小，感应电动势的大小又受线圈交变电流变化快慢的影响，即受交变电流频率的影响。

22．（1），；（2）感生电场沿逆时针方向；（3）

【解析】

【分析】

【详解】

（1）由法拉第电磁感应定律可得

第1个同心圆环的电阻

感应电动势的有效值

则功率

（2）某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，根据楞次定律可知，感应电流方向沿逆时针方向，所以电子沿顺时针方向运动，电子受到的感生电场力沿顺时针方向，则感生电场沿逆时针方向。

（3）第n个圆环中感应电动势最大值

代入数据解得

第n个圆环的电阻为

第n个圆环的电流最大值为

第n个圆环的功率为

则7个导电圆环的总功率