2019人教版选择性必修第二册第二章第3节涡流、电磁阻尼和电磁驱动基础训练（word版含答案）

2019人教版选择性必修第二册 第二章 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 基础训练
一、多选题
1．电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．图（a）中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电
B．图（b）中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热
C．图（c）中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果
D．图（d）中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度
2．如图所示，用丝线将一个圆形金属板悬于O点，竖直虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，不计空气阻力，现将金属板从图示位置由静止释放，金属板面在摆动过程中始终与磁场垂直．下列说法中正确的有（　　）
A．金属板在进入和离开磁场过程，板内产生感应电流
B．板内不能产生感应电流，金属板摆动不会停止
C．板内虽然能产生感应电流，但受到的安培力合力为零，故金属板摆动幅度不会改变
D．金属板的摆动幅度逐渐减小，摆动一段时间后会停止
3．以下说法正确的是（　　）
A．电源电动势一定等于电源两极间的电压
B．磁场是一种客观存在的物质
C．电流周围存在磁场，首先是法拉第发现的
D．磁通量只要发生变化，电路中就一定有感应电动势产生
4．电和磁现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．图中若该元件用金属材料制作，则通入图示的电流时，上表面电势比下表面电势低
B．图示，闭合开关，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自上而下
C．图中如果线圈B不闭合，开关S断开时将不会产生延时效果
D．图中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热
5．如图所示，匀强磁场中固定一水平金属棒F1F2，金属棒两端点F1、F2刚好是绝缘椭圆轨道的两焦点，磁场方向垂直于椭圆面向外，一根金属丝绕过绝缘笔P与F1、F2相接，金属丝处于拉直状态，且绝缘笔刚好能沿椭圆轨道运动。在绝缘笔沿椭圆轨道从A到B带动金属丝运动过程中，关于金属棒和金属丝说法正确的是（　　）
A．感应电流方向始终是F2→F1→P→F2
B．感应电流方向先是F2→F1→P→F2，后变为F1→F2→P→F1
C．金属丝始终有扩张趋势
D．金属棒所受安培力方向先向上，后向下
6．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．安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作
7．如图所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁两磁极之间（两磁极间磁场可视为匀强磁场），蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕OO′轴转动。当蹄形磁铁匀速转动时，线圈也开始转动，当线圈的转动稳定后，有（　　）
A．线圈与蹄形磁铁的转动方向相同
B．线圈与蹄形磁铁的转动方向相反
C．线圈中产生交变电流
D．线圈中产生为大小改变、方向不变的电流
二、单选题
8．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备．它的基本原理如图所示，在上、下两个电磁铁的磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动．电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，所产生的感生电场使电子加速．甲图为侧视图，乙图为真空室的俯视图．若此时电磁铁中通有图示电流，电子沿逆时针方向运动，则下列说法正确的是（）
A．若电磁铁中电流减小，则电子被加速
B．若电磁铁中电流增大，则电子被加速
C．若电子被加速，是因为洛伦兹力对其做正功
D．电子受到的感生电场力提供圆周运动的向心力
9．在匀强磁场中，有一个接有电容器的单匝导线回路，如图所示，已知C="20" μF，L1=5cm，L2=8cm，磁场以5×10﹣2 T/s的速率增加，则（ ）
A．电容器上极板带负电，带电荷量为4×10﹣5 C
B．电容器上极板带正电，带电荷量为4×10﹣5 C
C．电容器上极板带负电，带电荷量为4×10﹣9 C
