高中人教版 (2019)3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动巩固练习

2.3涡流.电池阻尼和电池驱动人教版（   2019）高中物理选择性必修二同步练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1. 在电磁感应现象中，下列说法正确的是(    )

A. 线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
B. 闭合线圈在磁场内作切割磁感线运动，线圈内可能会产生感应电流
C. 真空冶炼炉的工作原理是炉体产生涡流使炉内金属熔化
D. 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁驱动的作用

2. 关于下列器材的原理和用途，正确的是(    )

A. 变压器可以改变交变电压和频率
B. 电子感应加速器是利用磁场直接对电子进行加速
C. 真空冶炼炉的工作原理是炉体产生涡流使炉内金属熔化
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. 如图所示为一电磁驱动模型，在水平面上固定有两根足够长的平行轨道，轨道左端接有阻值为的电阻，轨道电阻不计、间距为，虚线区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直轨道平面向下，磁场以速度水平向右匀速移动。长度为、质量为、电阻为的金属棒静置于导轨上，金属棒与导轨间的最大静摩擦力大小为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法中正确的是(    )

A. 无论多大，金属棒中都有从到的电流
B. 当时，金属棒才能被驱动
C. 金属棒被驱动后，经过足够长时间将相对磁场静止
D. 金属棒被驱动后，经过足够长时间，电阻的电功率为

4. 在如图甲所示的电路中，螺线管匝数匝，横截面积螺线管导线电阻，，，在一段时间内，垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度的方向如图甲所示，大小按如图乙所示的规律变化，则下列说法中正确的是(    )

A. 螺线管中产生的感应电动势为
B. 闭合，电路中的电流稳定后，电容器的下极板带负电
C. 闭合，电路中的电流稳定后，电阻的电功率为
D. 闭合，电路中的电流稳定后，断开，则断开后，流经的电荷量为

5. 扫描隧道显微镜可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(    )

A.   B.
C.  D.

6. 如图所示为电子感应加速器原理图，上下为两个电磁铁的磁极，磁极间有一个真空室，电子在真空中按图示方向做圆周运动。在电子感应加速器正常工作时，以下说法正确的是(    )

A. 电流从端流入从端流出，电流不变
B. 电流从端流入从端流出，电流变大
C. 电流从端流入从端流出，电流变大
D. 电流从端流入从端流出，电流变小
 

7. 如图所示是车站、机场等场所用于安全检查的安检门，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流。如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流从而引起报警。下列关于安检门的说法正确的是(    )

A. 安检门能检查出毒贩携带的毒品
B. 安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C. 安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理
D. 如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作
 

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

8. 电磁感应现象在生产、生活及科学研究中有着广泛的应用，下列说法正确的是(    )

A. 电磁炉利用变化的磁场使食物中的水分子形成涡流来对食物加热
B. 当金属探测器在探测到金属时，会在探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声
C. 磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做是利用电磁阻尼让摆动的指针快速停下来，微安表在运输时要把正负接线柱短接也是利用电磁阻尼，防止指针摆动过大损坏
D. 变压器的铁芯通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成主要是为了防止在铁芯中产生过大涡流

9. 如图所示为家用单相电能表的结构示意图，其中电流线圈串联在电路中，电压线圈并联在电路中，通过电流线圈和电压线圈的交变电流产生的交变磁场使铝盘中产生涡旋电流，交变磁场对涡旋电流的安培力推动铝盘转动，转动方向如图中箭头所示。旁边还固定一块形永久磁铁，铝盘转动时要从磁铁两极之间通过。关于家用单相电能表，下列说法正确的是

A. 用户功率越大，电压线圈在铝盘中产生的涡流越大
B. 用户功率越大，电流线圈在铝盘中产生的涡流越大
C. 永久磁铁在铝盘中产生的安培力推动铝盘转动
D. 当停止用电时，永久磁铁可以使铝盘尽快停止转动，避免由于惯性继续转动而带来计量误差

10. 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

11. 关于电磁阻尼和电磁驱动，下列说法正确的是(    )

