4.7 涡流电磁阻尼和电磁驱动 课堂限时训练（Word版含解析）

涡流、电磁阻尼和电磁驱动
基础巩固
1.(多选)下列应用与涡流有关的是(　　)
A.家用电磁炉
B.家用微波炉
C.真空冶炼炉
D.探雷器
2.(多选)如图所示,磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的
C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用
3.
(多选)位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管,一个比螺线管长但比螺线管细的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过,如图所示,在此过程中(　　)
A.磁铁做匀速直线运动
B.磁铁做减速运动
C.小车向右做加速运动
D.小车先加速后减速
4.
在水平放置的光滑绝缘导轨上,沿导轨固定一个条形磁铁,如图所示。
现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙,使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各滑块在向磁铁运动的过程中(　　)
A.都做匀速运动
B.甲、乙做加速运动
C.甲、乙做减速运动
D.乙、丙做匀速运动
5.(多选)如图所示,abcd是一小金属块,用一根绝缘细杆挂在固定点O,使金属块在直线OO'两边来回摆动,O的正下方有一水平方向的匀强磁场区域,磁感线方向跟纸面垂直,若摩擦和空气阻力均不计,则(　　)
A.金属块进入或离开磁场区域时,都会产生感应电流
B.金属块完全进入磁场区域后,金属块中无感应电流
C.金属块开始摆动后,摆角会越来越小,摆角小到某一值后将不再减小
D.金属块摆动过程中,机械能会完全转化为金属块中产生的电能
6.磁电式电流表在运输时往往用短路片把正负接线柱短接,想一想,这样做有什么道理
能力提升
1.如图所示,条形磁铁从高h处自由下落,中途穿过一个固定的空心线圈。开关S断开,条形磁铁至落地用时t1,落地时速度为v1;S闭合,条形磁铁至落地用时t2,落地时速度为v2,则它们的大小关系正确的是(　　)
A.t1>t2,v1>v2
B.t1=t2,v1=v2
C.t1D.t1v2
2.如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁铁,四个磁极之间的距离两两相等,当两块蹄形磁铁匀速向右运动时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是(　　)
A.先向左,后向右
B.先向左,后向右,再向左
C.一直向右
D.一直向左
3.如图所示,光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上,环1竖直,环2水平放置,均处于中间分割线上,在平面中间分割线正上方有一条形磁铁,当磁铁沿中间分割线向右运动时,下列说法正确的是(　　)
A.两环都向右运动
B.两环都向左运动
C.环1静止,环2向右运动
D.两环都静止
4.(多选)如图所示,有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场,则从球开始进入磁场到完全穿出磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径),小球(　　)
A.整个过程匀速
B.进入磁场过程中做减速运动,穿出过程做加速运动
C.进入和穿出磁场的过程均做减速运动
D.穿出时的速度一定小于初速度
5.
如图所示,蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕OO'轴转动。当磁铁按图示方向绕OO'轴动时,线圈的运动情况是(　　)
A.线圈与磁铁转动方向相反,转速与磁铁相同
B.线圈与磁铁转动方向相同,转速与磁铁相同
C.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁的转速
D.线圈静止不动
6.人造卫星绕地球运行时,轨道各处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。试分析这一现象中的能量转化情况,它对卫星的运动可能产生怎样的影响
7.如图所示,光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连,水平轨道上方有一足够长的金属杆,杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上方高为h的地方,无初速释放一磁铁B(可视为质点),B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动,设A、B的质量分别为M、m,若最终A、B速度分别为vA、vB。
(1)螺线管A将向哪个方向运动
(2)全过程中整个电路所消耗的电能。
8.如图所示,质量为m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量为M=200 g的小磁铁(长度可忽略),以v0=10 m/s的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为s=3.6 m,则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动):
(1)铝环向哪边偏斜
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为v'=2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能 (g取10 m/s2)
参考答案：
基础巩固
1.(多选)下列应用与涡流有关的是(　　)
A.家用电磁炉
B.家用微波炉
C.真空冶炼炉
D.探雷器
解析家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应工作,探雷器利用涡流的磁效应工作,而微波炉利用高频电磁波工作。
答案ACD
2.(多选)如图所示,磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的
C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用
解析线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,也就是涡流。涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后尽快停下来。这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用。
答案BC
3.
(多选)位于光滑水平面上的小车上放置一螺线管,一个比螺线管长但比螺线管细的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v水平穿过,如图所示,在此过程中(　　)
A.磁铁做匀速直线运动
B.磁铁做减速运动
C.小车向右做加速运动
D.小车先加速后减速
解析磁铁水平穿入螺线管时,管中将产生感应电流,由楞次定律知该电流产生的磁场的作用力阻碍磁铁的运动。同理,磁铁穿出时该电流产生的磁场的作用力也阻碍磁铁的运动,故整个过程中,磁铁做减速运动,B项对。而对于小车上的螺线管来说,在此过程中,螺线管受到的安培力都是水平向右,这个安培力使小车向右运动,且一直做加速运动,C项对。
答案BC
4.