D．电容器上极板带正电，带电荷量为4×10﹣9 C
10．如图所示，氢原子中的电子绕核逆时针快速旋转，匀强磁场垂直于轨道平面向外，电子的运动轨道半径r不变，若使磁场均匀增加，则电子的动能（ ）
A．不变
B．增大
C．减小
D．无法判断
11．如图所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑动时，线框ab的运动情况是（　　）
A．保持静止不动
B．逆时针转动
C．顺时针转动
D．发生转动，但电源极性不明，无法确定转动的方向
12．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
13．如图所示，一金属小球用一根绝缘细线挂在固定点O处，将小球从匀强磁场区域外静止释放，磁感线的方向垂直纸面向里，空气阻力不计。则（　　）
A．小球的运动过程中，摆角会越来越小，直到摆角小到某一值后不再减小
B．小球的运动到最低点时速度最大，产生的感应电流最大
C．小球在摆动过程中机械能守恒
D．小球开始的摆动后，最终将停止在竖直线OO′
14．如图所示，用一根长为L、质量不计的细杆与一个上弧长为、下弧长为的金属线框的中点连接并悬挂于O点，悬点正下方存在一个上弧长为2、下弧长为2的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且远小于L．先将线框拉开到如图所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦．下列说法正确的是：
A．金属线框从右侧进入磁场时感应电流的方向为：a→b→c→d→a
B．金属线框从左侧进入磁场时感应电流的方向为：a→d→c→b→a
C．金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D．金属线框从右侧下落通过磁场后可以摆到与右侧下落时等高的地方
三、解答题
15．如图宽的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里，，一边长为的正方形线框位于纸面内以垂直于磁场边界的恒定速率通过磁场区域，线框电阻为，请计算线框进入磁场时的感应电动势和感应电流的大小．
16．如图所示，水平面上固定着不等间距的两段平行直导轨，处于磁感应强度大小为B的竖直向下的匀强磁场中，粗糙导轨、的间距为L，光滑导轨、无限长，其间距为，导轨电阻均不计，金属棒、垂直放置于两段导轨上与导轨接触良好，且均可自由滑动，其质量分别为m和，二者接入电路的阻值分别为R和，一根轻质细线绕过定滑轮（定滑轮用绝缘材料固定在轨道平面内，滑轮质量和摩擦不计），一端系在金属棒的中点上，另一端悬挂一物块W，W的质量为M，此时金属棒恰好不滑动。现用水平向右的恒定拉力F使金属棒由静止开始向右运动，当达到最大速度时金属棒刚要滑动已知重力加速度为g，求：
(1)金属棒的最大速度；
(2)恒定拉力F的大小；
(3)若在金属棒达到最大速度时立即撤去拉力F，试计算出金属棒继续运动的位移s；
(4)若金属棒从静止开始运动到最大速度所用的时间为t，则金属棒从棒开始运动到棒静止共产生了多少焦耳热？
17．如图所示，光滑的水平面上两虚线1、2间存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，边长为L的正方形导体框放在水平面上，且MN边与两虚线平行。某时刻在导体框上施加一水平向右的外力F，使导体框开始向右运动，已知该外力的功率恒为P，经过一段时间导体框的MN边刚好以速度v0（v0未知）匀速通过磁场；当MN边经过虚线2的瞬间，在导体框上再施加一水平向左的外力F'，且外力的大小为F'=kv，k为常量，v为导体框的速度。已知两虚线之间的距离也为L，导体框的电阻为R。
（1）导体框匀速运动时的速度v0应为多大？
（2）导体框的PQ边在磁场内的过程中导体框如何运动？
（3）如果导体框的PQ边在磁场内的过程中外力F'做功的数值为W，则该过程中导体框中产生的热量为多少？
18．如图所示，电源电压E＝2V，内阻不计，竖直导轨电阻不计，金属棒的质量m＝0.1kg，R＝0.5Ω，它与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，有效长度为0.2m，靠在导轨外面，为使金属棒不动，施一与纸面夹角37°且垂直于金属棒向里的磁场(g＝10m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)．求：
(1)此磁场是斜向上还是斜向下？
(2)B的范围是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．AC
【详解】
A．电流流过发射线圈会产生变化的磁场，当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电，即利用发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电，故A正确；