A. 电表线圈骨架用铝框是利用电磁阻尼
B. 运输微安表时用导线把表头的两接线柱相连，是利用电磁阻尼保护指针
C. 变压器的铁芯用互相绝缘的硅钢片叠成，是利用电磁驱动
D. 交流感应电动机利用电磁驱动

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

12. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。

为了减少涡流的影响，铁芯应该选择___________；

A.整块硅钢铁芯                        整块不锈钢铁芯

C.绝缘的铜片叠成                      绝缘的硅钢片叠成

以下给出的器材中，本实验需要用到的有哪些___________；

A. B. C. D.

下列说法正确的是___________。

A.如果原线圈接交流电，副线圈不接用电器，那么副线圈两端是测不到电压的

B.观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数多

C.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测

D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈

13. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。
    为了减少涡流的影响，铁芯应该选择______；
    A.整块硅钢铁芯
    B.整块不锈钢铁芯
    C.绝缘的铜片叠成
    D.绝缘的硅钢片叠成
    以下给出的器材中，本实验需要用到的有哪些______；
    A.
    B.
    C.
    D.
    下列说法正确的是______。
    A.如果原线圈接交流电，副线圈不接用电器，那么副线圈两端是测不到电压的
    B.观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数多
    C.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测
    D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

14. 如图所示，斜面顶部线圈的横截面积，匝数匝，内有水平向左均匀增加的磁场，磁感应强度变化未知。线圈与间距为的光滑平行金属导轨相连，导轨固定在倾角的绝缘斜面上。图示虚线下方存在磁感应强度的匀强磁场，磁场方向垂直于斜面向上。质量的导体棒垂直导轨放置，其有效电阻，从无磁场区域由静止释放，导体棒沿斜面下滑后刚好进入磁场中并继续匀速下滑。在运动中导体棒与导轨始终保持良好接触，导轨足够长，线圈和导轨电阻均不计。重力加速度取，，，求：

导体棒中产生的动生电动势；

螺线管中磁感应强度的变化率；

导体棒进入磁场前，导体棒内产生的焦耳热。

15. 如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度随时间均匀变化。长方形硬质金属框放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻，边长，边长，求

在到时间内，金属框中的感应电动势；

时，金属框边受到的安培力的大小和方向；

在到时间内，金属框中产生的焦耳热。

16. 如图甲，螺线管匝数匝，横截面积，螺线管导线电阻，电阻，磁感应强度的图像以向右为正方向如图乙所示，求

电路中感应电流的大小和流过电阻中的的电流方向。

电路横截面通过的电荷量为的过程中，产生的焦耳热。

如图丙，导轨水平放置，磁感应强度为，平行导轨宽，电阻，其他电阻不计。若要回路中产生与图甲中相同的大小的感应电流，导体棒应以多大的速度匀速运动。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】

【分析】
本题主要考查感应电流产生的条件、电磁感应定律、涡流和电磁阻尼等物理知识，但考查基本概念，难度较低，解题关键掌握基本概念。
由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小除与线圈匝数有关外，还与磁通量变化快慢有关；
根据感应电流的产生条件进行分析；
真空冶炼炉的工作原理是炉内金属产生涡流，使自身熔化；
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。
【解答】
A.根据法拉第电磁感应定律知磁通量的变化量大，磁通量的变化率不一定大，感应电动势不一定大，故A错误。
B.当穿过闭合回路的磁通量发生变化，会产生感应电流．部分电路做切割磁感线运动，磁通量发生变化，产生感应电流，故B正确。
C.真空冶炼炉的工作原理是炉中金属产生涡流使炉内金属熔化，不是炉体产生涡流，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B。  

