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当堂检测题

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共16题）

1．.安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈’线圈中通有变化的电流.如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警，关于这个安检门的以下说法正确的是（　　）

A．安检门能检查出毒贩携带的毒品

B．安检门能检查出旅客携带的水果刀

C．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作

D．安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理

2．下列说法正确的是（　　）

A．奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象

B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中一定会产生感应电流

C．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

D．涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律

3．物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用。下面列举的四种器件中，利用电磁感应原理工作的是（　 　）

A．可变电容器 B．电磁炉

C．质谱仪 D．示波管

4．下列关于电动机的说法中正确的是（　　）

A．电动机是将机械能转化为电能的装置

B．换向器是使通入线圈内的电流方向发生有规律的变化，从而使线圈能不停地转动

C．当电动机内的线圈转到其平面与磁场方向垂直的位置时会停止

D．直流电动机是利用电磁感应的原理产生转动的

5．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

6．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列说法中正确的是（　　）

A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关

B．电磁炉中通入电压恒定的直流电也能正常工作

C．环保绝缘材料制成的锅体可以利用电磁炉来烹饪食物

D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成以便于加快热传递

7．如图所示，一根长1m左右的空心铝管竖直放置（图甲），同样竖直放置一根长度相同但有竖直裂缝的铝管（图乙）和一根长度相同的空心塑料管（图丙）。把一枚小磁铁从上端管口放入管中后，小磁铁最终从下端管口落出。小磁铁在管内运动时，均没有跟管内壁发生摩擦。设小磁铁在甲、乙、丙三条管中下落的时间分别为t1、t2、t3，则下列关于小磁铁在三管中下落的说法正确的是（　　）

A．甲管、乙管和丙管都会产生感应电流

B．小磁铁完全进入甲管后，甲管中没有感应电流产生

C．t1最大

D．t2＝t3

8．下列说法不符合物理学史的是（　　）

A．奥斯特发现了电流的磁效应

B．法拉第发现了电磁感应现象

C．牛顿解释了涡旋电场的产生原理

D．楞次找到了判断感应电流方向的方法

9．中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴（软铁），极靴中间又有一个铁质圆柱（软铁），极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（　　）

A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场

B．线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行

C．将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动减慢

D．在运输时用导线将电流表两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流

10．磁电式电流表是常用的电学实验器材。如图所示，电表内部由线圈、磁铁极靴、圆柱形.软铁螺旋弹簧等构成。下列说法正确的是（　　）

A．极靴与圆柱形软铁之间为匀强磁场.

B．当线圈中电流方向改变时，线圈受到的安培力方向不变

C．通电线圈通常绕在铝框上，主要因为铝的电阻率小，可以减小焦耳热的产生

D．在运输时.通常把正、负极接线柱用导线连在一起，是应用了电磁阻尼的原理

11．下列四个图中，甲、丙图中为铝管，乙、丁图中为塑料管，甲、乙图中小磁铁竖直放置，丙、丁图中小磁铁水平放置，让小磁铁由静止释放，磁铁下落过程中不发生翻转，且不与铝管相碰，不计空气阻力，则小磁铁穿过铝管过程中加速度小于重力加速度的图有（　　）

A．甲、乙、丙、丁图 B．甲、丙、丁图

C．甲、丙图 D．甲图

12．如图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布．一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中(　　)

A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针

B．感应电流方向一直是逆时针

C．安培力方向始终与速度方向相反

D．a位置低于b位置

13．如图所示，A、B为两只完全相同的电流表，现用手把A指针突然顺时针拨动一下，这时B表的指针将　　

A．顺时针偏转

B．逆时针偏转

C．不偏转

D．由于不知道电表内线圈绕向，所以无法判断

14．著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示.在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是（   ）

A．圆盘将逆时针转动

B．圆盘将顺时针转动

C．圆盘不会转动

D．无法确定圆盘是否会动

15．如图，关于电源和容器，下列说法正确的是（ ）

A．恒定直流、小铁锅 B．恒定直流、玻璃杯

C．变化的电流、玻璃杯 D．变化的电流、小铁锅

16．涡流、电磁驱动和电磁阻尼都是电磁感应现象，三者常常有紧密联系。下列说法正确的是（　　）

A．图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁会很快静止下来，这属于电磁阻尼现象

B．图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁振动时，铝板中会产生涡流，涡流对磁铁总有排斥作用

C．图乙中，竖直放置的蹄形磁铁转动后，同轴的闭合线圈会同向转动，这属于电磁阻尼现象

D．图乙中，蹄形磁铁匀速转动时间足够长，闭合线圈的转速可以大于蹄形磁铁的转速

二、填空题（共4题）

17．如图所示，在点O正下方有一个理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则A点___________B点（填高于、低于、同一水平线）

