物理选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动精品精练

2.3　涡流、电磁阻尼和电磁驱动课后练

1. 如图所示，一个闭合线圈静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使线圈中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（　　）

A. 使电荷定向移动形成电流的力是磁场力                     B. 磁场变化时，会在空间激发一个电场

C. 从上往下看，当磁场增强时，线圈中有逆时针方向的感应电流 D. 使电荷定向移动形成电流的力是电场力

2. 下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是（　　）

A. 真空冷炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B. 自制金属探测器是利用被测金属中产生的涡流来进行探测的

C. 电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物

D. 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流

3. 一机械式车速表可用来测量车辆瞬时速率，其结构简图如图所示，主要由紧固在主动轴上的永久磁铁，带有指针的铝制速度盘等组成。不工作时，指针指在刻度盘最左侧的零点位置。当车开始向前启动时，主动轴带动永久磁铁转动，速度盘随之转动，指针指示相应车速。下列说法正确的是（　　）

A. 向前启动时，主动轴的转速可能小于指针转速  B. 倒车时指针指在零刻度

C. 铝制速度盘中的电流是由于盘的转动形成      D. 向前行驶时，速度盘中的安培力阻碍指针的偏转

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. 英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示,一个半径为r的绝缘细圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球,已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　 　)

A. 0 B. r2qk/2 C. 2πr2qk D. πr2qk

6. 电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在.电磁炉的工作原理是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身快速发热，然后再加热锅内食物，如图所示。下列相关说法正确的是（    ）

A. 锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的     B. 锅体中的涡流是由变化的磁场产生的

C. 磁场越强，电磁炉的加热效果越好       D. 提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果

7. 健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一电磁铁，示意图如图所示，人在健身时带动飞轮转动．则(　　)

A. 飞轮转速越大，阻尼越大

B. 电磁铁所接电压越大，阻尼越大

C. 飞轮材料电阻率越大，阻尼越大

D. 飞轮材料密度越大，阻尼越大

8. .安检门是一个用于安全检查的“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，关于这个安检门的以下说法正确的是（　　）

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水果刀

C. 如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作

D. 安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理

9. 甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止，若将圆环置于如图所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是　　

A. 甲环先停下 B. 乙环先停下

C. 两环同时停下 D. 两环都不会停下

10. 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. 增加线圈的匝数 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

11. 如图所示，使一个水平铜盘绕过其圆心的竖直轴OO’转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的.现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则（　　）

A. 铜盘转动将变慢

B. 铜盘转动将变快

C. 铜盘仍以原来的转速转动

D. 铜盘的转动速度如何变化要由磁铁的上、下两端的极性来决定

12. 位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线水平穿过，如图所示，在此过程中（　　）

A. 磁铁做匀速直线运动 B. 磁铁做减速运动

C. 小车向右做加速运动 D. 小车先加速后减速

13. 如图所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线转动。当线框abcd绕轴逆时针转动时（沿轴方向看），下列关于线框ABCD的转动情况的说法正确的是（　　）

A. 线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些

B. 线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微快了些

C. 线框ABCD顺时针转动，只不过稍微慢了些

D. 线框ABCD顺时针转动，只不过稍微快了些

14. 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。图乙为真空室的俯视图，电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生变化的磁场，变化的磁场在环形真空室内感生出同心环状的感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，并在洛仑兹力的作用下做圆周运动。已知电子的质量为、电荷量为，做圆周运动的轨道半径为。某段时间内，电磁体线圈产生的磁场方向向上，磁场分布如图甲所示，穿过电子圆形轨道平面的磁通量随时间变化的关系为（，且为已知量）。电子加速过程中忽略相对论效应。

（1）若在电子轨道上放置一等大的金属细圆环，求金属圆环的感生电动势；

（2）求电子运动轨道处感生电场的场强大小；

（3）求电子轨道处磁感应强度随时间的变化率。

1. BD

【详解】ABD．麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场；所以磁场变化时，会在空间激发一个电场，因线圈处于激发的电场中，电场力使电荷定向移动，从而产生了感生电流，故A错误，BD正确；

C．根据楞次定律，假如磁场变强，则感应电流的磁场的方向向下，可行在俯视时感应电流方向为顺时针，C错误。

故选BD。

2. ABD

【详解】A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，故A正确；

B．金属探测器中变化电流遇到金属物体，在被测金属中上产生涡流来进行探测，故B正确；

C．家用电磁炉工作时，在锅体中产生涡流，加热食物，故C错误；

D．当变压器中的电流变化时，在其铁芯将产生涡流，使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流的损失，故D正确。

