人教版 (2019)选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动习题

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步课时作业（含解析）

1.关于涡流，下列说法中错误的是(   )

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

2.如图所示，一根长导线弯曲成“n”形，通以电流I，正中间用绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内.在电流I增大的过程中，下列判断正确的是(   )

A.金属环中无感应电流产生

B.金属环中有顺时针方向的感应电流

C.悬挂金属环C的竖直线的拉力大于环的重力十

D.悬挂金属环C的竖直线的拉力小于环的重力

3.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动，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振动，如图所示.无扰动时，按下列四种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左右振动的衰减最有效的方案是(   )

A. B. C. D.

4.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使放在电磁炉上面的锅的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，热效应产生的热量能起到加热物体的作用.因为电磁炉是由电磁感应产生电流的，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.以下说法正确的是(   )

A.最好使用铝锅或铜锅

B.最好使用平底不锈钢锅或铁锅

C.最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅

D.在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热

5.如图所示，位于同一绝缘水平面内的两根固定金属导轨电阻不计，两导轨之间存在竖直向下的匀强磁场.现将两根粗细均匀、电阻分布均匀的相同铜棒放在两导轨上，若两棒从图示位置以相同的速度沿方向做匀速直线运动，运动过程中始终与两导轨接触良好，且始终与导轨垂直，不计一切摩擦，则下列说法正确的是(   )

A.回路中有顺时针方向的感应电流 B.回路中的感应电流不断增大

C.回路中的热功率不断增大 D.两棒所受安培力的合力不断减小

6.电子感应加速器的基本原理如图所示.在上、下两个电磁铁形成的异名磁极之间有一个环形真空室.图甲为侧视图，图乙为真空室的俯视图.电磁铁中通以变化的电流，使两磁极间的磁场周期性变化，从而在真空室内产生感生电场，将电子从电子枪右端注入真空室，电子在感生电场的作用下被加速，同时在洛伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向(图乙中箭头方向)做圆周运动.由于感生电场的周期性变化使电子只能在某段时间内被加速，但由于电子的质量很小，故在极短时间内被加速的电子可在真空室内回旋数十万以至数百万次，并获得很大的能量.若磁场的磁感应强度B(图乙中垂直于纸面向外为正)随时间变化的关系如图丙所示，不考虑电子质量的变化，电子在时，注入真空室后由静止开始被加速，则下列说法中正确的是(   )

A.电子在真空室中做匀速圆周运动

B.电子在运动时的加速度始终指向圆心

C.在丙图所示的第一个周期中，电子只能在内按图乙中逆时针方向做圆周运动且被加速D.在丙图所示的第一个周期中，电子在和内均能按图乙中逆时针方向做圆周运动且被加速

7.如图所示为用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，将金属材料置于冶炼炉中，当线圈中通以电流时用感应加热的方法使炉内金属发热.下列说法中正确的是(   )

A.线圈中通以恒定电流，金属材料中也能产生感应电流

B.线圈中通以随时间变化的电流，在金属材料中会产生感应电流

C.感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的

D.感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热冶炼金属的

8.物理课上，教师做了一个“电磁阻尼”的实验.如图甲所示，两摆在通过磁场时，A摆很快停下来，B摆摆动了很长的一段时间.图乙是某同学另找器材再来探究此实验的装置，A是由摆片和细杆组成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之间，当绕在电磁铁上的励磁线圈未通电时，摆片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来；当线圈通电时，摆片应当迅速停下来.他连接好电路，重复实验，均没出现摆片迅速停下来的现象.对比老师的演示实验，下列说法正确的是(   )

A.老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流

B.老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上没有产生感应电流

C.该同学没有成功的原因可能是所选线圈的匝数过多

D.该同学没有成功的原因可能是构成摆的材质是塑料的

9.涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是(   )

A.涡流的频率小于通入线圈的交流电的频率
B.涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率
C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D.待测工件可以是塑料或橡胶制品

10.如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(   )

A.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
B.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较小
D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较大

11.如图所示，一闭合的小金属环用一根绝缘细杆挂在固定点O处，使金属圆环在竖直线的两侧来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线的方向垂直纸面向里，若悬点摩擦和空气阻力均不计，则(   )

A.金属环进入磁场区域后越靠近线时速度越大

B.金属环每次进入和离开磁场区域都有感应电流

C.金属环在从摆动到停止过程中，机械能将全部转化为环中的电能

D.金属环开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后不再减小

12.如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨相距为d，导轨平面与水平面的夹角，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上.长为d的金属棒垂直于放置于导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接一个阻值也为R的定值电阻，重力加速度为g.现闭合开关S，给金属棒施加一个方向垂直于棒且平行于导轨平面向上、大小为的恒力F，使金属棒由静止开始运动.求:

(1)金属棒能达到的最大速度；

(2)金属棒达到最大速度一半时的加速度大小；

(3)若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大，则金属棒由静止开始上滑的过程中，金属棒上产生的热量.

答案以及解析

1.答案：B

解析：真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置，A选项正确；要想产生涡流，必须是变化的磁场，因为变化的磁场才能产生电场，产生涡流，B选项错误；根据楞次定律可知，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，C选项正确；涡流会造成能量的损失，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，是为了减小涡流造成的能量损失，D选项正确.

