高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动精品随堂练习题

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1．(多选)关于感生电场，下列说法中正确的是( )
A．感生电场由变化的磁场产生
B．恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场
C．感生电场的方向可以用楞次定律来判定
D．感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向
【答案】AC
【详解】磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与所产生的感应电流方向相同，可由楞次定律判断，故A、C项正确，B、D项错误。
2.某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上往下看是顺时针的，这可能是原磁场( )
A．沿AB方向且在迅速减弱
B．沿AB方向且在迅速增强
C．沿BA方向且恒定不变
D．沿BA方向且在迅速减弱
【答案】A
【详解】感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行于感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场沿AB方向且在迅速减弱，或原磁场沿BA方向且在迅速增强，所以A正确。
3．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，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.eq \f(1,2)r2qk C．2πr2qk D．πr2qk
【答案】D
【详解】均匀变化的磁场产生恒定的电场，电动势E＝eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(ΔB,Δt)·S＝kπr2，电场力做的功W＝qE＝πr2qk，故选项D正确。
涡流
4.在生产和生活中，有时候需要利用涡流效应，有时候需要避免涡流效应，下列关于涡流应用的说法中不正确的是( )
A. 真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B. 家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C. 阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D. 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流
【答案】B
【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，不符合题意；B.家用电磁炉锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，故B错误，符合题意；C.根据楞次定律，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，故C正确，不符合题意；D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流，故D正确，不符合题意。
5.(多选)下列措施是为了防止涡流的危害的有( )
A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
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
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
【答案】CD
【详解】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；磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，起到电磁阻尼作用，是为了利用电磁感应，故B不符合题意；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；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。
电磁阻尼与电磁驱动
6．很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒。一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐。让条形磁铁从静止开始下落。条形磁铁在圆筒中的运动速率( )
A．均匀增大
B．先增大，后减小
C．逐渐增大，趋于不变
D．先增大，再减小，最后不变
【答案】C
【详解】条形磁铁在下落过程中受到向上的排斥力，绝缘铜环内产生感应电流，导致条形磁铁做加速度逐渐减小的加速运动，故其速率逐渐增大，最后趋于不变，选项C正确，A、B、D错误。
7.(多选)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
【答案】BC
【详解】磁铁水平穿过螺线管时，螺线管中将产生感应电流，由于电磁阻尼，整个过程中，磁铁做减速运动，B正确；对于小车上的螺线管，在此过程中，螺线管会产生感应电流，由于电磁驱动，使小车向右运动起来，在磁铁穿过螺线管过程中，一直做加速运动，C正确。
8.(2020广东江门检测)电磁炉热效率高达90%,炉面无明火,无烟无废气,电磁“火力”强劲,安全可靠。下图是描述电磁炉工作原理的示意图,下列说法正确的是( )
A.当恒定电流通过线圈时,会产生恒定磁场,恒定磁场越强,电磁炉加热效果越好
B.电磁炉通电线圈加交变电流后,在锅底产生涡流,进而发热工作
C.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅,主要原因是这些材料的导热性能较差
D.在锅和电磁炉中间放一纸板,则电磁炉不能起到加热作用
【答案】B
【详解】电磁炉是采用的涡流感应加热原理,其内部电子线路板组成部分产生交变磁场。当把铁质锅具底部放置在炉面上时,锅具底部金属部分产生涡流,用来加热和烹饪食物,故A错误,B正确。电磁炉工作时需要在锅底产生感应电流,陶瓷锅或耐热玻璃锅不属于金属导体,不能产生感应电流,C错误。通电线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底,在锅底产生感应电流,利用电流的热效应起到加热作用,D错误。
2.(多选)如图所示,通有恒定电流的螺线管竖直放置,一铜环R沿螺线管的轴线加速下落,在下落过程中,环面始终保持水平。铜环先后经过轴上1、2、3位置时的加速度分别为a1、a2、a3,位置2处于螺线管的中心,位置1、3与位置2等距,则( )
A.a1C.a1=a3【答案】ABD
【详解】圆环落入螺线管及从螺线管穿出时,环中感应电流所受安培力向上,故a13.如图所示,一条形磁铁在图示位置由静止开始下落,穿过采用双线绕成的闭合线圈,则条形磁铁从下落到穿过线圈的过程中可能做( )
A.匀减速运动
B.匀速运动
C.非匀变速运动
D.自由落体运动
【答案】D
【详解】双线绕成的线圈相当于两个闭合线圈,发生电磁感应时,这两个线圈中的电动势方向始终相反,故两线圈中没有产生感应电流,当磁铁从线圈中穿过时,不会受到阻碍,因此做自由落体运动。
4.(2020河北定州中学模拟)如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q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,则小磁块( )
A.在P和Q中都做自由落体运动
B.在两个下落过程中的机械能都守恒
C.在P中的下落时间比在Q中的长
D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大
【答案】C
【详解】小磁块在内壁光滑的塑料管Q中,从高处由静止释放做自由落体运动,机械能守恒;小磁块在内壁光滑的铜管P中,则会产生电磁阻尼阻碍小磁块的运动,相比Q中自由落体运动时间要长,C项正确,A项错误;由于电磁阻尼产生焦耳热,机械能不守恒,B项错误;由于机械能有损失,落至底部时在P中的速度比在Q中的小,D项错误。
5.(多选)圆形导体环用一根轻质细杆悬挂在O点,导体环可以在竖直平面内来回摆动,空气阻力和摩擦力均不计,在如图所示的虚线正方形区域有垂直于圆环的摆动面指向纸内的匀强磁场。下列说法正确的是( )
A.此摆开始摆动并进入磁场后机械能不守恒
B.导体环进入磁场和离开磁场时,环中感应电流的方向肯定相反
C.导体环通过最低位置时,环中感应电流最大
D.最后此摆在匀强磁场中摆动时,机械能守恒
【答案】ABD
【详解】开始时导体环在进入和穿出磁场的过程中,有感应电流产生,部分机械能转化为电能,选项A正确;根据楞次定律,导体环在进入磁场和穿出磁场时感应电流方向相反,选项B正确;当导体环全部进入磁场时,无感应电流产生,在最低点时导体环的动能最大,选项C错误;最后导体环在磁场中摆动时,无感应电流产生,又不计阻力,故机械能守恒,选项D正确。
6.如图所示,质量m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量m0=200 g的小磁铁(长度可忽略),以 10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m。小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动。
(1)磁铁与铝环开始发生相互作用时铝环向哪边偏斜?
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能?(g取10 m/s2)
【答案】1)铝环向右偏
(2)1.7 J
【详解】(1)由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动)。
(2)由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出磁铁穿过后的速度v=x2ℎg=9m/s
由能量守恒可得E电=12m0v02−12m0v2-12mv'2=1.7J。