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练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动练习，共19页。试卷主要包含了单选题，共10小题，多选题，共4小题，解答题，共4小题，填空题，共4小题等内容，欢迎下载使用。
课时3涡流、电磁阻尼和电磁驱动分层作业夯实基础（1）第二章电磁感应2021_2022学年高二物理选择性必修第二册（人教版2019）练习一、单选题，共10小题1．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y＝x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y＝a的直线。一个质量为m的小金属块从曲面上y＝b（b>a）处以速度v沿曲面下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量为（　　）A．mgb B．mv2 C．mg（b－a） D．mg（b－a）＋mv22．如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以绕′轴自由转动，两磁极靠近铜盘，但不接触。当磁铁绕轴转动时，铜盘将（　　）A．以相同的转速与磁铁同向转动 B．以较小的转速与磁铁同向转动C．以相同的转速与磁铁反向转动 D．静止不动3．下列没有利用涡流的是（　　）A．金属探测器B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架4．为解决智能手机电池不耐用问题，一种新型的充电方式——无线充电产生了。如图所示为无线充电原理图，由与充电基座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。那么关于无线充电过程，下列说法正确的是（　　）A．送电线圈接直流电源B．受电线圈输出的是恒定电流C．送电线圈和受电线圈通过互感完成对电池充电D．送电线圈和受电线圈通过涡流完成对电池充电5．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6．下列设备中利用了电流热效应的是（　　）A．电磁炉 B．热水器 C．电冰箱 D．电风扇7．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）A．图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属C．丙是回旋加速器的示意图，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能也会增大D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理8．如图所示，有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把U形磁铁放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，则铜盘（　　） A．不受响和原先一样转动 B．很快停下C．比原先需要更长时间停下来 D．比原先更快地转动9．下面四幅图展示了一些物理学的应用，下列说法正确的是（　　） A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到重力作用C．丙图，其内部用包含金属丝的织物制成，因为金属丝很坚韧，有利于保护人体D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁驱动现象10．下列四幅演示实验图中，实验现象能正确表述实验结论的是（　　）A．图甲用磁铁靠近轻质闭合铝环A，A会靠近磁铁B．图乙断开开关S，触点C不立即断开C．图丙闭合开关S时，电流表有示数，断开开关S时，电流表没有示数D．图丁铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快二、多选题，共4小题11．如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（ ）A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯12．金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警．下列说法正确的是（　　）A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物上方不停地晃动B．探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流”（感应电流）C．若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化D．若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少13．2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时，导体板内产生电涡流。关于阻尼器，下列说法正确的是（　　）A．阻尼器摆动时产生的电涡流源于电磁感应现象B．阻尼器摆动时产生的电涡流源于外部电源供电C．阻尼器最终将机械能转化成为内能D．质量块通过导体板上方时，导体板的电涡流大小与质量块的速率无关14．如图，长为L=1.25m的铝管竖直固定放置，让质量均为3×10-2kg的铁钉和小磁铁分别各自从铝管的上端口由静止释放进行两次实验。已知铝管内壁光滑，不计空气阻力，g=10m/s2，关于两个物体的运动，下列说法正确的是（　　）A．铁钉、磁铁在铝管中的运动时间均为0.5sB．铁钉运动到下端口的动量为0.15kg·m/sC．磁铁穿过铝管的过程中，合力的冲量小于0.15N·sD．若管下端口未封闭，磁铁下落过程，没有磁生电现象，磁铁机械能守恒三、解答题，共4小题15．如图所示，金属圆环轨道MN、PQ竖直放置，两环之间ABDC内（含边界）有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B0，AB水平且与圆心等高，CD竖直且延长线过圆心。电阻为r，长为2l的轻质金属杆，一端套在内环MN上，另一端连接带孔金属球，球套在外环PQ上，且都与轨道接触良好。内圆半径r1＝l，外圆半径r2＝3l，PM间接有阻值为R的电阻，让金属杆从AB处无初速释放，金属杆第一次即将离开磁场时，金属球的速度为v，其他电阻不计，忽略一切摩擦，重力加速度为g。求：(1) 金属球向下运动过程中，通过电阻R的电流方向。(2) 金属杆从AB滑动到CD的过程中，通过R的电荷量q。(3) 金属杆第一次即将离开磁场时，R两端的电压U。16．麦克斯韦电磁理论认为：变化的磁场会在空间激发一种电场，这种电场与静电场不同，称为感生电场或涡旋电场．在如图甲所示的半径为r的圆形导体环内，存在以圆环为边界竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=kt （k＞0且为常量）．该变化的磁场会在空间产生圆形 的涡旋电场，如图乙所示，涡旋电场的电场线与导体环具有相同圆心的同心圆，同一电场线 上各点场强大小相同，方向沿切线．导体环中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势，涡旋电场力充当非静电力，其大小与涡旋电场的场强E关系满足F=Eq．(1)根据法拉第电磁感应定律，推导导体环中产生的感 应电动势；(2)在乙图中以圆心O为坐标原点，向右建立一维x 坐标轴，推导在x轴上各处电场强度的大小E与x之间的 函数表达式，在图中定性画出E-x图像；(3)图丙为乙的俯视图，去掉导体环，在磁场圆形边 界上有M、N两点之间所夹的小圆弧恰为整个圆周 的1/6；将一个带电量为+q的带电小球沿着圆弧分别顺时针、逆时针从M移动到N，求涡旋电场力分别所做的功．