2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课时提升练（Word版含解析）

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课时提升练（解析版）
一、选择题
1．如图所示，面积为S、匝数为n的线圈内有匀强磁场，已知磁感应强度随时间的变化规律为 （k＞0且为常数，但未知），当t＝0时磁场方向垂直纸面向里。在磁场方向改变之前，有一带电荷量为q、质量为m的粒子静止于水平放置的、间距为d的平行板电容器中间。（重力加速度为g）由此可以判断（　　）
A．此粒子带正电
B．磁感应强度的变化率为
C．当磁场方向改变后，该粒子将向下做加速运动
D．电容器所带电荷量与时间成正比
2．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于（ ）
A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd
3．当交变电流通过导体时，由于交变电流激发的交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时电流将主要地集中到导体表面，这种效应称为趋肤效应。电流的频率越高，趋肤效应越明显。下列说法不正确的是（　　）
A．趋肤效应等效于导线的横截面减小，电阻增大
B．利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材
C．在高频高压交流输电线中心部分改用抗拉强度大、电阻率大的钢丝会增加热损耗
D．在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线可减小趋肤效应
4．如图所示，光滑水平轨道上有两辆静止小车，甲车上固定一个条形磁铁，N极向右，乙车上固定一个螺线管，螺线管通过电阻R连成通路。现推动一下甲车，使它获得向右的初速度，当它向乙车运动时，下列说法正确的是（　　）
A．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量不守恒、动能守恒
B．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量守恒、动能不守恒
C．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量不守恒、动能守恒
D．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量守恒、动能不守恒
5．如图所示，将三个相同的圆柱形永磁体A、B、C，同时从等高的竖直放置的空心铜管、空心侧面不闭合的铜管（有从上到下的裂缝）、空心塑料管上端口处由静止释放，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．永磁体A先到达管底
B．永磁体B先到达管底
C．永磁体C先到达管底
D．永磁体B、C同时到达管底
6．下列没有利用涡流的是（　　）
A．金属探测器
B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯
C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉
D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架
7．高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。下列有关铝盘刹车的说法正确的是（　　）
A．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场
B．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场
C．磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速
D．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大
8．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．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B．电磁炉面板采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
C．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
D．改变电子线路的频率不能改变电磁炉的功率
9．随着科技的进步，手机无线充电技术得到飞速发展，其原理如图所示，手机内部有一电力接收线圈，手机下方为充电板，内部有一电力输出线圈，下列说法正确的是（　　）
A．无线充电技术主要应用了电磁感应原理
B．该充电板可以接在直流电源上使用
C．电力接收线圈两端输出的是恒定电流
D．电力输出线圈中，电流产生的是匀强磁场
10．如图所示，竖直平面内有一金属圆环，半径为a，总电阻为R（指拉直时两端的电阻），磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面。环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为的导体棒AB，AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时BA两端的电压为（　　）
A． B． C． D．Bav
11．如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接，右端接一个阻值为R的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、接入电路的电阻也为R的金属棒从高度为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g。则金属棒穿过磁场区域的过程中（　　）
A．流过金属棒的最大电流为
B．通过金属棒的电荷量为
C．克服安培力所做的功为mgh
D．金属棒产生的焦耳热为mg（h－μd）
12．关于涡流，下列说法中正确是（　　）
A． 真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置
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
13．如图所示，PN与QM两平行金属导轨相距，电阻不计，两端分别接有电阻和，且，ab杆的电阻为，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为。现ab以恒定速度匀速向右移动，这时ab杆上消耗的电功率与、消耗的电功率之和相等，则（　　）
A． B．上消耗的电功率为
C．a、b间电压为3V D．拉ab杆水平向右的拉力为
14．如图所示，用导线环绕在一金属块上许多匝，当导线中通以交变电流时，金属块中的磁通量会不断变化从而产生感应电流，这些电流的分布就像水中的漩涡一样，我们把它叫做涡电流，简称涡流。涡流会消耗电能产生热量，下列判断正确的有（　　）
A．产生感应电动势的非静电力是涡旋电场给电荷的作用力
B．如果想增大涡流发热，可以仅增大金属材料的电阻率
C．如果想增大涡流发热，可以仅增加线圈的匝数
D．如果想增大涡流发热，在线圈电流强度不变的条件下，可以仅增大电流频率
二、解答题
15．在方向竖直向下、磁感应强度B=5T的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距L=1m，质量m1=2kg，电阻R=1Ω的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，轨道端点M、P间接有一直流电源，电动势E=36V。导体棒ab通过滑轮提升质量m2=8kg的重物，不计电源内阻，不计导轨电阻，不计滑轮轴处的摩擦，g=10m/s2