2.答案：C

解析：根据安培定则可知，“n”形导线中电流在金属环C处的磁场方向为垂直于纸面向里且增大，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向，故A，B错误；根据左手定则可知，金属圆环任一点受安培力的方向指向圆心，由于弯曲成“n”形导线，所以金属环C下边圆弧受到的向上安培力小于上边圆弧受到的向下安培力，总的安培力向下，因此悬挂金属环的竖直线拉力增大，故C正确，D错误.

3.答案：A

解析：施加磁场来衰减振动是利用电磁阻尼实现的，即振动过程中发生电磁感应现象，产生的感应电流在磁场中受安培力阻碍其振动.A选项的图中紫铜薄板无论上下振动还是左右振动都会出现磁通量的变化，从而会产生电磁感应现象；B选项的图中紫铜薄板上下振动时没有磁通量的变化，不会产生电磁感应现象；C选项的图中紫铜薄板无论上下振动还是左右振动均不会产生电磁感应现象；D选项的图中紫铜薄板上下振动时不会产生电磁感应现象，故最有效的方案是A，选项A正确.

4.答案：B

解析：选用陶瓷锅或耐热玻璃锅时，锅底无法产生电流，选项C错误；A、B选项中锅的锅底均能产生电流，铜和铝的导磁性差，产生的感应电流小，利用电流的热效应产生的热量少，效率低，相对来说选用平底不锈钢锅或铁锅最佳，选项A错误，B正确；由于线圈产生的磁场能穿透白纸到达锅底，在铁锅中产生电流，能够加热，故选项D错误.

5.答案：D

解析：两棒以相同的速度沿方向做匀速直线运动，穿过回路的磁通量不断增加，根据楞次定律可知，感应电流方向沿逆时针，故A错误；设两棒原来相距为s，与的延长线夹角为α，回路中总的感应电动势，保持不变，由于回路的总电阻不断增大，所以回路中的感应电流不断减小，故B错误；回路中的热功率不变，R增大，则P不断减小，故C错误；两棒所受安培力的合力减小，其他量不变，所以F减小，故D正确.

6.答案：C

解析：由于电子在真空室中的能量逐渐增大，说明其速度逐渐变大，故电子做的不是匀速圆周运动，A错误；当电子做匀速圆周运动时，其向心力才指向圆心，现在电子做的不是匀速圆周运动，所以电子在运动时的加速度并不始终指向圆心错误；在丙图所示的第一个周期中，在内磁感应强度增大，原磁场的方向垂直于纸面向外，由楞次定律可知，感应磁场的方向与原磁场方向相反，为垂直于纸面向里，再由右手螺旋定则可知真空室中感生电场的方向为顺时针方向，该方向正好使电子加速；同理，在内，感生电场方向为逆时针方向，电子减速，直至沿顺时针方向转动，而时间内感生电场再次变为顺时针方向，此时电子会减速，故只有在内，电子沿逆时针方向做圆周运动且被加速，C正确，D错误.

7.答案：BC

解析：通过线圈的电流是随时间变化的电流，从而在金属材料中产生感应电流，故A选项错误，B选项正确；炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流，感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的，故C选项正确；炉内金属中会产生涡流，但由线圈电阻产生的热量很小，主要是由于金属中的自由电子在涡流产生的电场中高速运动，受到阻碍从而产生热量，故D选项错误.

8.答案：AD

解析：老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流从而阻碍磁通量的变化，A正确，B错误；线圈的匝数越多，受阻碍作用越明显，则线圈越容易停下来，C错误；如果材质是塑料的，则不会产生感应电流，则线圈不会受到磁场力作用，因此不会很快停下来，D正确.

9.答案：BC

解析：感应电流的频率与原电流的频率是相同的，涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率，故B正确，A错误；因为线圈中的交流电是周期性变化的，故在工件中引起的电流也是周期性变化的，可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，故C正确；电磁感应只能发生在金属物体上，故待测工件只能是金属制品，故D错误。

10.答案：BD

解析：高频焊接利用髙频交变电流产生高频交变磁场，在待焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析知，电流变化的频率越高，磁通量的变化率越大，产生的电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，B正确，A错误.焊缝处的电阻大，电流相同时，焊缝处的热功率大，温度高，故C错误，D正确.

11.答案：ABD

解析：金属环进入磁场后，由于没有磁通量的变化，因而金属环中没有感应电流，不受磁场力作用，离平衡位置越近，重力势能转化成的动能越多，则速度越大，故A正确；当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，都会产生感应电流，故B正确；由于从左侧摆到右侧的过程中，金属环中磁通量有发生变化的过程，因而产生感应电流，金属环中将产生焦耳热，根据能量守恒定律知金属环的机械能不断减少，所以摆角会越来越小，当环完全在磁场中来回摆动时，磁通量不变，没有感应电流，金属环的机械能守恒，摆角不变，在磁场区域来回摆动，不会停止，故C错误，D正确.

12.答案：(1)

(2)

(3)

解析：(1)设金属棒能达到的最大速度为，此时加速度为0，

由平衡条件有，根据欧姆定律可知，又，联立解得.

(2)当金属棒的速度时，则，由牛顿第二定律有，解得.

(3)金属棒达到最大速度后做匀速运动，设整个电路放出的热量为Q，由能量守恒定律有，又金属棒上产生的热量，所以.