选择性必修 第二册3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动同步训练题

课时3涡流、电磁阻尼和电磁驱动分层作业巩固提升第二章电磁感应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．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。关于电磁炉，以下说法中正确的是（　　）

A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热

B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热

C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热

D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热

2．如图所示，使一个水平铜盘绕过其圆心的竖直轴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．铜盘的转动速度如何变化要由磁铁的上、下两端的极性来决定

3．如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间，蹄形磁体和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁体从图示位置开始逆时针转动时，线圈仅在安培力作用下也开始转动，则：（　　）

A．线圈顺时针转动，线圈转速小于磁体转速

B．线圈逆时针转动，线圈转速等于磁体转速

C．线圈在转动过程中有感应电流

D．线圈克服安培力做功动能增加

4．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上放一小铁锅冷水。现接通交流电源，几分钟后，锅中的水沸腾起来，时刻的电流方向已在图中标出，且此时电流正在增大，下列说法正确的是（　　）

A．线圈中电流变化越大，自感电动势越大，自感系数也增大

B．小铁锅中产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来

C．时刻，从上往下看，小铁锅中的涡流沿逆时针方向

D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流

5．电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了很多电器设备，下列电器设备中利用电磁感应原理工作的是（　　）

A．微波炉 B．电磁炉 C．充电宝 D．白炽灯

6．如图所示，铝管竖直置于水平桌面上，小磁体从铝管正上方由静止开始下落，在磁体穿过铝管的过程中，磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。下列选项正确的是（　　）

A．磁体做匀加速直线运动

B．磁体的机械能守恒

C．磁体动能的增加量小于重力势能的减少量

D．铝管对桌面的压力大于铝管和磁体的重力之和

7．如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，然后转动磁铁，若忽略空气和一切摩擦阻力，则（　　）

A．铝框与磁铁的转动方向总相同

B．铝框与磁铁的转动方向总相反

C．当磁铁停止转动后，铝框将会保持匀速转动

D．若两者静止时转动铝框，磁铁则不会转动

8．为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼"来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案∶在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙方案∶在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法正确的是（　　）

A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流

B．甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用

C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流

D．乙方案比甲方案更合理

9．磁电式电流表是常用的电学实验器材，图甲为其结构示意图。电表内部由线圈、磁铁、极靴、圆柱形软铁、螺旋弹簧等构成。图乙为线圈在磁场中的受力示意图，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．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，是利用了电磁阻尼原理

D．通电线圈通常绕在铝框上，其主要原因是铝的电阻率小，可以减小焦耳热的产生

10．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的。下列关于电磁炉的说法，正确的是（　　）

A．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热

B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部

C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品

D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流

二、多选题，共4小题

11．在一水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑圆弧轨道，一导体圆环自轨道左侧的A点无初速度释放，则下列说法中正确的是（　　）

A．圆环中有感应电流产生

B．圆环能滑到轨道右侧与A点等高的C处

C．圆环最终停在轨道的最低点B处

D．安培力始终阻碍圆环的运动，以阻碍圆环中的磁通量变化

12．以下为教材中的四幅图，下列相关叙述正确的是（　　）

A．甲图是法拉第电磁感应实验装置，通过该实验他首先发现了电流的磁效应

B．乙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属

C．丙图变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流

D．丁图金属探测器利用的是电磁感应原理，在被检测金属内部产生涡流

13．安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警．以下关于这个安检门的说法正确的是(　　)

A．这个安检门也能检查出毒品携带者

B．这个安检门只能检查出金属物品携带者

C．如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者

D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应

14．对变压器和电动机中的涡流的认识，下列说法正确的是（　　）

A．涡流会使铁芯温度升高，减少线圈绝缘材料的寿命

B．涡流发热，要损耗额外的能量

C．为了不产生涡流，变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯

D．涡流产生于线圈中，对原电流起阻碍作用

三、填空题，共4小题

15．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”）．

16．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”）

17．用来冶炼合金钢的真空___________，炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________．涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度．

18．金属块放在_________的磁场中，或者让它在磁场中_________时，金属块内将产生_________，即涡流.

