物理选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动精品同步练习题

这是一份物理选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动精品同步练习题，文件包含23《涡流电磁阻尼和电磁驱动》分层练习原卷版-人教版物理选修二docx、23《涡流电磁阻尼和电磁驱动》分层练习解析版-人教版物理选修二docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共14页， 欢迎下载使用。

基础篇
一、单选题
1.涡流内检测技术是一项用来检测各种金属管道是否有破损的技术。下图是检测仪在管道内运动及其工作原理剖面示意图，当激励线圈中通以正弦交流电时，金属管道壁内会产生涡流，涡流磁场会影响检测线圈的电流。以下有关涡流内检测仪的说法正确的是（ ）
A．检测线圈消耗功率等于激励线圈输入功率
B．在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测线圈的电流强度不变
C．在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测仪消耗功率将变大
D．当检测仪从金属管道完好处进入到破损处检测时，管道壁中将产生更强的涡流
【答案】C
【解析】A．激励线圈输入功率大于检测线圈消耗功率，管道壁中产生涡流，有一定的热功率，P激励=P检测+P热，故A错误；
B．增大频率，检测线圈的磁通量变化率变大，产生的感应电动势变大，则电流强度变大，故B错误；
C．增大频率，检测线圈的功率和管道产生的热功率变大，则检测仪消耗功率将变大，故C正确；
D．当检测仪从金属管到完好处进入破损处检测时，厚度减小，则管道壁中产生的涡流变小，故D错误。
故选：C。
2.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
【解析】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。
3.2021年9月3日在北京，香港两地神舟十二号乘组与近300名香港科技工作者、教师和大中学生展开一场别开生面的天地连线互动。天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车。太空单车是利用电磁阻尼的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：在铜质轮子的外侧有一些磁铁（与轮子不接触），人在健身时带动轮子转动，磁铁会对轮子产生阻碍，磁铁与轮子间的距离可以改变，则下列说法正确的是（ ）
A．轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关
B．若轮子用绝缘材料替换，也能保证相同的效果
C．轮子受到的阻力主要来源于铜制轮内产生的感应电流受到的安培力
D．磁铁与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越小
【答案】C
【解析】B．轮子（导体）在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，因此不能用绝缘材料替换，B错误；
AC．轮子在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的轮子产生阻力，以阻碍轮子与磁场之间的相对运动，所以轮子受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，安培力大小与电阻率有关，故A错误，C正确；
D．磁铁与轮子间的距离不变时，轮子转速越大，产生的感应电流越大，轮子受到的阻力越大，D错误。
故选：C。
4.电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。多国科学家都致力于此项研究。据2015年央广新闻报道，美国国家航空航天局NASA在真空成功试验了电磁驱动引擎，如果得以应用，该技术将在未来的星际旅行中派上大用场。在日常生活中，比如摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理。如图所示是磁性式转速表及其原理图，关于磁性式转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是( )
A.铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B．永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动
C．铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
D．由于铝盘和永久磁体被同转轴带动，所以两者转动是完全同步的
【答案】B
【解析】当永久磁体随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时永久磁体的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用，使指针转动，由于弹簧游丝的力的作用，会使指针稳定指在某一刻度上，A错误，B正确；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁体转动，要减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁体转动方向与铝盘转动方向相同，C错误；永久磁体固定在转轴上，铝盘固定在指针轴上，铝盘和永久磁体不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，D错误。
故选：B。
提升篇
一、选择题
1．(单选)如图所示，水平方向的磁场垂直于光滑曲面，闭合小金属环从高h的曲面上端无初速度滑下，又沿曲面的另一侧上升，则( )
A．若是匀强磁场，环在左侧上升的高度小于h
B．若是匀强磁场，环在左侧上升的高度大于h
C．若是非匀强磁场，环在左侧上升高度等于h
D．若是非匀强磁场，环在左侧上升的高度小于h
【答案】D
【解析】若是匀强磁场，穿过小环的磁通量不变，没有感应电流产生，其机械能守恒，高度不变，则环在左侧上升的高度等于h，故A、B错误；若是非匀强磁场，穿过小环的磁通量变化，小环中将产生感应电流，机械能减小，转化为内能，高度将减小，则环在左侧上升的高度小于h，故C错误，D正确。
故选：D。
2．(多选)图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁(与飞轮不接触)，人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减小磁铁与飞轮间的距离)，下列说法正确的是( )
A.飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力变大
C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越小
D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越小
【答案】AB
【解析】飞轮受到的阻力主要来源于磁铁产生的磁场对它的安培力，A正确；人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，磁铁与飞轮间的距离减小，磁场变强，飞轮受到的安培阻力变大，B正确；控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，飞轮内部的涡流越强，受到的安培阻力越大，C、D错误。
