人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应2-3涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习含答案

第二章　电磁感应

3  涡流、电磁阻尼和电磁驱动

【基础巩固】

1.下列做法能使金属块中产生涡流的是 (　　)

A.把金属块放在匀强磁场中

B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动

C.让金属块在匀强磁场中做变速运动

D.把金属块放在变化的磁场中

解析:产生涡流的条件是穿过金属块的磁通量发生变化.而A、B、C中磁通量不发生变化,选项A、B、C错误.把金属块放在变化的磁场中时,穿过金属块的磁通量发生了变化,有涡流产生,选项D正确.

答案:D

2.下列现象属于应用电磁阻尼的是 (　　)

A.机场安检门可以探测人身携带的金属物品

B.在运输时要把微安表的两接线柱用导线连接起来

C.探雷器

D.交流感应电动机

解析:机场安检门和探雷器都是利用涡流工作的,不属于应用电磁阻尼,选项A、C错误.把微安表的两接线柱用导线连接起来后,由于电磁感应,运输时线圈不再容易摆动,可防止指针损坏,属于应用电磁阻尼;交流感应电动机,线框由于受安培力转动,属于电磁驱动的应用,选项B正确,选项D错误.

答案:B

3.(多选)如图所示,磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是(　　)

A.防止涡流 

B.利用涡流

C.起电磁阻尼的作用 

D.起电磁驱动的作用

解析:通电后线圈在安培力作用下转动,铝框随之转动,在铝框内产生涡流.涡流将阻碍线圈的转动,使线圈偏转后尽快停下来.这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用.

答案:BC

4.如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁体,相邻两磁极之间的距离相等,当两块磁体匀速向右通过线圈时,线圈仍静止不动,线圈受到木板的摩擦力方向是              (　　)

A.先向左,后向右

B.先向左,后向右,再向左

C.一直向右

D.一直向左

解析:当两块磁体匀速向右通过线圈时,线圈内产生感应电流,由于电磁阻尼,线圈受到的安培力要阻碍线圈相对磁体的运动,线圈有相对木板向右运动的趋势,受到的静摩擦力的方向一直向左,选项D正确,选项A、B、C错误.

答案:D

5.关于涡流,下列说法错误的是 (　　)

A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B.家用电磁炉是利用涡流来加热食物的

C.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动

D.微波炉是利用涡流来加热食物的

解析:真空冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的,炉内放入被冶炼的金属,线圈内通入高频交变电流,这时被冶炼的金属中产生涡流就能熔化,故选项A说法正确.电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场,当含铁质锅具放在炉面上时,锅具底部产生涡流来加热食物,故选项B说法正确.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动,当金属板从磁场中穿过时,金属板感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用,故选项C说法正确.用微波炉来加热食物时,食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧,内能增加,温度升高.食物增加的能量是微波给它的,故选项D说法错误.

答案:D

6.高频感应炉是用熔化金属的方法对金属进行冶炼的,右图为冶炼金属的高频感应炉的原理示意图,炉内放入被冶炼的金属,线圈通入高频交变电流,这时被冶炼的金属就能熔化,这种冶炼方法速度快,温度易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼金属中,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是              (　　)

A.利用线圈中的电流产生的焦耳热

B.利用线圈中的电流产生的磁场

C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流

D.给线圈通电的同时,也给炉内金属通了电

解析:高频感应炉的原理:给线圈通以高频交变电流后,线圈产生高频变化的磁场,磁场穿过金属,在金属内产生涡流,由于电流的热效应,金属熔化.故只有选项C正确.

答案:C

7.(多选)位于光滑水平面的小车上水平固定一螺线管,一个比螺线管长的条形磁体沿着螺线管的轴线以初速度v0穿入螺线管,并最终穿出,如图所示.在此过程中              (　　)

A.磁体做匀速直线运动

B.磁体做减速运动

C.小车向右做加速运动

D.小车先加速后减速

解析:磁体水平穿入螺线管时,螺线管中将产生感应电流,由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁体的运动;同理,磁体穿出时,由楞次定律可知产生的感应电流将阻碍磁体的运动,故整个过程中,磁体做减速运动,选项A错误,选项B正确.对于小车上的螺线管来说,螺线管受到的安培力方向始终水平向右,这个安培力使螺线管和小车向右运动,且一直做加速运动,选项C正确,选项D错误.

答案:BC

8.(多选)一块铜片置于如图所示的磁场中,如果用力把这块铜片从磁场拉出或把它进一步推入,在这两个过程中有关磁场对铜片的作用力,下列叙述正确的是              (　　)

A.拉出时受到阻力

B.推入时受到阻力

C.拉出时不受磁场力

D.推入时不受磁场力

解析:对于铜片,无论是被拉出还是被推入,铜片内均产生涡流,安培力都要阻碍铜片的运动,外力都要克服安培力做功,所以选项A、B正确.

答案:AB

9.(多选)磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如下图所示,其中能产生电场的有(　　)

A            B             C              D

解析:A图中的磁场是恒定的,不能产生电场.B图中的磁场是周期性变化的,可以产生周期性变化的电场.C图中的磁场是均匀变化的,能产生恒定的电场.D图中的磁场是周期性变化的,可以产生周期性变化的电场.

