高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应及其应用3 涡流 电磁阻尼 电磁驱动练习题

2.3涡流 电磁阻尼 电磁驱动同步练习2021—2022学年高中物理教科版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图甲所示的是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.其原理是用载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，从而获得物件内部是否断裂及其位置的信息.如图乙所示的是一个带铁芯的线圈、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起.对以上两个实例的理解正确的是   （       ）

A．涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象

B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料

C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是变化的交流电源

D．以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是稳恒电源

2．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加速度(       )

A．均匀增大

B．先增大，后减小

C．逐渐减小，最后为零

D．先增大，再减小，最后不变

3．如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。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。则关于小磁块，下列说法正确是（　　）

A．小磁块下落时间长的管是塑料管

B．在两个下落过程中的机械能都守恒

C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动

D．小磁块落至底部时速度大小相等

4．下列实验现象，属于电磁感应现象的是

A．导线通电后其下方的小磁针发生偏转

B．通电导线AB在磁场中运动

C．通电线圈在磁场中转动

D．金属杆切割磁感线时，电流表指针偏转

5．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

6．关于下列图片，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，把线圈绕在铝框上，因为铝框中能产生感应电流，磁场对该感应电流的安培力有助于偏转指针停下来

B．图乙是动圈式扬声器的结构示意图，当随声音变化的电流通过线圈，在安培力作用下线圈发生振动，从而带动纸盆振动发出声音的；这种扬声器是不能当话筒使用的

C．图丙是钳式电流表，利用互感原理，可用于估测较大的交、直电流

D．图丁是验电器和静电计，用于检验物体是否带电，只有当带电体与导体棒的上端金属球直接接触时金属箔片或者指针才会张开

7．如图所示为真空冶炼炉．炉外有线圈，则真空冶炼炉在工作时，下列说法错误的是（       ）

A．通过线圈的电流直接流经炉内金属，并使之发热

B．通过线圈的电流是交流电

C．炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流

D．炉内金属中会产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化

8．如图所示是冶炼金属的感应炉的示意图。感应炉中装有待冶炼的金属，当线圈中通有电流时，通过产生涡流来熔化金属。以下关于感应炉的说法中正确的是（  ）

A．感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流

B．感应炉的线圈中通有恒定的电流，也可以产生涡流

C．感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔化的

D．感应炉是利用线圈中电流产生的磁场使金属熔化的

9．如图所示，轻质弹簧一端固定在天花板上，另一端栓接条形磁铁，一个铜盘放在条形磁铁的正下方的绝缘水平桌面上，控制磁铁使弹簧处于原长，然后由静止释放磁铁，不计磁铁与弹簧之间的磁力作用，且磁铁运动过程中未与铜盘接触，下列说法中正确的是

A．磁铁所受弹力与重力等大反向时，磁铁的加速度为零

B．磁铁下降过程中，俯视铜盘，铜盘中产生顺时针方向的涡旋电流

C．磁铁从静止释放到第一次运动到最低点的过程中，磁铁减少的重力势能等于弹簧弹性势能

D．磁铁从静止释放到最终静止的过程中，磁铁减少的重力势能大于铜盘产生的焦耳热

10．实验高中南、北校区之间要铺设一条输电线路，该线路要横穿两校区之间的公路，为了保护线路不至被压坏，必须在地下预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．校方将该要求在学校的物理探究小组中公布并征求电线穿管的方案．经过遴选，目前有如图所示的两种方案进入最后的讨论阶段：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电导线输送的电流很强大，那么，下列讨论的结果正确的是（　　）

A．若输送的电流是恒定电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的

B．若输送的电流是交变电流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的

C．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的

D．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的

11．如图所示，一个质量为M、长为L的铜管用细线悬挂在天花板上，现让一强磁铁(可视为质点)从铜管E端由静止下落，强磁铁在下落过程中与铜管不接触，在强磁铁穿过铜管过程中(       )