18．人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流。在卫星关闭发动机的运动过程中卫星的机械能转化为______，运动轨道距离地面的距离会________（变大、变小、保持不变）。

19．如图所示为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跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路．在断开开关S的时候，线圈A中电流变小至消失时，铁芯中的磁通量_____（选填“减小”、“增大”），从而在线圈_____（选填“A”、“B”）中产生感应电流，此感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，这样就使铁芯中的磁场减弱得_____（选填“快”、“慢”）些，从而弹簧K并不能立即将衔铁D拉起，而使触头C（连接工作电路）立即离开，而是过一小段时间后才执行这个动作．

20．磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是________（填“防止”或“利用”）涡流而设计的，起________（填“电磁阻尼”或“电磁驱动”）的作用。

三、综合题（共3题）

21．在如图甲所示的半径为r的竖直圆柱形区域内，存在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）．

（1）将一由细导线构成的半径为r、电阻为R0的导体圆环水平固定在上述磁场中，并使圆环中心与磁场区域的中心重合．求在T时间内导体圆环产生的焦耳热．

（2）上述导体圆环之所以会产生电流是因为变化的磁场会在空间激发涡旋电场，该涡旋电场趋使导体内的自由电荷定向移动，形成电流．如图乙所示，变化的磁场产生的涡旋电场存在于磁场内外的广阔空间中，其电场线是在水平面内的一系列沿顺时针方向的同心圆（从上向下看），圆心与磁场区域的中心重合．在半径为r的圆周上，涡旋电场的电场强度大小处处相等，并且可以用计算，其中e为由于磁场变化在半径为r的导体圆环中产生的感生电动势．如图丙所示，在磁场区域的水平面内固定一个内壁光滑的绝缘环形真空细管道，其内环半径为r，管道中心与磁场区域的中心重合．由于细管道半径远远小于r，因此细管道内各处电场强度大小可视为相等的．某时刻，将管道内电荷量为q的带正电小球由静止释放（小球的直径略小于真空细管道的直径），小球受到切向的涡旋电场力的作用而运动，该力将改变小球速度的大小．该涡旋电场力与电场强度的关系和静电力与电场强度的关系相同．假设小球在运动过程中其电荷量保持不变，忽略小球受到的重力、小球运动时激发的磁场以及相对论效应．

①若小球由静止经过一段时间加速，获得动能Em，求小球在这段时间内在真空细管道内运动的圈数；

②若在真空细管道内部空间加有方向竖直向上的恒定匀强磁场，小球开始运动后经过时间t0，小球与环形真空细管道之间恰好没有作用力，求在真空细管道内部所加磁场的磁感应强度的大小．

22．某同学在学习了涡流现象的知识后，制作了如图所示的实验装置。将一个玩具小人连接弹簧悬挂起来，玩具的底部粘上一块强磁铁，并分别制作了铝环、塑料环和带缺口的铝环。

请利用上述实验器材，通过比较的方式，分别设计一个能够演示电磁驱动和演示电磁阻尼的实验。

23．电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全的辅助制动装置，其缓冲原理可简化为如下情形：如图所示（小车在平直公路上行驶的俯视图），小车内的装置产生方向竖直向下的匀强磁场；水平地面固定n=10匝的矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R=5Ω，ab边长为L=0.5m，ad边长为2L。当小车（无动力）水平通过线圈上方时，线圈与小车中的磁场发生相互作用，使小车做减速运动，从而实现缓冲。已知小车的总质量为m=1.0kg，受到地面的摩擦阻力恒为Ff=0.8N；小车磁场刚到线圈ab边时速度大小为v0=2m/s；当小车磁场刚到线圈cd边时速度减为零。整个缓冲过程中流过线圈abcd的电荷量为q=1.6C，求：

（1）匀强磁场的磁感应强度的大小B；

（2）缓冲过程中线圈产生的热量Q。

参考答案：

1．B

2．A

3．B

4．B

5．A

6．A

7．C

8．C

9．B

10．D

11．C

12．A

13．A

14．A

15．D

16．A

17．高于

18．     电能     变小

19．     减小     B     慢

20．     利用     电磁阻尼

21．（1）（2）①；②

22．

要演示电磁驱动和演示电磁阻尼实验，必须要在圆环中产生感应电流，感应电流的磁场与玩具小人下面的磁铁作用产生阻尼作用，则必须要求圆环是闭合的铝环，不能用塑料环或带缺口的铝环。

演示电磁阻尼设计实验如下：让圆环不动，让玩具小人上下振动起来，则会发现小人的振动很快停止；

演示电磁驱动设计实验如下：先让玩具小人不动，让圆环上下振动起来，则会发现小人也很快振动起来；

23．（1）1.6T；（2）1.2J