故选ABD。

3. B

【详解】AC．由于电磁感应，永久磁铁将在铝制速度盘中产生涡流，涡流在永久磁铁磁场的驱动下，使指针产生偏转，因此主动轴的转速一定比指针转速大，且电流是涡流，故AC错；

D．安培力作用使指针偏转，故D错误；

B．因倒车时安培力反向作用，指针仍指在左侧零刻度，故B正确。

故选B。

4. C

【详解】A．此现象的原理是当磁铁在铜块上面摆动时，在铜块中产生涡流，与磁场相互作用阻碍磁铁的运动；则如果将磁铁的磁极调换，重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，选项A错误；

B．用闭合的铜制线圈替代铜块，仍能在线圈中产生感应电流，从而与磁铁产生阻碍作用，则重复试验仍能观察到电磁阻尼现象，选项B错误；

C．在图2情况中，下摆和上摆过程中均会产生涡流从而消耗机械能，则磁铁和锯条组成的系统机械能均减少，选项C正确；

D．由上述分析可知，在摆动过程中铜块对磁铁有阻碍作用，同时铜块也要受磁铁的作用力，选项D错误；

故选C.

5. D

【详解】试题分析：磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，故感应电动势为：；根据楞次定律，感应电动势的方向为顺时针方向；小球带正电，小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是：W=qU=πr2qk，故选D．

6. BD

【详解】AB.电磁炉接交流电，其锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项A错误，B正确；

C.电磁炉的加热效果与磁场的强弱无关，只与磁场的变化快慢有关，选项C错误；

D.根据发热原理可知，提高磁场变化的频率，可增强涡流，提高电磁炉的加热效果，选项D正确。

故选BD。

7. AB

【详解】飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生电源电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力．当飞轮转速越大，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故A正确；电磁铁所接电压越大，产生的磁场越强，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故B正确；飞轮材料电阻率越大，感应电流越小，飞轮受到的阻力越小，故C错误；飞轮材料密度与阻尼无关，故D错误．所以AB正确，CD错误．

8. B

【详解】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．则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，选项A错误；安检门能检查出旅客携带的水果刀，选项B正确；如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，选项C错误；安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，故D错误；故选B．

9. A

【详解】当金属环转动时，乙环一直与磁场方向平行，磁通量为零，甲环磁通量不断变化，不断有感应电流；

甲产生感应电流后，一定受到安培力，安培力一定是阻碍圆环的转动，即一定阻碍圆环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动；故A对；BCD错

故选A．

10. AB

【详解】当线圈中通以交变电流时，在金属杯中将产生感应电动势感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势；增加线圈的匝数可以提高交流电产生磁场的磁感应强度的变化率，感应电动势增大，感应电流的功率增大，使杯内的水沸腾所需的时间缩短；提高交流电源的频率，磁感应强度的变化率变大，感应电动势变大，感应电流的功率增大；故选项A、B正确．取走线圈中的铁芯则使得线圈周围的磁场变弱，磁感应强度变化率减小，感应电动势变小，从而使杯内的水沸腾所需的时间反而延长，故选项D错误；将金属杯换为瓷杯后，由于陶瓷不是导体，因此瓷杯中不能产生感应电流，无法给水加热，故选项C错误．

11. A

【详解】当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动，切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知，安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢.本题也可以从能量守恒的角度去分析，因为铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，铜盘的机械能不断转化成电能，铜盘转动会逐渐变慢，选项A正确.BCD错误

故选A

12. BC

【详解】AB．磁铁水平穿入螺线管时，螺线管中将产生感应电流，阻碍磁铁的运动。同理，磁铁穿出螺线管时也会产生的感应电流也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，故A错误，B正确；

CD．对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C正确，D错误。

故选BC。

13. A

【详解】由于线框abcd旋转时会使线框ABCD中产生感应电流，根据楞次定律可知，线框ABCD中的感应电流将阻碍abcd旋的逆时针转动，因此线框ABCD也随abcd旋逆时针转动，只不过稍微慢了些。

故选A。

14. 【答案】(1) ；(2) ；(3)

【详解】(1) 金属圆环的感生电动势

(2) 电子运动轨道处感生电场的场强大小

(3) 电子轨道处磁感应强度随时间的变化率