人教版 (2019)选择性必修 第二册涡流、电磁阻尼和电磁驱动随堂练习题

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1．工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术原理图如图所示，其原理是将线圈中通入电流，使被测物件内产生涡流，借助探测线圈内电流变化测定涡流的改变，从而获得被测物件内部是否断裂及位置的信息，关于以上应用实例理解正确的是（ ）
A．线圈所连接的电源可以是直流电源
B．线圈所连接的电源应该是交流电源
C．能被探测的物件可以是非导电材料
D．工业涡流探伤技术运用了自感原理
【答案】B
【详解】AB．为产生涡流，线圈所连接的电源必须是交流电源，选项A错误，B正确；C．能被探测的物件必须是导电材料，否则不会产生涡流，选项C错误；D．工业涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变技术，不是自感原理，选项D错误。故选B。
2．（多选）下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是（ ）
A．图1中电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
B．图2金属探测器是利用被测金属中产生涡流来进行探测的
C．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
D．真空冶炼炉所接交流电源的频率越高，相等时间内产生的热量越多
【答案】BCD
【详解】A．电磁炉工作时，在锅体中产生涡流从而加热食物，故A错误；B．金属探测器中变化的电流遇到金属物体，在被测金属中产生涡流来进行探测，故B正确；C．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成可以减小涡流，故C正确；D．真空冶炼炉所接交流电源的频率越高，产生的涡流越大，则相等时间内产生的热量越多，故D正确。故选BCD。
3．（多选）变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠加而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了（ ）
A．增大涡流B．减小涡流
C．产生更多的热量D．减小发热量
【答案】BD
【详解】涡流能使导体发热。变压器的铁芯是相互绝缘的硅钢片叠加而成的，从而降低涡流强度，减少能量损耗，提高变压器的效率。故选BD。
二、电磁驱动
4．如图所示，磁性转速表是利用电磁驱动原理工作的。下列说法正确的是（ ）
A．在电磁驱动的过程中，其他形式能转化为机械能
B．铝盘中产生感应电流，因受洛伦兹力作用而转动
C．永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者同速动
D．永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者转动方向相反
【答案】A
【详解】A．在电磁驱动的过程中，其他形式能转化为机械能，故A正确；B．铝盘中产生感应电流，因受安培力作用而转动，故B错误；CD．磁性转速表的原理是：永久磁铁安装在转轴上，当转轴转动时带动永久磁铁转动，在铝盘中将产生感应电流，使铝盘受到安培力作用而转动，从而使指针发生偏转，所以永久磁铁和铝盘不能装在同一转轴上，并且铝盘产生的感应电流阻碍永久磁铁的转动，两者转动方向相同，由于铝盘一定与永久磁铁存在相对运动才能产生感应电流，所以两者转速不同，故CD错误。故选A。
5．如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁体从图示位置开始逆时针转动时，线圈仅在安培力作用下也开始转动，则：（ ）
A．线圈顺时针转动，线圈转速小于磁体转速
B．线圈逆时针转动，线圈转速等于磁体转速
C．线圈在转动过程中有感应电流
D．线圈克服安培力做功动能增加
【答案】C
【详解】ABC．转动磁铁时，导致线圈的磁通量增加，从而产生感应电流，出现安培力，导致线圈转动，根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，转速比磁铁小；故AB错误，C正确；D．线圈的转动是因为安培力对线圈做功，使线圈动能增加，故D错误。故选C。
6．（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．使线圈偏转角度更大B．使线圈偏转后尽快停下来
C．起电磁阻尼的作用D．起电磁驱动的作用
【答案】BC
【详解】线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是起电磁阻尼的作用。故选BC。
7．中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴（软铁），极靴中间又有一个铁质圆柱（软铁），极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（ ）
A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场
B．线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行