在水平放置的光滑绝缘导轨上,沿导轨固定一个条形磁铁,如图所示。
现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙,使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各滑块在向磁铁运动的过程中(　　)
A.都做匀速运动
B.甲、乙做加速运动
C.甲、乙做减速运动
D.乙、丙做匀速运动
解析甲、乙向磁铁靠近时要产生涡流,受电磁阻尼作用,做减速运动,丙则不会产生涡流,做匀速运动。
答案C
5.(多选)如图所示,abcd是一小金属块,用一根绝缘细杆挂在固定点O,使金属块在直线OO'两边来回摆动,O的正下方有一水平方向的匀强磁场区域,磁感线方向跟纸面垂直,若摩擦和空气阻力均不计,则(　　)
A.金属块进入或离开磁场区域时,都会产生感应电流
B.金属块完全进入磁场区域后,金属块中无感应电流
C.金属块开始摆动后,摆角会越来越小,摆角小到某一值后将不再减小
D.金属块摆动过程中,机械能会完全转化为金属块中产生的电能
解析在小金属块进入或离开磁场时有感应电流产生,完全进入磁场后无感应电流,故可知小金属块最终将做一个等幅摆动。
答案ABC
6.磁电式电流表在运输时往往用短路片把正负接线柱短接,想一想,这样做有什么道理
解析这是因为短路片将电流表正负接线柱短接后与线圈组成闭合电路,由于指针和线圈是固定在一起的,所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动,从而在线圈中产生感应电流,而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果,从而有效减轻了指针的摆动。
答案见解析
能力提升
1.如图所示,条形磁铁从高h处自由下落,中途穿过一个固定的空心线圈。开关S断开,条形磁铁至落地用时t1,落地时速度为v1;S闭合,条形磁铁至落地用时t2,落地时速度为v2,则它们的大小关系正确的是(　　)
A.t1>t2,v1>v2
B.t1=t2,v1=v2
C.t1D.t1v2
解析开关S断开时,线圈中无感应电流,对条形磁铁无阻碍作用,条形磁铁自由下落,故a=g;当开关S闭合时,线圈中有感应电流,对条形磁铁有阻碍作用,故av2,选项D正确。
答案D
2.如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁铁,四个磁极之间的距离两两相等,当两块蹄形磁铁匀速向右运动时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是(　　)
A.先向左,后向右
B.先向左,后向右,再向左
C.一直向右
D.一直向左
解析当两蹄形磁铁靠近线圈时,线圈要阻碍其靠近,线圈有向右移动的趋势,受到木板的摩擦力方向向左,当蹄形磁铁远离线圈时,线圈要阻碍其远离,线圈仍有向右移动的趋势,受到木板的摩擦力方向仍是向左的,选项D正确。
答案D
3.如图所示,光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上,环1竖直,环2水平放置,均处于中间分割线上,在平面中间分割线正上方有一条形磁铁,当磁铁沿中间分割线向右运动时,下列说法正确的是(　　)
A.两环都向右运动
B.两环都向左运动
C.环1静止,环2向右运动
D.两环都静止
解析条形磁铁向右运动时,环1中磁通量保持为零不变,无感应电流,仍静止;环2中磁通量变化,根据楞次定律,为阻碍磁通量的变化,感应电流的效果使环2向右运动。
答案C
4.(多选)如图所示,有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场,则从球开始进入磁场到完全穿出磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径),小球(　　)
A.整个过程匀速
B.进入磁场过程中做减速运动,穿出过程做加速运动
C.进入和穿出磁场的过程均做减速运动
D.穿出时的速度一定小于初速度
解析小球在进入和穿出磁场时,有涡流产生,受阻力作用,做减速运动;完全处于磁场中时做匀速运动,C、D正确。
答案CD
5.
如图所示,蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕OO'轴转动。当磁铁按图示方向绕OO'轴动时,线圈的运动情况是(　　)
A.线圈与磁铁转动方向相反,转速与磁铁相同
B.线圈与磁铁转动方向相同,转速与磁铁相同
C.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁的转速
D.线圈静止不动
解析当磁铁转动时,由楞次定律知,线圈中有感应电流产生,以阻碍磁通量的变化,即线圈将与磁铁的转动方向相同,以阻碍磁通量的变化。但转速一定小于磁铁的转速,如果两者转速相同,则线圈与磁铁处于相对静止,线圈不切割磁感线,无感应电流产生。
答案C
6.人造卫星绕地球运行时,轨道各处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。试分析这一现象中的能量转化情况,它对卫星的运动可能产生怎样的影响
解析当穿过人造卫星的磁通量发生变化时,外壳中会有涡流产生,这一电能的产生是由机械能转化来的。它会导致卫星机械能减少,会使轨道半径减小,造成卫星离地高度下降。
答案见解析
7.如图所示,光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连,水平轨道上方有一足够长的金属杆,杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上方高为h的地方,无初速释放一磁铁B(可视为质点),B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动,设A、B的质量分别为M、m,若最终A、B速度分别为vA、vB。
(1)螺线管A将向哪个方向运动
(2)全过程中整个电路所消耗的电能。
解析(1)磁铁B向右运动时,螺线管中产生感应电流,感应电流产生电磁驱动作用,使得螺线管A向右运动。
(2)全过程中,磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能,所以
mgh=+E电
即E电=mgh-
答案(1)向右　(2)mgh-
8.如图所示,质量为m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量为M=200 g的小磁铁(长度可忽略),以v0=10 m/s的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为s=3.6 m,则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动):
(1)铝环向哪边偏斜
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为v'=2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能 (g取10 m/s2)
解析(1)由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动)。
(2)设磁铁穿过铝环后的速度为v,落地时间为t。
则h=gt2
s=vt,解得v=9m/s
由能量守恒可得,
E电=Mv2-mv'2=1.7J。
答案(1)铝环向右偏斜　(2)1.7 J