2.【答案】 

【解析】

【分析】
电磁感应定律在生产生活中有着很多的应用，要注意正确理解，同时注意明确电磁感应产生涡流而带来的能量损耗以及由于自感现象而带来的危害。掌握涡流的原理及应用与防止：真空冶炼炉，硅钢片铁芯，金属探测器，电磁炉等。
【解答】
A.变压器原、副线圈的磁通量的变化率相等，所以它只能改变交变电压，不能改变频率，故A错误。
B.感应加速器是利用感生电场对电子加速的设备，不是利用磁场，故B错误。
C.真空冶炼炉的工作原理是炉内的金属导体内产生涡流使其熔化，故C错误。
D.铝框做支架能在线圈转动过程中产生涡流，涡流的安培力对线圈的转动起阻尼作用，故D正确。
故选：。  

3.【答案】 

【解析】

【分析】
根据右手定则判断回路中感应电流的方向，根据法拉第电磁感应定律结合安培力的公式判断运动的状态；根据金属棒匀速时，安培力等于摩擦阻力，得出稳定运行时的电流，进而求出电功率。
本题主要考查电磁感应中的电磁驱动问题，解题的关键要知道磁场以速度水平向右匀速移动，则导体棒相对于磁场向左运动切割磁感线。
【解答】
A.根据右手定则可知，磁场以速度水平向右匀速移动，则导体棒相对于磁场向左运动切割磁感线，则感应电流从到，故A错误；
B.根据法拉第电磁感应定律可得，由闭合电路欧姆定律可得，由安培力的公式可得，联立可得安培力，要使金属棒被驱动，则金属棒受到的安培力大于最大静摩擦力，则有，解得时，金属棒才能被驱动，故B正确；
C.金属棒被驱动后，设金属棒相对于磁场的向左运动的速度为，根据，从速度开始减小，当减小到满足时，金属棒保持匀速运动，故C错误；
D.经过足够长时间，金属棒匀速，安培力，则电阻上的功率为，故D错误。  

4.【答案】 

【解析】

【分析】
本题是电磁感应与电路的综合，知道产生感应电动势的那部分相当于电源，运用闭合电路欧姆定律进行求解。
【解答】
A、根据法拉第电磁感应定律：，解得：，故A错误；
B、根据楞次定律可知，螺线管的感应电流盘旋而下，则螺线管下端相当于电源的正极，则电容器的下极板带正电，故B错误；
C、根据闭合电路欧姆定律，有：，根据，解得： ，故C正确；
D、断开后，流经的电荷量即为闭合时电容器一个极板上所带的电荷量，电容器两端的电压为：，流经的电荷量为： ，故D错误．  

5.【答案】 

【解析】

【分析】
根据电磁感应原理，结合楞次定律的阻碍相对运动角度，及产生感应电流的条件，即可判定。
本题考查了电磁阻尼和电磁驱动，难度一般。
【解答】
由题意可知，磁场的作用是衰减紫铜薄片的振动，因此需要薄片在磁场中振动时，穿过薄片的磁通量发生变化，产生感应电流涡电流，由楞次定律可知，此时薄片才会受到阻碍其运动的安培力，而薄片上下振动时不会有磁通量变化，故BCD错误、A正确。
故选A。  

6.【答案】 

【解析】

【分析】
电磁铁上的电流发生变化，会使得产生的磁感应强度发生变化，结合楞次定律感生电场的方向分析判断。
本题主要考察了电子感应加速器的基本原理、结构特点，通过楞次定律可以分析相应的感应电流的变化，分析问题需要结合电磁铁电流的具体变化，得出结果。
【解答】
电子按图示旋转，安培力指向圆心，用左手定则判断出磁场在俯视图中向上，所以下端磁极为，上端为，由右手螺旋定则判断电流从流入流出，由于加速器使电子速度越来越大，所以向心力越来越大，因此磁场越来越强，所以电流变大，B正确。  

7.【答案】 

【解析】

【分析】
安检门中有线圈，线圈中通以交变电流，在空间产生交变的磁场，金属物品会产生感应电流，反过来，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。根据电磁感应原理分析。
本题考查电磁感应现象在实际生活中的应用，知道金属探测器利用了涡流，实质是一种特殊的电磁感应原理。
【解答】
A、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，可知，安检门不能检查出毒贩携带的毒品，故A错误；
B、水果刀是金属制成，安检门能检查出旅客携带的水果刀，故B正确；
C、安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，不是利用电流的热交应原理，故C错误；
D、根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。
故选：。  