在此基础上，对比涡旋 电场和静电场，说明涡旋电场中为什么不存在电势的概念．17．如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起．我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的．试定性说明：为什么交变电流的频率越高，焊接缝处放出的热量越大？18．磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具，如图（a）所示。它的驱动系统可简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形金属框，电阻为R的金属框置于xOy平面内，MN长为l平行于y轴，NP宽为d平行于x轴，如图（b）所示。轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按波长为的正弦规律分布，如图（c）所示。整个磁场以一定的速率沿Ox方向匀速平移，忽略一切阻力，列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶。（1）简要叙述列车运行中获得驱动力的原理。（2）为使列车获得最大驱动力，MN、PQ边应处于磁场中的什么位置？四、填空题，共4小题19．手机是利用_______传送信号的；电磁炉是利用________加热的；医院里常用的CT检查是利用_________来成像的．20．我们用作煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同。有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉；还有以直接用电热方式加热的，例如电饭锅，下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食。电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都高，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。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能被磁铁吸住的就能用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。（1）在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有（回答三个即可）：①______________；②______________；③______________。（2）电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是__________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是___________。（3）在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗(           )？为什么(           )？21．下列现象属电磁阻尼的是________，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框短接C．自制金属地雷探测器D．交流感应电动机E．当图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动22．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
参考答案：1．D【解析】【分析】【详解】金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生感应电流，进而产生焦耳热。最后，金属块在y＝a以下的曲面上做往复运动，减少的机械能为由能量守恒定律可知，减少的机械能全部转化成焦耳热故选D。2．B【解析】【分析】【详解】因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化。故要求铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，不能同步转动。故选B。3．B【解析】【分析】【详解】金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流现象工作的，磁电式仪表利用涡流能让指针快速稳定，也是利用涡流现象，变压器中的硅钢片是为了防止涡流产生铁损，故只有B没有利用，ACD均利用了。故选B。4．C【解析】【分析】【详解】送电线圈要接入交流电源，周期性变化的电流产生的磁场，变化的磁场在受电线圈中产生变化的电流，所以受电线圈中产生的是感应电流，即送电线圈和受电线圈是通过互感完成对电池充电的，不是自感，所以受到线圈中不是涡流，故C正确， ABD错误。故选C。5．D【解析】【分析】【详解】A．整块导体内部发生电磁感应而产生的感应电流的现象成为涡流现象，所以硅钢片中能产生涡流，故A错误；BCD．涡流跟平常见到的电磁感应现象一样，都是因为穿过导体的磁通量变化产生的，都是感应电流，感应电流既有热效应又有磁效应，故BC错误，D正确。故选D。6．B【解析】【分析】【详解】A．电磁炉是利用电流的磁效应的原理制成的，不是利用电流的热效应，故A不符合题意；B．热水器工作时把电能转化为内能，利用了电流的热效应，故B符合题意；C．电冰箱主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，故C不符合题意；D．电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，故D不符合题意。故选B。7．D【解析】【详解】A．根据电磁驱动原理，图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，线圈比磁铁转得慢，A错误；B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生产生涡流，铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，B错误；C．根据解得丙是回旋加速器的示意图，粒子获得的最大动能与电压无关，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能不会增大，C错误；D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，D正确。故选D。8．B【解析】【分析】【详解】当铜盘转动时，切割磁感线，产生感应电动势，由于电路闭合，则出现感应电流，处于磁场中受到安培力作用，此力阻碍铜盘转动，使铜盘很快停下来，故B正确，ACD错误；故选B。9．A【解析】【详解】A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作，A正确；B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到地磁场的作用力，B错误；C．丙图，电工服不应含金属丝，内部用包含金属丝的织物制成的服装应作为防辐射服，有静电屏蔽作用，C错误；D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁阻尼现象，D错误。故选A。10．B【解析】【分析】【详解】A．图甲用磁铁靠近轻质铝环A，由于A环中发生电磁感应，根据楞次定律可知，A将远离磁铁，故A错误；B．