四、解答题，共4小题

19．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。

20．随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：①缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈abcd；②火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ和超导线圈（图中未画出），超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为v0，经过时间t火箭着陆，速度恰好为零；线圈abcd的电阻为R，其余电阻忽略不计；ab边长为l，火箭主体质量为m，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，求：

（1）缓冲滑块刚停止运动时，线圈ab边两端的电势差Uab；

（2）缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体的加速度大小；

（3）火箭主体的速度从v0减到零的过程中系统产生的电能。

21．如图所示装置，可以用来演示电磁阻尼现象.把铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆.在电磁铁线圈（图中未画出）未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长时间才会停下来.而电磁铁线圈通电后，铜片会很快稳定并停下来.为什么？

22．如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直．已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω，磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在Δt=0.5s时间内合到一起．求线圈在上述过程中

（1）感应电动势的平均值E；

（2）感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；

（3）通过导线横截面的电荷量q．

参考答案：

1．B

【解析】

【详解】

电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热，故B正确，ACD错误。

故选B。

2．A

【解析】

【详解】

当一个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，安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢.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，选项A正确.BCD错误

故选A

3．C

【解析】

【分析】

【详解】

ABC．转动磁铁时，导致线圈的磁通量增加，从而产生感应电流，出现安培力，导致线圈转动，根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，转速比磁铁小；故AB错误，C正确；

D．线圈的转动是因为安培力对线圈做功，使线圈动能增加，故D错误。

故选C。

4．B

【解析】

【详解】

A．线圈中电流变化越快，自感电动势越大，与电流变化的大小没有必然的关系，线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的，与线圈的电流变化无关，选项A错误；

B．由于交流电在线圈中产生变化的磁场，变化的磁场穿过小铁锅可以在小铁锅中产生感生电场，从而产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来，选项B正确；

C．时刻电流从线圈的上端流入且电流正在增大，根据安培定则可知穿过小铁锅的磁场是向上增大的，根据楞次定律可知，小铁锅中涡流的磁场方向一定是向下的，再根据安培定则可知，从上往下看，小铁锅中的涡流沿顺时针方向，选项C错误；

D．由于导体中的涡流会损耗能量，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，其目的是为了减小涡流，选项D错误。

故选B。

5．B

【解析】

【详解】

A．微波炉的工作原理是微波与水分子共振加热，A错误

B．电磁炉是利用电磁感应原理使金属锅产生涡流，涡流的热效应从而加热事物，B正确；

C．充电宝是可充电的电源，一般用锂离子电池，C错误；

D．白炽灯工作原理是电流的热效应，D错误。

故选B。

6．C

【解析】

【分析】

【详解】

A．磁体在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力作负功现象，从而磁体的加速度小于重力加速度；根据法拉第电磁感应定律可知，磁体运动的速度越快，则产生的感应电动势越大，所以受到的安培力也越大，所以磁体的加速度是逐渐减小的，磁体不是做匀加速运动，故A错误；

BC．磁体在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生感应电流对应的安培力做功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还要产生内能，故机械能不守恒，且磁体动能的增加量小于重力势能的减少量，故B错误，C正确；

D．以铝管和磁体整体为研究对象，因磁体有向下的加速度，则整体合力向下，故地面对整体的支持力小于总重力，根据牛顿第三定律可知，铝管对桌面的压力小于铝管和磁体的重力之和，故D错误。

故选C。

7．A

【解析】

【详解】

AB．由楞次定律可知，铝框的转动将阻碍其磁通量的变化，故两者转动方向相同，A正确，B错误；

C．磁铁停止转动后，铝框的转动将产生感应电流，从而铝框会受到安培力的作用，阻碍铝框的转动，故铝框会慢慢停下来，C错误；

D．两者静止时转动铝框，铝框将产生感应电流，而通电导体将产生磁场，可使磁铁转动，D错误。

故选A。

8．B

【解析】

【分析】

【详解】

AB．甲方案中，铝板摆动时，磁通量变化，产生感应电流，起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来，故Ａ错误，B正确；

CD．乙方案中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，因此，甲方案更合理，故CD错误。

故选B。

9．C

【解析】

【分析】

【详解】

A．极靴与圆柱形软铁之间的磁场均匀地辐向分布，磁感应强度方向并不是处处相同，所以该磁场并不是匀强磁场，故A错误；

B．当线圈中电流方向改变时，磁场方向不变，所以线圈受到的安培力方向发生改变，故B错误；

C．在运输过程中，由于振动会使指针不停摆动，可能使指针损坏，将接线柱用导线连在一起，相当于把表的线圈电路组成闭合电路，在指针摆动过程中线圈切割磁感线产生感应电流，利用电磁阻尼原理，阻碍指针摆动，防止指针因撞击而变形，故C正确；

D．用金属铝做线圈框架，主要原因有：1、铝不导磁，用铝做框架可以减小对磁场的影响，保证仪表的准确性更高；2、铝材料较轻，电阻率较小，能更好地利用电磁阻尼现象，使指针迅速停下来，故D错误。