8.【答案】 

【解析】

【分析】
电磁炉利用变化的磁场使经过导磁性铁质锅具产生大量密集涡流，兼有感应电流转化为热量来加热食物；当金属探测器在探测到金属时，会在金属内部产生涡流，涡流的磁场反过来影响金属探测器中的电流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声；磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做是利用电磁阻尼让摆动的指针快速停下来，微安表在运输时要把正负接线柱短接也是利用电磁阻尼，防止指针摆动过大损坏；变压器的铁芯通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成主要是为了防止在铁芯中产生过大涡流。
本题考查涡流以及电磁阻尼的概念，比较简单。
【解答】 
A.电磁炉利用变化的磁场使经过导磁性铁质锅具产生大量密集涡流，兼有感应电流转化为热量来加热食物，故A错误；
B.当金属探测器在探测到金属时，会在金属内部产生涡流，涡流的磁场反过来影响金属探测器中的电流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声，故B错误；
C.磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做是利用电磁阻尼让摆动的指针快速停下来，微安表在运输时要把正负接线柱短接也是利用电磁阻尼，防止指针摆动过大损坏，故C正确；
D.变压器的铁芯通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成主要是为了防止在铁芯中产生过大涡流，故D正确。
故选CD。  

9.【答案】 

【解析】

【分析】当用户电流变大时，在铝盘中产生感应电流，铝盘受安培力作用转动起来；由于铝盘在永久磁铁的磁场中运动，切割磁感线铝盘中产生感应电流，根据愣次定律及左手定则可以判定，该感应电流在磁铁的磁场中受到安培力的作用阻碍铝盘的转动。
【解答】．用户功率越大，通过用户的电流越大，电流线圈串联在电路中，则电流线圈上的电流越大，根据法拉第电磁感应定律可知电流线圈在铝盘中产生的涡流越大，故A错误，B正确；
C.由于铝盘在永久磁铁的磁场中运动，切割磁感线铝盘中产生感应电流涡流，根据愣次定律及左手定则可以判定，该感应电流在磁铁的磁场中受到安培力的作用阻碍铝盘的转动，故C错误；
D.感应电流在磁铁的磁场中受到安培力的作用阻碍铝盘的转动，则当停止用电时，永久磁铁可以使铝盘尽快停止转动，避免由于惯性继续转动而带来计量误差，故D正确。  

10.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查磁电式电流表、动圈式扬声器、电子感应加速器等相关器件，需要学生根据其工作原理及构造进行解答，难度不大。
【解答】
A.甲中原因是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.乙线圈切割磁感线产生感应电流，B正确；
C.由左手定则可判断磁场方向为垂直纸面向外，C错误；
D.丁中管子有裂缝，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。  

11.【答案】 

【解析】

【分析】
本题主要考查感应电流与感应电动势，变压器的构造和原理的相关知识，据此进行分析解答。
解答本题的关键是理解电磁阻尼和电磁驱动的原理。
【解答】
A.电表线圈骨架用铝框是利用电磁阻尼，故A正确；
B.运输微安表时用导线把表头的两接线柱相连，是利用电磁阻尼保护指针，故B正确； 
C.变压器的铁芯用硅钢片叠压而成，是为了减小涡流，故C错误； 
D.交流感应电动机利用电磁驱动，故 D正确。
故选ABD。  