C．将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动减慢
D．在运输时用导线将电流表两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流
【答案】B
【详解】A．极靴与圆柱间的磁场是均匀地辐向分布，并不是匀强磁场；这样即可保证线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，从而使电流表表盘刻度均匀，故A错误；B．由图看出，蹄形磁铁和铁芯之间的磁场是均匀辐射分布，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，故B正确；C．将线圈绕在闭合的铝框上，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，故C错误；D．在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，电流表短路，产生的感应电流，从而减缓线圈的晃动，故D错误；故选B。
8．（多选）下列现象属电磁驱动的是
A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做
B．微安表的表头在运输时要把两接线柱短接
C．自制金属地雷探测器
D．当图中B变大时，ab在固定光滑导轨上滑动
【答案】AD
【详解】A．铝是导体，仪表指针偏转时铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，感应电流又会受到安培阻力，阻碍线圈的转动，故A正确； B．连接后由于电磁效应动圈阻尼变得极大，运输时线圈不再容易摆动，可以防止指针打坏，故B错误； C．金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成，而非电磁驱动，故C错误； D．当图中B变大时，回路中产生电流，又产生安培力，故属于电磁驱动，故D正确； 故选AD。
9．（多选）机在航母上弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动的原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈附近的金属环会被弹射出去。现在固定线圈左侧的同一位置，先后放置两个分别由铜和铝制成的闭合金属环。已知两环横截面积相等，形状、大小相同，且电阻率，合上开关S瞬间（ ）
A．铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力
B．若将铜环放置在线圈右方，环将向右运动
C．从左侧看，环中感应电流的方向沿顺时针方向
D．电池正负极调换后，金属环不能向左弹射
【答案】BC
【详解】A.铜环和铝环中产生的感应电动势相同，由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环，故A错误；B．若环放在线圈右方，根据楞次定律判断线圈中产生从右边看逆时针方向的电流，则原线圈对环有向右的安培力，即环将向右运动，故B正确；C.线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为顺时针，故C正确；D．由增反减同可知，电池正负极调换后，放在左边的金属环仍受力向左，故仍将向左弹出，故D错误。故选BC。
电磁阻尼
10．如图所示，条形磁铁用细线悬挂于O点，一金属圆环放置在O点正下方的水平绝缘桌面上。现将磁铁拉至左侧某一高度后由静止释放，磁铁在竖直面内摆动，在其第一次摆至右侧最高点的过程中，圆环始终静止。则下列说法正确的是（ ）
A．磁铁始终受到圆环的斥力作用
B．圆环中的感应电流方向保持不变
C．磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，桌面对圆环的摩擦力方向相反
D．磁铁在O点两侧最高点的重力势能不相等
【答案】D
【详解】A．由楞次定律推论可知，磁铁靠近圆环时受到斥力作用，远离圆环时受到引力作用，A错误；B．磁铁由释放到第一次运动到右侧最高点的过程中，穿过圆环的磁通量先增大后减小，由于穿过圆环的磁场方向不变，而磁通量的变化趋势发生了改变，因此感应电流的方向发生变化，B错误；C．根据楞次定律，磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，圆环都有向右滑动的趋势，故桌面对圆环的摩擦力方向均向左，C错误；
D．由楞次定律推论可知，感应电流总是阻碍磁铁与圆环之间的相对运动，感应电流对磁铁的作用力总是阻力，因此磁铁在右侧的最高点比释放点低，则磁铁在两侧最高点的重力势能不相等，D正确。故选D。
11．扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌。为了有效隔离外界震动对STM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震动，如图所示。如图所示是对紫铜薄板施加恒定磁场的四种方案。试问出现扰动时，对于紫铜薄板上下、左右震动衰减最有效的方案是哪一个？说明判断的理由。