故选C。

10．B

【解析】

【详解】

A. 电磁炉不可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热，因为陶瓷锅不能产生涡流，A错误；

BC. 为了让面板不发热，电磁炉面板采用陶瓷材料；铁锅产生涡流，发热部分为铁锅底部和侧壁，直接加热锅内食品，B正确C错误；

D. 电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铁磁性材料的磁化性质加强了涡流的效果，铜锅能产生但是效果不明显，D错误。

故选B。

11．ACD

【解析】

【分析】

【详解】

A．水平通电直导线周围有磁场，且离导线越远磁感应强度越小，在圆环运动过程中，通过圆环的磁通量变化，故有感应电流产生，A正确；

B．因为圆环在运动的过程中，有感应电流产生，对整个过程由能量守恒定律得，重力势能转化为电能，故不能上滑到轨道右侧与A点等高的C处，B错误；

C．由于圆环运动的过程中，磁通量不断变化，所以机械能不断转化为电能，故圆环的机械能越来越小，最终停在最低点B处，C正确；

D．由能量守恒定律可知，安培力始终对圆环做负功，这样便阻碍了圆环中磁通量的变化，D正确。

故选ACD。

12．CD

【解析】

【详解】

A．甲图是奥斯特发现电生磁的实验装置，通过该实验他首先发现了电流的磁效应，故A错误；

B．乙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生交变磁场，被冶炼的金属产生涡流，产生大量的热从而冶炼金属，故B错误；

C．丙图变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流，故C正确；

D．丁图金属探测器利用的是电磁感应原理，在被检测金属内部产生涡流，故D正确。

故选CD。

13．BD

【解析】

【详解】

AB、安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，不能检测到毒品，故A错误，B正确；

C、如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定的磁场，则不能使块状金属产生电流，因而不能检查出金属物品携带者，故C错误；

D、根据A的分析可知，安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，故D正确．

故选BD．

【点睛】

安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，在空间产生交变的磁场，金属物品会产生感应电流；反过来，金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，从而被探测到；恒定电流，只能产生恒定的磁场，则不能使块状金属产生电流．

14．AB

【解析】

【分析】

【详解】

AB．变压器和电动机中产生的涡流会使温度升高消耗能量，同时会减少线圈绝缘材料的寿命， AB正确；

C．变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻，减小涡流，而不是不产生涡流，C错误；

D．涡流产生于铁芯中，对原电流无阻碍作用，D错误。

故选AB。

15．     丙     电磁阻尼

【解析】

【详解】

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，感应磁场进而阻碍板的运动，而图乙只能上下振动时，才有磁通量变化，左右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.

16．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．

17．     冶炼炉     线圈     周期性变化的     涡流     热量

【解析】

【详解】

在真空冶炼炉中，炉外的高频交变电流产生的高频的周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又在炉内产生感应电流，进而产生涡流，将电能转化为热量，使金属熔化并达到很高的温度来冶炼合金．

18．     变化     运动     感应电流

【解析】

【详解】

试题分析：电流做周期性的变化，在附近的导体中产生感应电流，该感应电流看起来像水中的漩涡，所以叫做涡流．涡流会在导体中产生大量的热量．

把金属块放在变化的磁场中，变化的磁场产生电场，能够产生涡流．把金属块在磁场中切割磁感线运动，有感应电动势，产生感应电流；

19．见解析

【解析】

【详解】

使用高频电磁感应电炉冶炼金属时，在炉外的线圈中通入高频交变电流，从而产生交变磁场，交变磁场进而使炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量最终使金属熔化。

20．（1）（2）（3）

【解析】

【详解】

(1)ab边产生电动势：E＝BLv0，因此

(2)安培力，电流为，对火箭主体受力分析可得：

Fab－mg＝ma

解得：

(3)设下落t时间内火箭下落的高度为h，对火箭主体由动量定理：

mgt－＝0－mv0

即

mgt－＝0－mv0

化简得

h＝

根据能量守恒定律，产生的电能为：

E＝

代入数据可得：

21．见解析

【解析】

【详解】

当电磁铁被励磁之后，由于穿过运动的钢片的磁通量发生变化，铜片内将产生感应电流。根据楞次定律，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。因此铜片的摆动便因受到阻力而迅速停止，这就是电磁阻尼作用的结果。

22．（1）E=0.12V；（2）I=0.2A（电流方向见图） ；（3）q=0.1C

【解析】

【详解】

（1）由法拉第电磁感应定律有：

感应电动势的平均值

磁通量的变化

解得：

代入数据得：E=0.12V；

（2）由闭合电路欧姆定律可得：

平均电流

代入数据得I=0.2A

由楞次定律可得，感应电流方向如图：

（3）由电流的定义式可得：电荷量q=I∆t代入数据得q=0.1C．