高中物理人教版（2019）选择性必修第二册 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习卷 （含答案）

人教版（2019）选择性必修第二册《2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动》2022年同步练习卷（1）

一 、单选题（本大题共10小题，共60分）

1.（6分）如图所示，三个完全相同的半圆形光滑轨道竖直放置，分别处在真空、匀强磁场和匀强电场中，轨道两端在同一高度上。三个相同的带正电小球同时从轨道左端最高点由静止开始沿轨道运动，、、分别为轨道的最低点，则下列有关判断正确的是
 

A. 小球第一次到达轨道最低点的速度关系
B. 小球第一次到达轨道最低点时对轨道的压力关系 
C. 小球从开始运动到第一次到达轨道最低点所用的时间关系
D. 三个小球到达轨道右端的高度都不相同，但都能回到原来的出发点位置

2.（6分）下列用电器工作原理涉及到涡流现象应用的是

A. 电吹风 B. 电磁灶 C. 电冰箱 D. 电视机

3.（6分）[学科核心素养·科学思维]电磁炉作为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、高效节能等是电磁炉的优势。电磁炉的工作原理是利用通电线圈产生磁场,当磁场通过铁质锅体时，锅体内会产生无数小涡流,使锅体自行高速发热,加热锅内食物。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. 恒定磁场越强,电磁炉的加热效率越高
D. 降低磁场变化的频率,可提高电磁炉的加热效率

4.（6分）下列关于甲、乙、丙、丁四种装置，在下列操作与判断正确的是 
 

A. 图甲中，使两导体棒以相同的速度在导轨上匀速向右运动，导体棒中能产生感应电流
B. 图乙中，使导体棒在匀强磁场中以恒定的角速度绕点构成的闭合回路转动，导体棒中不能产生感应电流
C. 图丙中，在闭合圆环导体水平放置某一直径正上方的平行直导线中，使通过的电流逐渐增大，闭合导体环中能产生感应电流
D. 图丁中，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，不闭合的导体环中不能产生感应电流

5.（6分）如图所示，上下开口、内壁光滑的铜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，则小磁块
 

A. 在和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. 在中的下落时间比在中的长 D. 落至底部时在中的速度比在中的大

6.（6分）如图所示水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻，匀强磁场竖直向下分布在导轨所在空间内，质量一定的金属棒垂直于导轨放置．今使棒以一定的初速度向右运动，当其通过位置时，速率分别为，到位置时棒刚好静止．设导轨与棒的电阻均不计，与的间距相等，则金属棒在由与的两个过程中
 

A. 棒运动的加速度相等 B. 通过棒横截面的电量不相等
C. 回路中产生的电能 D. 棒通过两位置时速率关系为

7.（6分）关于线圈的自感系数大小的下列说法中正确的是（  ）

A. 通过线圈的电流越大，自感系数越大
B. 线圈中的电流变化越快，自感系数越大
C. 插有铁芯时线圈的自感系数会比它没有插入铁芯时大
D. 线圈的自感系数与电流的大小，电流变化的快慢，是否有铁芯等都无关

8.（6分）如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈
 

A. 向左运动 B. 向右运动
C. 静止不动 D. 无法确定

9.（6分）如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一用轻质弹簧悬挂的条形磁铁。现将磁铁托起到弹簧处于原长时放开，磁铁将沿竖直方向上下振动。若磁铁在振动过程中始终没有接触桌面，则有
 

A. 磁铁上下振动时，金属圆环中将产生方向始终不变的感应电流
B. 当磁铁运动到最低点时，圆环中产生的感应电流最大
C. 在磁铁向下运动的过程中，圆环对桌面的压力大于圆环的重力
D. 当磁铁静止不动后，磁铁减少的重力势能全部转化为圆环中产生的电能

10.（6分）一个半径为、质量为、电阻为的金属圆环，用一根长为的绝缘细绳悬挂于点，离点下方处有一宽度为，垂直纸面向里的匀强磁场区域，如图所示．现使圆环从与悬点等高位置处由静止释放细绳张直，忽略空气阻力，摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场，则在达到稳定摆动的整个过程中金属环产生的热量是
 

A.  B.  C.  D.

二 、多选题（本大题共5小题，共30分）

11.（6分）年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示。这台加速器由两个铜质形盒、构成，其间留有空隙，下列说法正确的是
 

