选修3-2 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习(word含答案)

选修3-2 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，其原理图如图所示。它是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法正确的是
A. 电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B. 电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
C. 电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
D. 电磁炉的锅具一般用铁锅，是因为铝锅、铜锅中不能形成涡流
2. 感应电动机、家用电能表、汽车上用的磁电式转速表，都利用了一种电磁驱动原理，它的原理示意图如图所示。蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动，现使蹄形磁铁逆时针方向（自上而下看）转动，则线框的运动情况是
A. 线框也沿逆时针方向转动 B. 线框沿顺时针方向转动
C. 线框先加速后匀速 D. 线框由静止开始一直加速
3. 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为
A. 增大涡流，提高变压器的效率
B. 减小涡流，提高变压器的效率
C. 增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量
D. 减小铁芯中的电阻，以减小发热量
4. 扫描隧道显微镜（）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 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，按如图所示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.
5. 如图 所示是一个电磁阻尼现象演示装置，钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；如图 所示，若在其正下方固定一铜块（不与磁铁接触），则摆动迅速停止。关于该实验，以下分析与结论正确的是
A. 如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象
B. 用闭合的铜制线圈替代铜块，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象
C. 在图 情况中，下摆和上摆过程中磁铁和锯条组成的系统机械能均减少
D. 在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力
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。下列相关的说法中正确的是
A. 电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
B. 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C. 金属或环保绝缘材料制成的锅体都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，以加快热传递、减少热损耗
7. 如图所示，一根两端开口的铜管竖直放置，一磁性较强的柱形磁体从上端放入管中，过了较长时间才从铜管下端落出，比自由落体慢了许多。则
A. 磁体下落变慢，主要是由于磁体受到了空气的阻力
B. 磁体下落变慢，主要是由于磁体受到金属铜的吸引
C. 铜管对磁体的作用力方向始终向上
D. 铜管内感应电流方向保持不变
8. 在物理课上，老师给同学们表演了一个小“魔术”：他首先出示了两根外表看上去完全相同的管子甲和乙，然后又拿出两个完全相同、直径略小于管的内径、且带有磁性的小铁球，如图所示。表演时老师先将两个小铁球接触两管子，证明铁球和管子不会相互吸引，然后将两小铁球同时从竖直放置的甲、乙两管的上端口由静止释放，结果发现小铁球很快穿过甲管落地，而小铁球穿过乙管的过程却比较慢。对于这个现象，同学们做出了如下几个猜想，你认为其中可能正确的是
A. 甲管是用塑料制成的，乙管是用铜制成的
B. 甲管是用铝制成的，乙管是用塑料制成的
C. 甲管是用胶木制成的，乙管是用塑料制成的
D. 甲管是用铜制成的，乙管是用铝制成的
9. 如图所示，在一蹄形磁铁下面放一铜盘，马蹄形磁铁和铜盘均可以自由地绕 轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁铁绕 轴转动时，铜盘将
A. 以相同的转速与磁铁同向转动 B. 以较小的转速与磁铁同向转动
C. 以相同的转速与磁铁反向转动 D. 以较小的转速与磁铁反向转动
10. 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
二、填空题（共4小题；共14分）
11. 下列现象属电磁阻尼的是 ，属电磁驱动的是 。
A.磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做
B.微安表的表头在运输时要把两接线框短接
C. 自制金属地雷探测器
D.交流感应电动机
E.当图中 变大时， 、 在固定光滑导轨上滑动
12. 直流电动机转动时产生的电动势总要 （填消弱或加强）电源电动势的作用，所以将其称为反电动势，电动机有负载时比空载时产生的反电动势 （填大或小）。
13. 用下述方法给仪器内部的金属部分加热：把含有玻璃外壳的仪器放在通有交变电流的线圈中，仪器内部的金属部分变热了，而玻璃外壳还是冷的。金属变热是由于金属部分产生了 。
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，圆盘将沿 方向运动（填“顺时针”或“逆时针”），圆盘转动的原因是 。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 试用能量守恒与转化的观点分析在图甲、乙所示的两装置中将会发生什么现象。
甲图中： 是竖直放置的闭合螺线管； 是悬挂在弹簧下端的强磁铁棒，现使之在 中振动。
乙图中：将光滑的斜面分为四区域，每份长为 。区域 有一磁区。现将一线框 放在区域 （恰与之等大），由静止开始释放，已知线框滑至斜面底端时，速度大小为 。
16. 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引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）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，这些热能便能起到加热物体的作用从而煮食。
（1）在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有（回答三个即可）：
① ；
② ；
③ 。
（2）电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是 ；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是 。
17. 电磁灶是应用电磁感应原理加热锅具的一种无明火特殊灶具，原理是：导电的金属铁磁材料锅能在高频交变磁场中产生感生涡流，但目前高频电磁灶的灶面只适用于平底锅具，有人将弧底锅改造成如图的平底结构，分析其能否正常工作。
答案
第一部分
1. A
【解析】电磁炉面板如果采用金属材料，在交变磁场中产生涡流发热，会使线圈烧毁；用陶瓷器皿作为锅具不能形成涡流，不能对食品加热；铝锅、铜锅在电磁炉上也能形成涡流，但是在铝锅、铜锅中形成的涡流远比铁锅中的小。
2. A
【解析】当蹄形磁铁转动时，线圈中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍磁通量的变化，使线圈随着磁铁一起转动，但线圈转动的速度比磁铁慢。
3. B
【解析】不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，阻断涡流回路，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，所以B正确。
4. A
【解析】施加磁场来快速衰减 的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不变，当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案C中，紫铜薄板上下振动，左右振动时，通过它的磁通量都可能不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是A。
5. C
【解析】此实验的原理是：当磁铁在铜块正上方摆动时，在铜块中产生涡流，涡流的磁场阻碍磁铁的运动。如果将磁铁的磁极调换，重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，选项A错误；用闭合的铜制线圈替代铜块，仍能在线圈中产生感应电流，从而对磁铁的运动产生阻碍作用，则重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，选项B错误；在图 情况中，磁铁下摆和上摆过程中，铜块均会产生涡流，从而消耗机械能，则磁铁和锯条组成的系统机械能均减少，选项C正确；在摆动过程中，铜块对磁铁有阻碍作用，同时铜块也要受磁铁的作用力，选项D错误。
6. B
7. C
8. A
9. B
10. A
第二部分
11. AB；DE
12. 消弱；小
13. 涡流
14. 逆时针；负电荷受到了感生电场的作用力
第三部分
15. 甲图中由于磁铁棒 在线圈 中上下振动，线圈 内磁通量不断发生变化，从而产生感应电流，图中 表指针偏转，在此过程中由于机械能向电能的不断转化，磁铁棒的振幅不断衰减，直到停止振动，原振动能量全部转化为电能在线圈 中消耗掉。
乙图中线框 沿斜面下滑，由区域 进入区域 和离开区域 进入区域 的过程中都会发生电磁感应，线圈中都会有电能消耗，由于整个过程中并无其他形式的能量消耗，所以电能消耗的量值一定等于整个过程中机械能的减少量，设电能损耗为 、线圈质量为 ，则 。
16. （1） ①电流的磁效应（或电生磁）；②电磁感应（或磁生电）；③电流的热效应
（2） 不能产生电磁感应现象；电阻率小，电热少，效率低
17. 这种改造既能使弧底锅能够稳定地放在灶面上，又因附加部分为金属材料，能在高频交变磁场中获得理想的涡流发热效果，所以改造后能正常下作。
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