12.【答案】     

【解析】

【解答】
观察变压器的铁芯，由于涡流在导体中会产生热量，所以它的结构是绝缘的硅钢片叠成，故D正确，ABC错误；
故选：。
实验中需要交流电源和多用电表，不需要干电池和直流电压表。故选BD；
如果原线圈接交流电，副线圈不接用电器，副线圈两端有电压，则用多用电表交流电压档接入副线圈能测到副线圈的电压，故A错误；
B.由知电流大线圈匝数少，因为电流大所以导线粗，故导线粗匝数少，故B错误；
C.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，故C正确；
D.变压器的工作原理是电磁感应现象，在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，贴芯起到传递能量的作用，而不是导电，故D错误。
故选：。
故答案为：；；
【分析】
根据图片和所学知识判断出铁芯的材料；
根据实验原理分析所需器材；
根据实验原理与实验操作分析判断。
本题主要考查了变压器的构造和原理，熟悉变压器的工作原理，根据原副线圈两端的电学物理量与匝数的比例关系完成分析。  

13.【答案】     

【解析】解：观察变压器的铁芯，由于涡流在导体中会产生热量，所以它的结构是绝缘的硅钢片叠成，故D正确，ABC错误；
故选：。
实验中需要交流电源和多用电表，不需要干电池和直流电压表。故选BD；
如果原线圈接交流电，副线圈不接用电器，副线圈两端有电压，则用多用电表交流电压档接入副线圈能测到副线圈的电压，故A错误；
B.由知电流大线圈匝数少，因为电流大所以导线粗，故导线粗匝数少，故B错误；
C.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，故C正确；
D.变压器的工作原理是电磁感应现象，在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，贴芯起到传递能量的作用，而不是导电，故D错误。
故选：。
故答案为：；；
根据图片和所学知识判断出铁芯的材料；
根据实验原理分析所需器材；
根据实验原理与实验操作分析判断。
本题主要考查了变压器的构造和原理，熟悉变压器的工作原理，根据原副线圈两端的电学物理量与匝数的比例关系完成分析。
 

14.【答案】解：导体棒进入虚线下方磁场前匀加速下滑，
加速度，
导体棒刚到达虚线时的速度，
导体棒中产生的动生电动势；
导体棒进入虚线下方磁场后，匀速下滑，
由平衡条件得，
解得，
设线圈中的感生电动势为，感生电动势和动生电动势在回路中方向相同，
则，
解得，
导体棒进入虚线下方磁场前，，
解得；
导体棒进入磁场前，金属棒沿斜面下滑的时间，
导体棒在此过程中产生的焦耳热。 

【解析】本题考查了法拉第电磁感应定律、动生电动势、闭合电路欧姆定律和焦耳定律。
根据牛顿第二定律和运动学公式求出导体棒进入下方磁场时的速度，然后根据求动生电动势；
导体棒匀速下滑，此时产生的感应电动势是感生电动势和动生电动势的叠加，则可求出感生电动势，进而可求；
导体棒进入磁场前，感应电流是恒定的，根据电功公式求焦耳热即可。
 

15.【答案】解：在到的时间内，磁感应强度的变化量，设穿过金属框的磁通量变化量，则有：
由于磁场均匀变化，金属棒中产生的感应电动势恒定，有：
联立代入数据有：；
设金属框中电流，由闭合电路欧姆定律，有：
由图知时，磁感应强度，金属框边受到的安培力为：
联立式，代入数据得：
方向垂直向左
在到时间内，金属框中产生的焦耳热为：
联立式，代入数据得：
答：在到时间内，金属框中的感应电动势为；
时，金属框边受到的安培力的大小为，方向垂直向左；
在到时间内，金属框中产生的焦耳热为。 

【解析】利用法拉第电磁感应定律计算；
利用全电路欧姆定律和安培力计算；
电路为纯电阻电路，焦耳热。
此题考查了法拉第电磁感应定律和安培力计算，并结合电路和能量转化与守恒考查了焦耳定律，比较基础，但知识点衔接较多，是一道中等偏易题。
 

16.【答案】解：根据楞次定律，结合原磁场的方向向右，且大小增加，根据楞次定律可知过电阻的电流方向是从到；
由，代入数据可得，
根据闭合电路欧姆定律可得；
根据可得，则；
设导体棒以速度匀速运动，则有、，
可得：。 

【解析】本题考查楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用。
根据图像和，计算感应电动势，从而求出感应电流；根据楞次定律求出感应电流的方向；
根据和解答；
根据和解答。