A. 粒子从电场中获得能量
B. 粒子获得最大速度与回旋加速器半径有关
C. 粒子获得最大速度与回旋加速器内的电场有关
D. 回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功

12.（6分）如图所示为新一代炊具--电磁炉，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。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是
 

A. 锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B. 恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C. 锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D. 提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果

13.（6分）下列说法正确的是(    )

A. 楞次定律告诉我们,感应电流的“效果”总是要反抗引起感应电流的“原因”
B. 汽车上用的感应电动机是利用电磁驱动原理制成的
C. 探测器探测到金属物是因为金属物中产生了涡流
D. 变压器的铁芯利用薄硅钢片叠加而成是为了增大涡流

14.（6分）关于静电现象和涡流，下列说法中正确的是

A. 减小铁芯材料的电阻率可以减小变压器铁芯中涡流所引起的能损
B. 可以利用涡流冶炼高质量的合金
C. 飞机轮胎用导电橡胶制成是为了避免静电的危害
D. 探测金属制地雷所用的探测器是利用静电现象来工作的

15.（6分）下列列举的四种器件中，工作时主要利用了电磁感应的是

A. 回旋加速器 B. 电磁炉
C. 质谱仪 D. 日光灯

三 、计算题（本大题共2小题，共24分）

16.（12分）如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管，在弧形轨道上方高为的地方无初速度释放一磁铁可视为质点，下滑至水平轨道时恰好沿螺线管的中心轴运动。设，的质量分别为、，若最终、的速度分别为、。 
将向哪个方向运动？ 
求全过程中整个电路所消耗的电能。
 

17.（12分）电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度．电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为，一质量为的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动，铝条相对磁铁运动相同．磁铁端面是边长为的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为，铝条的高度大于，电阻率为，为研究问题方便铝条只考虑与磁场正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁场进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为 
求铝条中与磁铁正对部分的电流； 
若两铝条的宽度均为，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度的表达式； 
在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度的铝条，磁铁仍以速度进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动的加速度和速度如何变化．
 

答案和解析

1.【答案】A;

【解析】解：、在第二图中，因为洛仑兹力总是垂直于速度方向，故洛仑兹力不做功；球下落时只有重力做功，故第一、二图两次机械能均守恒，故两次球到最低点的速度相等，，第三图中，小球下滑的过程中电场力做负功，重力做正功，所以小球在最低点的速度小于前两个图中的速度，故A正确； 
B、小球在最低点时，第一图中重力和支持力的合力提供向心力，而第二图中是重力、支持力和洛伦兹力的合力提供向心力，所以小球受到的支持力大小不相等，对轨道的压力也不相等；三图中由于电场力对小球做负功，故小球到达点时的速度小于前图中的速度，而在竖直方向上，重力和支持力的合力充当向心力，故三图中压力最小；故B错误； 
C、第一图和第二图比较可得，小球下滑的速度相等，故而由中分析可知，三图中速度小于前两图中的对应位置的速度，故最小；故C错误； 
D、第一、二两图中，洛伦兹力不做功，只有重力做功，动能和重力势能之间转换，故这小球在右端都能到达高度相同；第三个图中，小球向左运动过程中电场力做负功，故第三个小球上升的高度较小，故D错误。 
故选：。 
分析物体受力情况及各力做功情况，由动能定理可求得小球到达最低点时的速度；由球的运动可知球滑到最低点时的速度变化；由洛仑兹力公式可知压力大小关系；根据洛伦兹力不改变速度大小来分析运动时间关系。 
本题涉及磁场、电场中的运动问题，利用功能关系是解决物理问题的常用方法，在解题时应明确洛仑兹力永不做功。丙图中在电场中的小球，电场力对小球做功，影响小球的速度的大小，从而影响小球对轨道的压力的大小，影响小球在右端到达的高度。
 

2.【答案】B;

【解析】解：：电吹风是利用通电导体在磁场中受力转动的原理制成的，故错误； 
：电磁灶是利用线圈中的交流电的周期性的变化，在附近的导体中产生感应电流对食物进行加热，即使用涡流原理对食物加热．故正确； 
：电冰箱是使用压缩机对气体压缩，并使用热传递的原理制作的，故错误； 
：电视机是利用电磁波的发射与接收的原理、带电粒子在电场中的偏转等原理制作，工作的过程中不需要大量发热．故错误． 
故选：
 