【答案】见解析【详解】装置的原理是利用电磁阻尼。当薄板进出磁场时产生感应电流，薄板受安培力，安培力总是阻碍导体相对磁场的运动，从而使薄板尽快停下来。只有（a）阻碍上下左右振动最有效。
12．如图所示，一根两端开口的铜管竖直放置，一磁性较强的柱形磁体从上端放入管中，过了较长时间才从铜管下端落出，比自由落体慢了许多，则（ ）
A．磁体下落变慢，主要是由于磁体受到了空气的阻力
B．磁体下落变慢，主要是由于磁体受到金属铜的吸引
C．磁体下落变慢，主要是变化的磁场在铜管内激发出了涡流
D．铜管内感应电流方向保持不变
【答案】C
【详解】ABC．磁体下落变慢，产生该现象的原因是磁体下落，变化的磁场在铜管内激发出了涡流，涡流反过来又对强磁铁产生了很大的阻力，铜管对磁体的作用力方向始终向上，故AB错误，C正确；D．根据楞次定律知铜管对磁体先有向上的斥力，再有向上的吸引力，电流方向发生改变，故D错误。故选C。
13．（多选）如图所示为某种售货机硬币识别系统简图。虚线框内存在磁场，从入口A进入的硬币沿斜面滚落，通过磁场区域后，由测速器测出速度大小，若速度在某一合适范围，挡板B自动开启，硬币就会沿斜面进入接受装置；否则挡板C开启，硬币进入另一个通道拒绝接受。下列说法正确的是（ ）
A．磁场能使硬币的速度增大得更快
B．由于磁场的作用，硬币的机械能减小
C．硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力
D．如果没有磁场，则测速器示数会更大一些
【答案】BCD
【详解】AC．根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，即硬币进入磁场的过程会受到来自磁场的阻力，若磁场阻力大于硬币重力沿斜面的分力，硬币将做减速运动，若磁场阻力等于硬币重力沿斜面的分力，硬币将匀速进入磁场，若磁场阻力小于硬币重力沿斜面的分力，硬币继续加速运动，但速度增加变慢，综上所述，磁场能使硬币的速度增大变慢，故A错误，C正确；B．根据题意可知，硬币进入磁场和离开磁场时，穿过硬币的磁通量发生变化，硬币中产生感应电流，感应电流会阻碍硬币的相对运动，对硬币做负功，使硬币的机械能减小，故B正确；D．如果没有磁场，对硬币没有阻碍作用，由动能定理可知，硬币到达测速器位置时速度更大一些，故D正确。故选BCD。
14．（多选）电阻不可忽略的导电圆盘的边缘用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕过圆心O的竖直轴转动，转动过程中接触处在转动时不会产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘圆心O、圆盘边缘导电材料、电阻和开关连接成闭合回路。如图甲，圆盘区域内有竖直向下的匀强磁场，闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定；如图乙，在A、O之间的一圆形区域内有竖直向下的匀强磁场（圆形磁场区域直径小于圆盘半径），闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定。图甲和图乙中的两个磁场区域固定，其中的磁感应强度大小均为B。则（ ）
A．从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动
B．转速稳定时，甲中圆盘转速比乙中圆盘转速大
C．若断开开关，甲中圆盘仍然匀速转动
D．若断开开关，乙中圆盘仍然匀速转动
【答案】AC
【详解】A．根据左手定则可知，从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动，故A正确；B．两盘稳定后，感应电流与电路中的电流相等，则有甲的磁场区域大，切割磁感线的半径长，所以稳定后甲的转速小，故B错误；C．断开开关，由于甲的磁场充满整个圆盘，沿圆盘每条半径方向的感应电动势都一样大，电荷只在盘心和盘边缘处积累，不会形成涡流，所以甲中圆盘仍然匀速转动，故C正确；
D．由于乙的磁场只存在一部分区域，断开开关，乙盘中会形成涡流，所以乙中圆盘受到安培阻力作用，不能做匀速转动，故D错误。故选AC。
15．（多选）如图，右端为N极的磁铁置于光滑水平桌面上并与轻质弹簧相连，弹簧一端固定在竖直墙面上，当弹簧处于原长时，磁铁的中心恰好是接有一盏小灯泡的竖直固定线圈的圆心。用力将磁铁向右拉到某一位置后释放，磁铁穿过线圈来回振动，有关这个振动过程，以下说法正确的是（ ）
A．磁铁接近线圈时，线圈对磁铁产生吸引力
B．线圈中的电流方向发生变化
C．灯泡的亮暗不会发生变化
D．磁铁振动的幅度逐渐减小
【答案】BD
【详解】A．根据楞次定律，感应电流的效果总要阻碍引起感应电流的原因，可知，磁铁接近线圈时，穿过线圈的磁通量增大，感应电流激发的磁场对磁铁必定产生排斥力，以阻碍磁通量的增大，A错误；B．由分析可知，穿过线圈的磁场的方向向右，当磁铁靠近时，磁通量增大，感应电流激发出的磁场方向向左，根据安培定则，从右往左看，感应电流沿顺时针方向，当磁铁远离时，磁通量减小，感应电流激发出的磁场方向向右，根据安培定则，从右往左看，感应电流沿逆时针方向，B错误；C．磁铁穿过线圈来回振动，速度大小在不停变化，即磁通量的变化率已在变化，感应电动势大小发生改变，感应电流大小也发生改变，灯泡的亮暗会发生变化，C错误；D．磁铁在运动过程中，线圈中产生感应电流，灯泡产生焦耳热，弹性势能弹性势能一定减小，即磁铁振动的幅度逐渐减小，D正确。故选BD。