图乙断开开关S，由于B线圈中发生电磁感应现象阻碍电流的减小，因此线圈仍有磁性，触电C不立即断开，故B正确；C．图丙闭合开关S和断开开关S时均会发生电磁感应，因此电流表均有示数，故C错误；D．当转动铜盘时，导致铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培力，由楞次定律可知，产生安培力导致铜盘转动受到阻碍。因此铜盘将转慢，故D错误。故选B。11．AB【解析】【详解】当线圈中通以交变电流时，在金属杯中将产生感应电动势感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势；增加线圈的匝数可以提高交流电产生磁场的磁感应强度的变化率，感应电动势增大，感应电流的功率增大，使杯内的水沸腾所需的时间缩短；提高交流电源的频率，磁感应强度的变化率变大，感应电动势变大，感应电流的功率增大；故选项A、B正确．取走线圈中的铁芯则使得线圈周围的磁场变弱，磁感应强度变化率减小，感应电动势变小，从而使杯内的水沸腾所需的时间反而延长，故选项D错误；将金属杯换为瓷杯后，由于陶瓷不是导体，因此瓷杯中不能产生感应电流，无法给水加热，故选项C错误．12．BD【解析】【详解】AB．因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生高速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物的上方，待检测物中依然有感应电流产生，故A错误，B正确；CD．因为塑料制品近乎于绝缘体，导电性能极差，所以监测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料内部没有可自由移动的带电粒子或极少，而使得待检测物体中无感应电流或电流太小不能引起报警，故C错误，D正确。故选BD。13．AC【解析】【详解】AB．阻尼器摆动时，永磁铁通过导体板上方使之磁通量发生变化，从而在导体板中产生电涡流，这属于电磁感应，故A项正确，B项错误；C．通过阻碍质量块和永磁铁的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为焦耳热，故C项正确；D．质量块通过导体板上方时的速度越快，磁通量变化越快，产生的感应电动势和感应电流也越大，故D项错误。故选AC。14．BC【解析】【分析】【详解】A．铁钉在铝管中做自由落体运动，有代入数据，得磁铁在铝管中下落时，由于电磁阻尼，其所用时间要大于0.5s。故A错误；B．铁钉运动到下端口的动量为代入数据，得0.15kg·m/s故B正确；C．磁铁穿过铝管的过程中，由于电磁阻尼，到达下端口时的速度小于铁钉的速度，即根据动量定理，有可知，磁铁合力的冲量小于铁钉的合力冲量0.15N·s。故C正确；D．若管下端口未封闭，磁铁下落过程，还是有电磁感应现象，因此磁铁机械能不守恒。故D错误。故选BC。15．（1）由M指向P；（2）；（3）【解析】【详解】（1）由楞次定律可以判断出通过R的电流方向由M指向P；（2）金属杆从AB滑动到CD的过程中联立得出（3）金属杆第一次即将离开磁场时，产生的电动势为联立得出R两端电压16．(1) ；(2) 当x＜r时： 当x≥r时：  (3) 顺时针移动时 逆时针移动时: ，不存在电势的概念【解析】【分析】(1)根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势.(2)带正电荷的金属球周围的场强分布与点电荷的电场分布类似，也可以使用积分法求它的场强.(3)动生电动势是由于洛仑兹力作用而产生，感生电动势是由于涡旋电场的电场力产生.【详解】(1)(2)求x处的涡旋电场场强，可认为放一个半径为x的导体环（圆心和磁场区域圆心相同）当x＜r时：当x≥r时： 画出E-x图像如图：(3)Er=，+q受力沿着电场线（顺时针）顺时针移动时:W1=Erq·逆时针移动时: 因为：沿不同路径从M移动到N点，W1≠W2，即涡旋电场力做功与路径有关，所以不存在电势能EP的概念，，所以不存在电势的概念.【点睛】本题考查感生电动势与动生电动势，关键是找出非静电力的来源，会从法拉第电磁感应定律公式推导切割公式.17．见解析【解析】【详解】交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大．而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高焊接处放出的热量越多．18．（1）见解析；（2）NM、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方【解析】【详解】（1）由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到安培力即为驱动力。（2）为使列车获得最大驱动力，NM、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方，这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大，导致线框中电流最强，也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大，因此，d应为的奇数倍，即或（）19．     电磁波；     涡流；     X射线【解析】【详解】手机是利用电磁波传送信号的；电磁炉是利用涡流加热的；医院里常用的CT检查是利用X射线来成像的．20．     电流的磁效应（或电生磁）     电磁感应现象（或磁生电）     电流的热效应（或焦耳定律）     不能产生电磁感应现象     电阻率小，电热少，效率低     能起到加热作用     由于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【解析】【详解】（1）[1][2][3]①首先交流电流过线圈产生电磁感应现象是电生磁；②这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，这是磁生电；③感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食这是电流的热效应。（2）[4][5]电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是不能产生电磁感应现象；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是铝锅、铜锅的电阻率小，电热少，效率低；（3）[6][7]能起到加热作用，由于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，从而利用电流的热效应起到加热作用。21．     AB     DE【解析】【详解】[1]电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动，磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做，是利用电磁阻尼作用让指针快速停止摆动；微安表的表头在运输时要把两接线框短接，也是利用电磁阻尼作用让表头指针不发生剧烈摆动。[2]电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动，交流感应电动机是利用电磁驱动使电动机线圈转动；E选项图中B变大时，a、b在安培力的作用下沿固定光滑导轨滑动。22．减速【解析】【详解】试题分析：楞次定律的表现是：“来拒去留，增缩减扩”，本质是磁场对感应电流的作用．可根据这两个表现来进行判断．根据楞次定律的表现：“来拒去留”，所以磁铁在穿过环之前，圆环产生的感应电流对磁铁是“拒”的作用，即阻碍作用，阻碍磁铁的靠近，故磁铁会减速．穿过环之后的短时间内，圆环产生的感应电流对磁铁是“留”的作用，也会阻碍磁铁向前运动，故磁铁会减速．