3.【答案】B;

【解析】电磁炉连接交流电，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的,故A错误,B正确；电磁炉的加热效率与磁场的强弱无关,只与磁场的变化快慢有关,故C错误；提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效率,故D错误。
 

4.【答案】D;

【解析】解：产生感应电流的条件：当闭合回路中磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。 
、图甲中，两导体棒以相同的速度在导轨上匀速向右运动时，两导体棒之间的距离不变，则穿过两导体棒与导轨围成的面积上的磁通量不变，不能产生感应电流，故错误； 
、图乙中，导体棒匀强磁场中以恒定的角速度转动时，棒切割磁感线，在闭合回路中能产生感应电流，故错误； 
、图丙中，导线在水平放置的闭合导体圆环正上方，根据直导线产生的磁场的特点可知，穿过水平放置的闭合导体圆环的总磁通量为零；当导线内的电流最大时，闭合回路磁通量不变仍为零，不会产生感应电流，故错误； 
、图丁中，滑动变阻器的滑片向右滑动时，接入电路中的电阻值最大，则电路中的电流减小，所以螺线管产生的磁场减弱，在不闭合的导体圆环中会产生感应电动势，由于圆环不闭合，所以不能产生感应电流，故正确。 
故选：。 
当闭合回路中磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流；分析各个选项中，是否满足产生感应电流的条件。 
判断电路中能否产生感应电流，应把握两点：一是要有闭合回路；二是回路中的磁通量要发生变化；对于非匀强磁场穿过线圈的磁通量不能定量计算，可以根据磁感线的条数定性判断其变化情况，注意分清磁感线穿过线圈的哪个面是解答该题的关键。
 

5.【答案】C;

【解析】解：、当小磁块在光滑的铜管下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管产生感应电流，因磁场，从而产生安培阻力，而对于塑料管内小磁块没有任何阻力，在做自由落体运动，故A错误；  
B、由选项分析可知，在铜管的小磁块机械能不守恒，而在塑料管的小磁块机械能守恒，故B错误；  
C、在铜管中小磁块受到安培阻力，则在中的下落时间比在中的长，故C正确；  
D、根据动能定理可知，因安培阻力，导致产生热能，则至底部时在中的速度比在中的小，故D错误．  
故选：． 
当小磁块在光滑的铜管下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管产生感应电流，因磁场，从而产生安培阻力，对于塑料管没有任何阻碍，从而即可求解． 
考查安培力产生原因，注意感应电流产生条件，理解涡流的概念．
 

6.【答案】C;

【解析】解：、由和，棒一直减速，回路中电流一直在减小，棒受安培力减小， 
故加速度减小，故错误． 
、金属棒在由与的两个过程中磁通量的变化量相同， 
由感应电量得通过棒横截面的电量相等，故错误． 
、、由动量定理知：从，， 
从， 
而即 
故有，故错误， 
产生的电能由能量守恒有： 
，故正确． 
故选 
根据题意，金属棒在向右运动过程中受到一个向左的安培力，由于安培力对金属棒做负功，所以金属棒的速度越来越小，加速度越来越小． 
由感应电量进行比较． 
由与的两个过程中运用动量定理求解两位置时速率关系． 
与的两个过程中动能转化为电能，由能量守恒求解． 
此题主要考查综合运用电磁感应、电路知识、牛顿定律、动量定理等知识的能力．
 

7.【答案】C;

【解析】解：A、B、线圈的自感系数大小由线圈自身决定，与电流大小，电流变化快慢均无关，故A错误，B错误； 
C、同一线圈，插有铁芯时线圈的自感系数会变大，故C正确； 
D、线圈的自感系数与线圈的长度、匝数以及是否有铁芯等都有关，与电流的大小、电流变化的快慢无关，故D错误； 
故选：C．
 

8.【答案】A;

【解析】根据安培定则， 将环形电流等效为小磁针，根据同名磁极相斥，异名磁极相吸判断线圈的运动。 
此题主要考查了安培定则和磁极间相互作用的应用，注意线圈产生的磁场与条形磁体产生的磁场很相似，可以利用安培定则判断线圈产生的磁场的、极。根据安培定则，环形电流可以等效为小磁针，小磁针的极指向右，根据异名磁极相吸，知线圈向左运动，故正确，错误。 
故选。
 

