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课后测评

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 作业

(25分钟·60分)

一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)

1.电磁炉具有无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等优势。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.锅体可以用不导电的陶瓷制成

B.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的

C.恒定磁场越强,电磁炉的加热效果越好

D.提高磁场变化的频率,可提高电磁炉的加热效果

【解析】选D。锅体中的涡流是由变化的磁场产生的。故A、B、C错误;提高磁场变化的频率,可提高电磁炉的加热效果。故D正确。

2.电磁炉是利用涡流加热的,它利用交变电流通过线圈产生变化磁场,当磁场内的磁感线通过锅底时,即会产生无数小涡流,使锅体本身高速发热,从而达到烹饪食物的目的。下列的锅具或容器中,适用于电磁炉的是(　　)

A.煮中药的瓦罐　　　　　　 B.不锈钢锅

C.玻璃茶杯      D.塑料盆

【解析】选B。煮中药的瓦罐、玻璃茶杯、塑料盆都不是铁质锅,不能被磁化,因而不能形成涡流(即电流),故不能用来加热食物,故A、C、D错误,B正确。

3.如图所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则(　　)

A.铜盘转动将变慢

B.铜盘转动将变快

C.铜盘仍以原来的转速转动

D.铜盘转动速度是否变化,要根据磁铁的上、下两端的极性来决定

【解析】选A。当蹄形磁铁移近铜盘时,铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,由楞次定律可知感应电流所受的安培力阻碍其相对运动,所以铜盘转动将变慢。本题也可以从能量守恒的角度去分析,因为铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,铜盘的机械能不断转化成电能,铜盘转动会逐渐变慢,A项正确。

4.金属探测器是用来探测金属的仪器,关于其工作原理,下列说法中正确的是 (　　)

A.探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场

B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到

C.探测到金属物是因为金属物中产生了涡流

D.探测到金属物是因为探测器中产生了涡流

【解析】选C。金属探测器利用涡流探测金属物品原理是:线圈中产生变化的磁场,会在金属物品产生变化的感应电流,而金属物品中感应电流产生的变化的磁场会在线圈中产生感应电流,引起线圈中电流发生变化,从而被探测到,故A、B、D错误,C正确。

5.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

【解析】选D。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。

6.物理课上,老师做了一个“神奇”的实验:如图所示,将30 cm长的铜管竖直放置,一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放,观察到磁铁用较长时间才从下管口落出。对于这个实验现象同学们经分析讨论作出相关的判断,你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力,磁铁与管壁没有接触)              (　　)

A.如果磁铁的磁性足够强,磁铁会停留在铜管中,永远不落下来

B.磁铁在铜管中运动的过程中,由于不计空气阻力,所以机械能守恒

C.如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铜管中运动时间更长,但一定会落下来

D.如果将铜管换成塑料管,磁铁从塑料管中出来也会用较长时间

【解析】选C。如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铜管中运动受到阻力更大,原因:当磁铁运动时才会导致铜管的磁通量发生变化,才出现感应磁场阻碍原磁场的变化,所以运动时间变长,但一定会落下,故A错误,C正确;磁铁在铜管中运动的过程中,虽不计空气阻力,但在过程中,出现安培力做功产生热能,所以机械能不守恒,故B错误;如果将铜管换成塑料管,磁铁不会受到安培力阻力,做自由落体运动,故D错误。

二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)

7.(12分)电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。如图1所示为电吉他的拾音器的原理图,在金属弦的下方放置有一个连接到放大器的螺线管。一条形磁铁固定在管内,当拨动金属弦后,螺线管内就会产生感应电流,经一系列转化后可将电信号转为声音信号。

(1)金属弦的作用类似“研究电磁感应现象”实验中铁芯的作用,则被拨动后靠近螺线管的过程中,通过放大器的电流方向为________(以图像为准,选填“向上”或“向下”)。 

(2)下列说法正确的有________。 

A.金属弦上下振动的周期越大,螺线管内感应电流的方向变化也越快

B.金属弦上下振动过程中,经过相同位置时速度越大,螺线管中感应电动势也越大

C.电吉他通过拾音器发出的声音随感应电流强度增大而变响,增减螺线管匝数会起到调节音量的作用

D.电吉他通过拾音器发出的声音频率和金属弦振动频率相同

(3)若由于金属弦的振动,螺线管内的磁通量随时间的变化如图2所示,则对应感应电流的变化为图3中的________。 

【解析】(1)金属弦靠近螺线管时,线圈中磁场变强,根据楞次定律可得通过放大器的电流方向为向下。

(2)感应电动势的大小与磁通量的变化率有关,与线圈匝数有关,所以选项B、C正确;电吉他通过拾音器发出的声音频率与感应电流的频率相同,即与金属弦振动频率相同,故A错误,D正确。