（1）简述此电动机的能量转化情况；
（2）当ab棒速度为v=2m/s时，求通过棒的电流I的大小；
（3）当ab棒速度为v=2m/s时，求通过棒的加速度a的大小；
（4）棒最终匀速运动的速度vmax。
16．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。查找资料，了解这一现象产生的原因和能量转化情况，以及对卫星的运行可能会产生怎样的影响。
参考答案
1．B
【详解】
A．由楞次定律可知，平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，极板间场强竖直向下，粒子在极板间静止，粒子所受静电力竖直向上，静电力方向与场强方向相反，粒子带负电，A错误；
B．由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势
粒子静止时处于平衡状态，由平衡条件得
解得
B正确；
C．由楞次定律可知，当磁场方向改变后，感应电动势不变，粒子受力情况不变，粒子仍静止不动，C错误；
D．电容器两极板间电势差
电容器所带电荷量
Q与时间无关，D错误。
故选B。
2．D
【详解】
变压器的正视图如图：
所以要减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd。
故选D。
3．C
【详解】
A．电流将主要地集中到导体表面，等效于导线的横截面减小， ，电阻增大，故A正确；
B．利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材，故B正确；
C．由于电流将主要地集中到导体表面，在高频高压交流输电线中心部分改用抗拉强度大、电阻率大的钢丝不会增加热损耗，故C错误；
D．在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，可以减小涡流影响，可减小趋肤效应，故D正确。
本题选择错误的，故选C。
4．B
【详解】
AC．由于两车在光滑水平轨道上相互作用，合外力为零，动量守恒；甲车向右运动过程中，通过螺线管的磁通量向右增加，螺线管中有感应电流产生，根据能量守恒动能会减少。选项AC错误；
BD．甲车向右运动过程中，通过螺线管的磁通量向右增加，由楞次定律可知乙车中螺线管产生的磁场方向向左，根据右手螺旋定则可知电阻R中的电流方向可能由A向B，选项B正确，D错误。
故选B。
5．D
【详解】
当永磁体下落时，对铜管而言相对于若干导线切割磁感线，产生感应电流，由于磁场与电流的相互作用，使得永磁体下落变慢（阻碍磁通变化）。对于不闭合铜管，在磁体下落时因为无闭合回路，不会有感应电流，从而不会阻碍永磁体下落，即磁体做自由落体运动。对塑料管而言不是导体，既无感应电动势，也无感应电流产生，因此永磁体做自由落体运动，因此永磁体B、C同时到达管底，A后到达管底。
故选D。
6．B
【详解】
金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流现象工作的，磁电式仪表利用涡流能让指针快速稳定，也是利用涡流现象，变压器中的硅钢片是为了防止涡流产生铁损，故只有B没有利用，ACD均利用了。
故选B。
7．C
【详解】
A．铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；
B．铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B错误；
C．由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C正确；
D．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】
AB．电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，发热部分为铁锅底部，故A正确，B错误；
C．电磁炉产生变化的电磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量，所以电磁炉不能用陶瓷器皿作为锅具对食品加热，故C错误；
D．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，可通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率，故D错误。
故选A。
9．A
【详解】
A．手机无线充电技术主要应用了电磁感应原理，选项A正确；
BD．电力输出线圈端应接入交变电流才可以产生周期性变化磁场，电力接收线圈中才可以产生感应电流，选项B、D错误；
C．电磁感应过程中，原交变电流的频率不改变，即电力接收线圈中产生的也是交变电流，选项C错误。
故选A。
10．C
【详解】
电动势为
电流为
BA两端的电压为
解得
故选C。
11．D
【详解】
A．金属棒沿弯曲部分下滑过程中，机械能守恒，由机械能守恒定律得
mgh＝mv2
可知金属棒到达平直部分时的速度
金属棒到达平直部分后做减速运动，刚到达平直部分时的速度最大，最大感应电动势
E＝BLv
最大感应电流
I＝＝
故A错误；
B．通过金属棒的电荷量
故B错误；
C．金属棒在整个运动过程中，由动能定理得
mgh－W安－μmgd＝0－0
克服安培力做的功
W安＝mgh－μmgd
故C错误；
D．克服安培力做的功等于电路中产生的焦耳热，因为定值电阻的阻值与金属棒接入电路的阻值相等，通过它们的电流相等，则金属棒产生的焦耳热
Q′＝Q＝W安＝mg（h－μd）
故D正确。
故选D。
12．CD
【详解】
A．真空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，A错误；
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由交变磁场产生的，不是由恒定磁场产生的，B错误；
C．根据楞次定律，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，C正确；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块的铁芯，以减小涡流，D正确。
故选CD。
13．BD
【详解】
A．ab杆切割磁感线产生感应电动势，等效电路如图所示
由于ab杆上消耗的电功率与、消耗的电功率之和相等，则内、外电阻相等
解得
A错误；
BC．产生的感应电动势为
总电流
路端电压
B正确，C错误；
D．ab杆所受安培力
ab杆匀速移动，因此拉力大小为，D正确。
故选BD。
14．ACD
【详解】
A．产生感应电动势的非静电力是涡旋电场给电荷的作用力，A正确；
B．根据
可知，如果想增大涡流发热，可以仅减小金属材料的电阻率，从而减小电阻，B错误；
C．根据
可知，如果想增大涡流发热，可以仅增加线圈的匝数，从而增加感应电动势，C正确；
D．在线圈电流强度不变的条件下，仅增大电流频率，则产生的感应电动势会变大，从而可增大涡流发热，D正确。
故选ACD。
15．（1）电能转化为机械能；（2）26A；（3）；（4）4m/s
【详解】
（1）电流通过在磁场中的导体棒产生安培力，拉动物体运动，所以电动机将电能转化为机械能。
（2）导体棒切割磁感线产生反电动势
电路中的电流
代入数据解得
（3）以导体棒和重物构成的系统为研究对象，根据牛顿第二定律
代入数据得
（4）最终ab棒匀速运动，速度为，重物和导体棒受力平衡
通过导体棒的电流
即
解得
16．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。
【详解】
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。