9.【答案】C;

【解析】解：、当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合导体环内的磁通量增大，磁铁向上运动的过程中闭合导体环内的磁通量减小，根据楞次定律可知磁铁上下振动时，金属圆环中将产生方向始终不断变化的感应电流。故A错误；  
B、当磁铁运动到最低点时，环内的磁通量不变，根据感应电流的条件可知，圆环中不产生的感应电流。故B错误；  
C、根据楞次定律可知：当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合导体环内的磁通量增大，因此线圈做出的反应是面积有收缩的趋势，同时将远离磁铁，故增大了和桌面的挤压程度，从而使导体环对桌面压力增大，故C正确；  
D、磁铁上下运动的过程中磁铁的重力势能、动能、弹簧的弹性势能都不断变化，同时圆环中产生的电能；所以磁铁静止不动后，磁铁减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能与圆环中产生的电能。故D错误，  
故选：。 
解本题时应该掌握：楞次定律的理解、应用。在楞次定律中线圈所做出的所有反应都是阻碍其磁通量的变化。如：感应电流磁场的磁通量、面积、速度、受力等。 
本题巧妙的考查了楞次定律的应用，只要记住“增反减同”这一规律，此类题目难度不大。
 

10.【答案】C;

【解析】解：当环在磁场下方摆动，不再进入磁场时，摆动稳定， 
金属环中产的焦耳热等于环减少的机械能， 
由能量守恒定律得：，故C正确； 
故选：。 
金属环穿过磁场的过程中，产生感应电流，金属环中产生焦耳热，环的机械能减少，当金属环在磁场下方，不再进入磁场时，环的机械能不变，环稳定摆动，由能量守恒定律可以求出产生的焦耳热． 
环穿过磁场时机械能转化为加热热，环减少的机械能就等于环中产生的焦耳热．
 

11.【答案】AB;

【解析】解：、粒子在电场力作用下，从电场中获得能量，而洛伦兹力不做功，无法从磁场中获得能量，故A正确，D错误； 
、由 得：，则最大动能为：，知最大动能与加速器的半径有关，与电场无关，故B正确，C错误。 
故选：。 
洛伦兹力并不做功，而电场力对离子做正功，可知离子能从电场获得能量。当离子在磁场中圆周运动的半径等于形盒半径时，速度最大，动能最大，根据洛伦兹力充当向心力，列式得到最大动能的表达式，再进行分析增加最大动能的方法。 
回旋加速器是利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。是高能物理中的重要仪器。 
磁场的作用 
带电粒子以某一速度垂直进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速率和半径无关，使带电粒子每次进入形盒中都能运动相等时间半个周期后，平行于电场方向进入电场中加速。 
电场的作用 
回旋加速器的两个形盒之间的窄缝区域存在周期性的变化的并垂直于两形盒直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成的。 
交变电压 
为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使其能量不断提高，要在狭缝处加一个与粒子运动的周期一致的交变电压。
 

12.【答案】CD;

【解析】解：、、锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，故错误，正确； 
、涡流的强弱取决于磁场变化的频率，与磁场的强弱无关，故只增强磁场时，不会增强加热效果，故错误； 
、提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果，故正确。 
故选：。 
电磁炉又被称为电磁灶，其原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，从而使金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅内的食物。 
本题要求学生根据题文的信息解答，考查了学生接受信息的能力，掌握电磁炉的应用及工作原理。
 

13.【答案】ABC;

【解析】楞次定律告诉我们,感应电流的“效果”总是要反抗引起感应电流的“原因”,选项A正确；汽车上用的感应电动机是利用电磁驱动原理制成的,选项B正确；探测器探测到金属物是因为探测线圈产生变化的磁场,使金属物中产生了涡流,选项C正确；变压器的铁芯利用薄硅钢片叠加而成是为了增大电阻,减小涡流,选项D错误。
 

14.【答案】BC;