B．恒定的电流激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应现象，没有涡流产生，故B错误；
C．如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果，故C正确；
D．给电子感应加速器通以恒定电流时产生的磁场不变，即磁通量不变，则不会产生感生电场，则不能加速电子，故D错误。
故选AC。
2．AD
【分析】
首先分析板的运动，据楞次定律的进行判断感应电流的方向；从能量守恒的角度分析即可．
【详解】
当金属板进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流，根据楞次定律得出感应电流的产生会阻碍线圈运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能；当板没有磁通量的变化时，无感应电流，只有重力做功，环的机械能守恒；据以上可知，环在运动过程中只有摆进或摆出磁场时有机械能转化为热能，所以板的摆动幅度逐渐减小，摆动一段时间后会停止；故AD正确，BC错误．
故选AD．
【点睛】
本题考查楞次定律的应用和能量守恒相合．注意楞次定律判断感应电流方向的过程，先确认原磁场方向，再判断磁通量的变化，感应电流产生的磁场总是阻碍原磁通量的变化．
3．BD
【详解】
A．电源电动势等于电源没有接入电路前两极间的电压，电源接入电路后，电源两极间的电压小于电源电动势，故A错误；
B．磁场是磁体周围存在的一种看不见的特殊物质，是真实的存在，故B正确；
C．电流周围存在磁场，首先是奥斯特发现的，故C错误；
D．当穿过电路的磁通量发生变化时，电路中就有感应电动势，当电路闭合时，电路才有感应电流，故D正确。
故选BD。
4．AC
【详解】
A．图中若该元件用金属材料制作，导电粒子为电子，根据左手定则可知，电子向上偏转，上表面电势比下表面电势低，故A正确；
B．图示，闭合开关，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，根据右手定则可以判断，通过R的电流自下而上，故B错误；
C．图中如果线圈B不闭合，开关S断开时B中不会产生感应电流，将不会产生延时效果，故C正确；
D．图中给电磁炉接通恒定电流，不会产生变化的磁场，不会产生涡流，故D错误。
故选AC。
5．BD
【详解】
AB．绝缘笔沿椭圆轨道从A到B带动金属丝运动过程中，的面积先增大后减小，即磁通量先增后减，由楞次定律可知感应电流先顺时针后逆时针，故A错误，B正确；
C．根据楞次定律的广义理解为“增缩减扩”，可知金属丝先有收缩趋势后有扩张趋势，故C错误；
D．金属棒F1F2的感应电流先向左后向右，根据左手定则可知，金属棒所受安培力方向先向上，后向下，故D正确；
故选BD。
6．BC
【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．则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故A错误，B正确；
C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确．
D．根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误．
7．AC
【详解】
AB．根据楞次定律可知，为阻碍磁通量变化，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，线圈的转速一定比磁铁转速小，故A正确，B错误；
CD．最终达到稳定状态时磁铁比线圈的转速大，则磁铁相对线圈中心轴做匀速圆周运动，所以产生的电流为交流电，故C正确，D错误。
故选AC。
8．B
【详解】
当电磁铁线圈电流的电流增大时，产生向上的增加的磁场，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为顺时针方向，电子将沿逆时针方向做加速运动；反之，若电磁铁中电流减小，则电子不能被加速，故B正确，A错误．洛伦兹力方向与电子的速度方向垂直，可知洛伦兹力不做功，选项C错误；电子受到的感生电场力使电子加速，洛伦兹力提供圆周运动的向心力，选项D错误．
9．D
【详解】
试题分析：根据楞次定律判断感应电动势的方向，从而得知上极板所带电量的电性，根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势的大小，根据Q=CU求出所带电量的大小．
解：根据楞次定律知，感应电动势的方向是逆时针方向，则上极板带正电．根据法拉第电磁感应定律得：
E=S=5×10﹣2×0.05×0.08V=2×10﹣4 V，
则：Q=CU=CE=2×10﹣5×2×10﹣4=4×10﹣9C．故D正确，A、B、C错误．
故选D．
【点评】解决本题的关键掌握楞次定律判断出感应电动势的方向，以及掌握法拉第电磁感应定律．