A．铜管中没有感应电流

B．整个系统机械能守恒

C．细线中的拉力F=Mg

D．强磁铁穿过制管的时间

12．某输电线路横穿公路时，要在地下埋线。为了保护输电线不被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过。输电线穿过钢管的方案有两种（如图所示）：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过。如果输电线输送的电流很大，以下说法正确的是（　　）

A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲乙两方案都是可行的

B．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲乙两方案都是不可行的

C．若输送的电流是交变电流，甲方案不可行，乙方案可行

D．若输送的电流是恒定电流，甲方案不可行，乙方案可行

13．下列说法正确的是( )

A．处于静电平衡的导体,内部的电场强度和电势均为零

B．电势、电势差、电势能都是电能的概念,都与放入电场中的电荷无关

C．电动势数值上就等于电源正负极之间的电压

D．金属中的涡流会产生热量,生活中的电磁炉是利用这原理而工作的

14．下列关于涡流的说法中正确的是（　　）

A．在硅钢片中不能产生涡流

B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流

C．涡流有热效应，但没有磁效应

D．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的

15．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。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（　　）

A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强

C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力

二、填空题（共4题）

16．当导体在______中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是______导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

17．涡流：当线圈中的______随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作______，简称______。

18．涡流

（1）涡流：当线圈中的___________随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作___________，简称___________。

（2）金属块中的涡流会产生___________，利用涡流产生的___________可以冶炼金属。

19．某同学探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图所示，打点计时器的电源为的交流电。

（1）下列实验操作中，正确的有______；

A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方

B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面

C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落

D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源

（2）该同学按照正确的步骤进行实验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、3、…、8。用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到点的距离，记录在纸带上，如图所示。

计算相邻计时点间的平均速度，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中的数据补充完整。

（3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是___________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是______________________。

（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为“实验②”），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果得到什么结论？(      )

三、综合题（共4题）

20．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。

21．某同学在学习了涡流现象的知识后，制作了如图所示的实验装置。将一个玩具小人连接弹簧悬挂起来，玩具的底部粘上一块强磁铁，并分别制作了铝环、塑料环和带缺口的铝环。

请利用上述实验器材，通过比较的方式，分别设计一个能够演示电磁驱动和演示电磁阻尼的实验。

22．如图为法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。圆盘处于水平向右的匀强过场中，圆盘平面与磁感线垂直，从左向右看，圆盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。已知匀强磁场磁感应强度大小为B，圆盘半径为r，定值电阻的阻值为R。

（1）判断通过电阻R的电流方向；

（2）求这个发电机的电动势E；

（3）如果圆盘不转动，使磁场的磁感应强度以规律变化（k为常数），请判断圆盘上是否产生了感应电流？是否有电流通过电阻R？简要说明理由。

23．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。

参考答案：

1．B

2．C

3．C

4．D

5．B

6．A

7．A

8．A

9．D

10．B

11．D

12．C

13．D

14．D

15．B

16．     磁场     阻碍

17．     电流     涡电流     涡流

18．     电流     涡电流     涡流     热量     热量

19．     AB     39.0     速度逐渐增大到后做匀速直线运动     逐渐增大到等于重力     为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用。磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。

20．

使用高频电磁感应电炉冶炼金属时，在炉外的线圈中通入高频交变电流，从而产生交变磁场，交变磁场进而使炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量最终使金属熔化。

21．

要演示电磁驱动和演示电磁阻尼实验，必须要在圆环中产生感应电流，感应电流的磁场与玩具小人下面的磁铁作用产生阻尼作用，则必须要求圆环是闭合的铝环，不能用塑料环或带缺口的铝环。

演示电磁阻尼设计实验如下：让圆环不动，让玩具小人上下振动起来，则会发现小人的振动很快停止；

演示电磁驱动设计实验如下：先让玩具小人不动，让圆环上下振动起来，则会发现小人也很快振动起来；

22．（1）由b流向a；（2）；（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。

23．

金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。