【解析】解：、在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，可以通过增大铁芯材料电阻率的途径减小变压器铁芯中的涡流，故A错误；  
B、在真空冶炼炉中，高频交变电流产生的涡流，电能转化为内能，来冶炼出高质量的合金，故B正确；  
C、飞机轮胎用导电橡胶制成可以将飞机产生的静电迅速导走；故C正确；  
D、金属探测器利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场．这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流．涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声；故D错误；  
故选：． 
变压器中电流越小，则引起的能损越少；  
在真空冶炼炉中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金；  
容易导电的是导体，不容易导电的是绝缘体；  
金属探测器利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场． 
此题主要考查静电的防止与应用，在学习时要注意其中生活中的应用与防止，理解产生涡流的原理，及涡流的利用与防止，注意感应电流的产生条件，及与静电感应的区别．
 

15.【答案】BD;

【解析】解：、回旋加速器利用磁场使带电粒子旋转，电场使粒子加速。故A错误。  
    、电磁炉是利用电磁感应原理使产生涡流，将电能最终转化成内能。故B正确。  
    、质谱仪是利用电场加速，磁场使粒子偏转，不是电磁感应现象。故C错误。  
    、日光灯利用自感现象启动，而自感现象是特殊的电磁感应现象。故D正确。  
故选：。 
回旋加速器利用磁场使带电粒子旋转，电场使粒子加速．日光灯利用自感现象启动．质谱仪是利用电场加速，磁场使粒子偏转．电磁炉是利用电磁感应原理． 
此题主要考查对现代科技装置和产品原理的理解能力，基本题，不应失分．
 

16.【答案】解：（1）磁铁B向右运动时，螺线管A中产生感应电流，由楞次定律知，A向右运动。 
（2）全过程中，磁铁B减少的重力势能转化为A、B的动能和整个电路中的电能，所以： 
， 
则。 
答：（1）A将向右运动； 
（2）全过程中整个电路所消耗的电能为（）。;

【解析】 
根据楞次定律可以判断的运动方向，根据能量守恒可以求解整个电路中所消耗的电能。 
此题主要考查楞次定律和能量守恒定律得的应用，需要注意列能量守恒时，不要遗漏的动能。
 

17.【答案】解：磁铁在铝条间运动时，两根铝条受到的安培力大小为： 
…① 
磁铁受到沿斜面向上的作用力，其大小有： 
…② 
磁铁匀速运动时受力平衡，则有： 
…③ 
联立①②③式可得： 
…④ 
磁铁匀速穿过铝条间时，在铝条中产生的感应电动势为，则有： 
…⑤ 
铝条与磁铁正对部分的电阻为，由电阻定律有： 
…⑥ 
由欧姆定律有： 
…⑦ 
联立④⑤⑥⑦式可得： 
…⑧ 
磁铁以速度进入铝条间，恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力，联立①②⑤⑥⑦式可得： 
…⑨ 
当铝条的宽度时，磁铁以速度进入铝条间时，磁铁受到的作用力变为，有： 
 
可见，，磁铁受到的合力方向沿斜面向上，获得与运动方向相反的加速度，磁铁将减速下滑，此时加速度最大，之后，随着运动速度减小，也随着减小，磁铁所受的合力也减小，由于磁铁加速度与所受的合力成正比，则磁铁的加速度逐渐减小． 
综上所述，磁铁做加速度逐渐减小的减速运动，直到时，磁铁重新达到平衡状态，将再次以较小的速度匀速下滑． 
答：铝条中与磁铁正对部分的电流是； 
两铝条的宽度均为，磁铁匀速穿过铝条间时速度的表达式是； 
磁铁做加速度逐渐减小的减速运动，直到时，磁铁重新达到平衡状态，将再次以较小的速度匀速下滑．;

【解析】 
磁铁在铝条间运动时，根据安培力公式求出两根铝条受到的安培力大小．磁铁匀速运动，受力平衡，由平衡条件求解铝条中与磁铁正对部分的电流 
根据法拉第电磁感应定律求出铝条中产生的感应电动势，根据电阻定律得到铝条与磁铁正对部分的电阻，结合欧姆定律列式，可求解速度的表达式． 
磁铁以速度进入铝条间恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力由上题结果得到与、等量的关系．再分析当两铝条的宽度变为时，受到的作用力变化，由牛顿第二定律分析铝条的运动情况，从而得到加速度和速度的变化情况． 
该题首先要认真读题，搞清问题的情景，抓住磁铁运动、铝条不动与磁铁不动、铝条运动的效果相同，建立起物理模型，运用电磁感应的规律得到安培力与速度的关系式．