(3)根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,所以感应电流的大小取决于磁通量的变化率,所以选项D正确。

答案:(1)向下　(2)B、C、D　(3)D

8.(12分)如图是生产中常用的一种延时继电器的示意图,铁芯上有两个线圈A和B,线圈A与电源连接,线圈B的两端和电阻连成一个闭合电路,在断开开关S时,弹簧K并不能立即将衔铁D拉起,即连接着工作电路的触头C要经过一段时间后才能离开。根据所学的知识,说明这种继电器的工作原理。

【解析】由题意可知,当S接通后,线圈A中产生磁场,穿过线圈B的磁通量要增加,根据楞次定律:增反减同,结合右手螺旋定则可知,B中产生与图示方向相反的感应电流,当将S断开,导致穿过线圈B的磁通量减小变慢,根据楞次定律可知,产生延时释放D的作用。

答案:见解析

　(15分钟·40分)

9.(7分)(多选)关于涡流,下列说法中正确是(　　)

A.高频感应冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B.家用电磁炉是利用涡流来加热食物的

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增大涡流

【解析】选A、B、C。高频感应冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的,炉内放入被冶炼的金属,线圈内通入高频交变电流,这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化,故A正确;电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场,当含铁质锅具放置炉面时,在锅具底部产生涡流来加热食物,故B正确;阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动,当金属板从磁场中穿过时,金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用,故C正确;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,变压器的铁芯不用整块的硅钢铁芯,其目的是减小涡流,故D错误。

10.(7分)(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

【解析】选A、B、C。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。

【补偿训练】

 (多选)如图所示,一金属铜盘紧靠U形磁铁的两极而不接触,U形磁铁在铜盘正中央。当磁铁旋转起来,会带动铜圆盘跟随磁铁转动,这种现象称为电磁驱动,在圆盘转动过程中下列说法正确的是(　　)

A.圆盘上产生了感应电动势

B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致U形磁铁转动

C.在圆盘转动的过程中,U形磁铁的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D.圆盘转动方向与磁铁方向相反

【解析】选A、B。铜盘中有自由电子,在磁场运动时,这些电子受到洛伦兹力,会沿半径方向运动,圆盘上产生了感应电动势,从而形成涡流。这个涡流反过来又会受到磁场的作用力,使得铜盘随着磁极转动。故A、B正确;根据对称性原理,U形磁铁的磁场穿过整个圆盘的磁通量不变,故C错误;根据楞次定律可知,圆盘会阻碍磁铁的相对运动,所以圆盘以较小的转速与磁铁同向转动。故D错误。

11.(7分)(多选)如图所示为电磁炉的加热原理图,炉体支板的下方埋有线圈,电流通过线圈产生磁场,磁场的磁感线通过锅底部时产生无数小涡流,使锅体迅速发热,从而加热锅中的食物。下列关于电磁炉说法正确的是(　　)

A.可以接入稳恒电源使其工作

B.可以将陶瓷材料制作的锅放在炉面上加热

C.其他条件不变,线圈中电流的有效值越大,对同一个锅体产生的热功率越大

D.其他条件不变,线圈中电流的频率越高,对同一个锅体产生的热功率越大

【解析】选C、D。稳恒电源在线圈中产生恒定的电流,激发恒定的磁场,穿过金属锅的磁通量不变,不会发生电磁感应现象,没有涡流产生,故A错误;要使锅底能产生涡流,锅必须是导电性能好的金属,故不可以将陶瓷材料制作的锅放在炉面上加热,故B错误;其他条件不变,线圈中电流的有效值越大,磁场的变化量就越大,线圈中磁通量的变化率越大,产生的感应电动势就越大,涡流越大,对同一个锅体产生的热功率也就越大,故C正确;其他条件不变,线圈中电流的频率越高,线圈中磁通量的变化率越大,产生的感应电动势就越大,涡流越大,对同一个锅体产生的热功率越大,故D正确。

12.(19分)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。

【解析】(1)取金属环为研究对象,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=mv2-m,又因为P==,

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

=ma,

即a==6×10-2 m/s2,方向向左。

答案:(1)0.36 W　(2)6×10-2 m/s2,方向向左

【总结提升】涡流现象中两种不同的能量转化方式

(1)电磁阻尼中克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能。

(2)电磁驱动中由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能而对外做功。

关闭Word文档返回原板块