答案:BCD

【拓展提高】

10.一著名物理学家曾设计过一个实验,如图所示.在一块绝缘圆板的中部安装一个线圈,并接有电源,板的四周有许多带负电的小球,把整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦,当电路接通的瞬间,下列关于圆板的说法正确的是(　　)

A.圆板将逆时针转动

B.圆板将顺时针转动

C.圆板不会转动

D.无法确定圆板是否会动

解析:瞬间增强的磁场会在周围产生一个顺时针的感应电场,负电荷受到逆时针方向的电场力,带动圆板逆时针转动,而负电荷的这种定向运动则形成了顺时针的环形电流.

答案:A

11.(多选)将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示.当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.关于这个现象,下列说法正确的是              (　　)

A.圆盘中产生了感应电动势

B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动

C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D.在圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动

解析:圆盘在转动过程中,半径方向的金属条切割磁感线,从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势,故A正确.圆盘在径向的金属条切割磁感线的过程中,内部距离圆心远近不同的点电势不相等,从而形成涡流,涡流产生的磁场导致磁针转动,故B正确.由于圆盘面积不变,到磁针的距离不变,穿过整个圆盘的磁通量没有变化,故C错误.影响磁针转动的电流是由圆盘切割磁感线而产生的涡流,不是由自由电子随圆盘转动而形成的电流,故D错误.

答案:AB

12.(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一.如图所示,线圈中通入一定频率的交变电流,靠近待测工件时,工件内会产生涡流,同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化.下列说法正确的是　              (　　)

A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件的磁通量的变化

B.涡流的大小等于通入线圈的交变电流的大小

C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力

D.待测工件可以是塑料或橡胶制品

解析:涡流是感应电流,涡流的磁场总是阻碍穿过工件的磁通量的变化,涡流的大小与待测工件的电阻率有关,与线圈中交变电流的大小不一定相等,选项A正确,选项B错误.因通电线圈中的电流产生周期性变化的磁场,故通电线圈和待测工件间必有周期性变化的作用力,选项C正确.涡流只能在金属制品中产生,选项D错误.

答案:AC

13.下图是汽车上使用的电磁制动装置示意图.电磁制动是一种非接触的制动方式,其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时,会产生涡流,使导体受到阻碍运动的制动力作用.下列说法正确的是              (　　)

A.制动过程中,导体不会产生热量

B.如果改变线圈中的电流方向,此装置将不起制动作用

C.制动力的大小与线圈中电流的大小无关

D.线圈电流一定时,导体运动的速度越大,制动力就越大

解析:电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时,会产生涡流,电流流过电阻时会产生热量,选项A错误; 如果改变线圈中的电流方向,铁芯产生的磁感线的方向变为反向,此时产生的涡流方向也相反,根据安培力的公式,电流和所处的磁场方向同时反向,安培力方向不变,故还是使导体受到阻碍运动的制动力的作用,选项B错误; 线圈中电流越大,产生的磁场就越强,则转盘转动产生的涡流越强,制动器对转盘的制动力就越大,选项C错误; 线圈电流一定时,导体运动的速度越大,转盘转动产生的涡流就越强,制动力就越大,选项D正确.

答案:D

14.(2023·广东清远)如图所示,虚线左侧的匀强磁场垂直于纸面向外,右侧的匀强磁场垂直于纸面向里.一金属小球从固定的光滑绝缘圆弧轨道上的点a处无初速度释放后向右侧运动到最高点b处的过程中,下列说法正确的是              (　　)

A.a、b两点等高

B.小球在最低点处于平衡状态

C.小球在穿过虚线时内部会产生涡流

D.小球在穿过虚线时受到竖直向上的洛伦兹力

解析:小球在穿过虚线时磁通量发生变化,小球内部会产生涡流,把一部分机械能转化为电能,所以b点一定低于a点,故选项C正确,选项A错误;小球在最低点需做圆周运动,合力一定不为0,不处于平衡状态,故选项B错误;根据楞次定律可知小球在穿过虚线时受到水平向左的洛伦兹力,故选项D错误.

答案:C

【挑战创新】

15.图甲为手机及无线充电板.图乙为充电原理示意图.交流电源接充电板,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电.为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1均匀增加到B2.下列说法正确的是              (　　)

甲                           乙

A.c点的电势高于d点的电势

B.受电线圈中感应电流的方向为由d到c

C.c、d之间的电势差为-

D.c、d之间的电势差与送电线圈中的电流的变化率无关

解析:受电线圈平面磁感应强度向上由B1均匀增加到B2,根据楞次定律可得受电线圈中的感应电流方向为顺时针(从上往下),即受电线圈中的电流方向为c→d,受电线圈作为等效电源,电源内部电流由低电势流向高电势,即φc<φd,选项A、B错误;根据法拉第电磁感应定律可求得受电线圈的感应电动势大小为E=n=,又因为φc<φd,则c、d之间的电势差为Ucd=-,选项C正确;送电线圈中的电流的变化率影响受电线圈中磁感应强度的变化率,从而影响受电线圈中磁通量的变化率,根据法拉第电磁感应定律可知,c、d之间的电势差与送电线圈中的电流的变化率有关,选项D错误.

答案:C