10．B
【详解】
电子在库仑力F和洛伦兹力f的共同作用下做匀速圆周运动，由左手定则判断f和F方向始终相同，两者之和充当向心力。
当磁场均匀增加时，根据麦克斯韦电磁场理论，将激起一稳定电场，由楞次定律及安培定则可判出上述电场的方向为顺时针，这时旋转的电子除受原来的F和f外，又受到一个逆时针方向的电场力作用，该力沿运动轨迹的切线方向，且与电子运动方向相同，对电子做正功，所以电子的动能增大。
故选B。
11．C
【详解】
根据题图所示电路，线框ab所处位置的磁场是水平方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减弱，则穿过闭合导线框ab的磁通量将减少
Φ＝BSsin θ
θ为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量的减少，则线框ab只有顺时针旋转使θ角增大，而使穿过线圈的磁通量增加，注意此题并不需要明确电源的极性。
故选C。
12．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。
13．A
【详解】
AB．由于从左侧摆到右侧的过程中，线框中磁通量发生变化，因而产生感应电流，由于电阻的存在，线框中将产生焦耳热，根据能量守恒知线框的机械能将不守恒，故在左侧线框的高度将高于起始时右侧的高度，所以摆角会越来越小，当完全在磁场中来回摆动时，则没有感应电流，圆环最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，故C正确，D错误；
C．金属环进入磁场后，由于没有磁通量的变化，因而圆环中没有感应电流，不受磁场力作用，只在重力作用下，离平衡位置越近，则速度越大，故C错误；
D．当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流．环进入和离开磁场区域，磁通量分别是增大和减小，故产生感应电流，从而将机械能转化为电能；故机械能不再守恒；故D错误。
故选A。
14．B
【详解】
A．金属线框从右侧进入磁场时，由于电磁感应，产生电流，根据楞次定律判断电流的方向为 a→d→c→b→a，故A错误．
B．金属线框从左侧进入磁场时,由于电磁感应，产生电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→d→c→b→a，故B正确．
CD．根据能量转化和守恒，线圈每次经过边界时都会消耗机械能，故可知，金属线框 dc边进入磁场的速度大于ab边离开磁场的速度大小．金属线框从右侧下落通过磁场后在左侧摆到的高度小于下落时的高度，故CD错误．
故选B．
点睛：右手定则、楞次定律和简谐运动的条件是高中必须掌握的知识，本题由于有的学生不能通过能量转化的角度分析，从而不能分析出金属线框最后的运动状态．
15．;
【详解】
进入磁场时的感应电动势：
感应电流的大小
16．(1)；(2)；(3)；(4)
【详解】
(1)当棒达到最大速度时，根据右手定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，根据左手定则可知棒受到水平向右的安培力，棒刚要滑动，对棒受力分析，可得
受拉力F作用前，棒恰好不滑动，由平衡条件得
解得
对棒，有
解得
(2)当棒达到最大速度时，此时受力平衡，则外力
又
故
(3)金属棒达到最大速度时立即撤去拉力F，直至停止，对棒，由动量定理得
又
得
联立解得棒继续运动的位移
(4)金属棒加速过程中，对棒由动量定理得
联立可得棒加速过程的位移
设棒克服安培力做功为，对棒运动全过程，由动能定理得
设系统产生的焦耳热为，由能量守恒定律可知
解得
则棒产生的焦耳热
17．（1）；（2）导体框做加速度减小的减速运动，最后可能做匀速运动；（3）
【详解】
（1）导体框的MN边在磁场中运动时，回路中电流
导体框进入磁场内做匀速运动，由平衡条件得
外力F的功率
解得
（2）导体框的PQ边进入磁场后，导体框受水平向右的F、向左的安培力FA、向左的F′作用，此时导体框的合力向左，导体框做减速运动。取向左为正方向，根据牛顿第二定律可得加速度大小
随着速度v减小，加速度也减小，故导体框的PQ边在磁场内的过程中，导体框做加速度减小的减速运动，最后可能做匀速运动。
（3）导体框的速度为v时，安培力
与速度v成正比。又
与速度v成正比，故两者的变化规律相同，必有
由功能关系可知，导体框中产生的焦耳热
18．(1)斜向下　(2)1.4 T≤B≤4.5 T
【详解】
(1)画出由A→B的侧视图，并对棒AB受力分析如图所示．
经分析知磁场的方向斜向下；
(2)当AB棒有向下滑的趋势时，受摩擦力向上为f，则：
，，
且，，
联立四以上各式并代入数值得：．
当AB棒有向上滑的趋势时，受摩擦力向下为f′，则：
，，，可解得：
所以若保持金属静止不滑，磁场应满足：．
答案第1页，共2页
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