故选：AB。
3.(多选)如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细绳挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，圆环摆动过程中经过匀强磁场区域(忽略空气阻力)，则( )
A．圆环向右穿过磁场后，不能摆至原高度
B．在进入和离开磁场时，圆环中感应电流方向相反
C．圆环进入磁场后，感应电流方向不变
D．圆环最终停止在最低点
【答案】AB
【解析】圆环向右穿过磁场后，会产生电流，圆环中将产生焦耳热，根据能量守恒知圆环的机械能将转化为内能，所以摆不到原来的高度，A符合题意；圆环进入磁场时磁通量增大，离开磁场时磁通量减小，根据楞次定律知，在这两个过程中，产生的感应电流方向相反，B符合题意；整个圆环进入磁场后，磁通量不发生变化，不产生感应电流，C不符合题意；在圆环不断经过磁场，机械能不断损耗过程中圆环越摆越低，最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动，因为在此区域内没有磁通量的变化(一直是最大值)，所以机械能守恒，即圆环最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，而不是静止在最低点，D不符合题意。
故选：AB。
4.(多选)科技的发展使得电能的无线传输成为可能，下图是某品牌手机无线充电的原理图，通过对原理图的理解，下列说法正确的是( )
A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电磁感应”
B.只有将充电座接到交流电源上才能对手机进行充电
C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
【答案】ABC
【解析】由工作图易知，无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电磁感应”，即A项正确；只有将充电座接到交流电源上才能产生交变电磁场，进而在接收线圈中产生电流，从而对手机充电，即B项正确；由电磁感应定律易知，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同，即C项正确；手机内部应有与图中接收线圈功能相同的装置，否则无法进行无线充电，即D项错误。
故选：ABC。
非选择题：
1.如图所示，在光滑的水平面上有一半径r＝10 cm、电阻R＝1 Ω、质量m＝1 kg的金属圆环，以速度v＝10 m/s向一有界匀强磁场滑去。匀强磁场方向垂直于纸面向里，B＝0.5 T。从环刚开始进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时圆环释放了32 J的热量，求：
(1)此时圆环中电流的瞬时功率。
(2)此时圆环运动的加速度。
【答案】(1)0.36 W (2)6×10－2 m/s2，方向向左
【解析】(1)取金属圆环为研究对象，从刚进入磁场至一半进入磁场的过程中，由能量守恒定律可知，环减少的动能全部转化为热能，设此时的速度为v1，则有
Q＝ eq \f(1,2) mv2－ eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(1)) ，又因为P＝ eq \f(E2,R) ＝ eq \f(（B2rv1）2,R) ，
由以上两式联立，代入数据解得P＝0.36 W。
(2)由楞次定律可知环此时受到的安培力方向向左，由牛顿第二定律得 eq \f(B2（2r）2v1,R) ＝ma，
即a＝ eq \f(B2（2r）2v1,mR) ＝6×10－2 m/s2，方向向左。
2.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．如图甲，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，无扰动时，按下列图“乙”或“丙”方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右震动的衰减最有效的方案是__________（选填“乙”或“丙”）,此现象属于__________(选填“电磁阻尼”或“电磁驱动”）。
【答案】 丙 电磁阻尼
【解析】当加恒定磁场后，当紫铜薄板上下及左右振动时，导致穿过板的磁通量变化，从而产生感应电流，进而阻碍板的运动，而图乙只能在薄片在磁场的上下和右方边缘时，才有磁通量变化，微小振动没有磁通量变化，因此只有图丙穿过板的磁通量变化，故此现象属于电磁阻尼。
3.磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图甲是平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。如图乙所示，通道尺寸a＝2．0 m、b＝0.15 m、c＝0.10 m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8．0 T的匀强磁场，沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99．6 V，海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率ρ＝0.20 Ω·m。
(1)船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向。
(2)船以vs＝5．0 m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5．0 m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd＝8．0 m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感。
(3)船行驶时，通道中海水两侧的电压按U′＝U－U感计算，海水受到的安培力的80%可以转化为对船的推力。当船以vs＝5．0 m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。
【答案】(1)796．8 N，沿y轴正方向(向右) (2)9．6 V (3)2 880 W
【解析】(1)根据安培力公式，推力F1＝I1Bb，其中I1＝eq \f(U,R)，R＝ρeq \f(b,ac)
则F1＝eq \f(U,R)Bb＝eq \f(Uac,ρ)B＝eq \f(99.6×2.0×0.10,0.20)×8．0 N＝796．8 N
由左手定则判断，通道内海水受到的安培力的方向，即对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)。
(2)此时海水切割磁感线的速度v感＝vd＝8．0 m/s，则有U感＝Bvdb
即U感＝8．0×8．0×0.15 V＝9．6 V。
(3)当船行驶时，通道中海水两侧的电压U′＝U－U感，则根据欧姆定律得
I2＝eq \f(U′,R)＝eq \f(U－Bvdbac,ρb)＝eq \f(99.6－9.6×2.0×0.10,0.20×0.15) A＝600 A
安培力F2＝I2Bb＝600×8．0×0.15 N＝720 N
海水对船的推力F＝80%F2＝80%×720 N＝576 N
海水推力的功率P＝Fvs＝576×5．0 W＝2 880 W。