2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课后巩固(word版含答案)

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名称 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课后巩固(word版含答案)
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文件大小 1.2MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-02-02 21:37:12

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2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课后巩固 2021—2022学年高中物理人教版(2019)选择性必修第二册
一、单选题
1.如图所示,其中不属于利用涡流工作的是(  )
A.图1真空冶炼炉,可以冶炼高质量的合金
B.图2电磁炉加热食物
C.图3超高压输电线上作业的工人穿戴包含金属丝的织物制成的工作服
D.图4安检门可以探测人身携带的金属物品
2.1831年,法拉第发现了电磁感应现象,并制作了世界上第一台发电机,揭开了人类进入电气时代的序幕。现在,日常生活中我们使用着大量的用电器,下列用电器使用电能的过程中,用到电磁感应原理的是(  )
A.洗衣机 B.电磁炉 C.电热水器 D.电风扇
3.电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示,扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动,虚线把圆环分成八等份,扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来,实验小组设计了以下几种方案,其中虚线为匀强磁场的理想边界,边界内磁场大小均相同,其中最合理的是(  )
A. B.
C. D.
4.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的,电磁炉工作时产生的电磁波,是由线圈内高频变化的电流产生的且完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收,不会泄漏,对人体健康无危害。关于电磁炉,以下说法正确的是(  )
A.电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
B.电磁炉里电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
C.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流,使含铁质锅底迅速升温,进而对锅内食物加热的
D.目前家庭购买的电磁炉加热食物时通常用的是铁质铜,不用铝锅的原因是铝锅放在电磁炉上锅底不会产生涡流
5.如图所示,用铜线缠绕成线圈通上合适的电流,就可以隔空对金属进行加热了,把螺丝刀放进线圈,一会就会烧红了。下列说法正确的是(  )
A.线圈中通入的是恒定电流 B.线圈中通入的是交变电流
C.塑料棒放进线圈里也可以进行隔空加热 D.线圈中的电流产生热对物体进行隔空加热
6.以下为教材中的四幅图,下列相关叙述错误的是(  )
A.甲图是法拉第电磁感应实验,奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第根据对称性思想,做了如上实验发现了磁生电的现象
B.乙图是真空治炼炉,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.丙图是金属探测器。探测环中的发射线圈通以正弦式电流,附近的被测金属物中会产生涡流
D.丁图是电吉他中电拾音器的基本结构,金属弦被磁化,弦振动过程中线圈中会产生感应电流,从而使音箱发声。如果选用铜质弦,电吉他不能正常工作
7.某输电线路横穿公路时,要在地下埋线。为了保护输电线不被压坏,可预先铺设结实的过路钢管,再让输电线从钢管中穿过。输电线穿过钢管的方案有两种(如图所示):甲方案是铺设两根钢管,两条输电线分别从两根钢管中穿过;乙方案是只铺设一根钢管,两条输电线都从这一根钢管中穿过。如果输电线输送的电流很大,以下说法正确的是(  )
A.无论输送的电流是恒定电流还是交变电流,甲乙两方案都是可行的
B.无论输送的电流是恒定电流还是交变电流,甲乙两方案都是不可行的
C.若输送的电流是交变电流,甲方案不可行,乙方案可行
D.若输送的电流是恒定电流,甲方案不可行,乙方案可行
8.如图所示,甲、乙为形状与大小均相同且内壁光滑的圆筒,竖直固定在相同高度。两块相同的钕铁硼强磁铁,从甲、乙上端筒口同一高度同时无初速度释放,穿过乙筒的磁铁先落到地面。关于两圆筒的制作材料,下列可能正确的是(  )
A.甲—塑料,乙—铝 B.甲—铜,乙—胶木
C.甲—玻璃,乙—塑料 D.甲—毛竹,乙—木头
二、多选题
9.关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动,下列说法正确的是(  )
A.金属探测器可用于大米装袋,防止细小的砂石颗粒混入大米中
B.金属探测器应用于安检场所,探测器与被测物体相对静止时也可以得出探测效果
C.电磁炉利用电磁阻尼工作,录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作
D.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
10.很多高层建筑都会安装减震耗能阻尼器,用来控制强风或地震导致的振动。上海中心大厦使用重达1000吨的“上海慧眼”作为阻尼器。阻尼器采用的是电磁原理消能减震的技术其建筑的主体结构在遭遇强风或地震时发生振动,吊挂在结构顶部的阻尼器就会带动磁钢组件在固定的铜板上进行相对移动,从而将系统振动的能量转化为内能。关于减震耗能阻尼器的工作原理,下来说法正确的是(  )
A.铜板中产生电涡流的原因是穿过铜板的磁通量在变化
B.磁钢组件摆动得越快,铜板上产生的电涡流越小
C.采用铜板是因为铜的导电性能好,产生的电涡流大、阻尼大
D.阻尼器摆动幅度不受风力大小影响
11.金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域,其利用的是电磁感应原理:探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场,该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”(感应电流)。“涡流”会产生磁场,从而影响原始磁场,导致检测器发出蜂鸣声而报警.下列说法正确的是(  )
A.欲使待检测物体内部产生“涡流”(感应电流),探测器需在待检测物上方不停地晃动
B.探测器静止在待检测物上方,待检测物内部仍然可以产生“涡流”(感应电流)
C.若待检测物为塑料则不能报警,因为检测区域内没有磁通量变化
D.若待检测物为塑料则不能报警,因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少
12.下图是用涡电流金属探测器探测地下金属物的示意图。关于该探测器,下列说法中正确的是( )
A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场
B.探测器只能探测到有磁性的金属物
C.探测器能探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡电流
D.探测器能探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡电流
三、实验题
13.某同学探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律,实验装置如图所示,打点计时器的电源为的交流电。
(1)下列实验操作中,正确的有______;
A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B.纸带穿过限位孔,压在复写纸下面
C.用手捏紧磁铁保持静止,然后轻轻地松开让磁铁下落
D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
(2)该同学按照正确的步骤进行实验(记为“实验①”),将磁铁从管口处释放,打出一条纸带,取开始下落的一段,确定一合适的点为点,每隔一个计时点取一个计数点,标为1、2、3、…、8。用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到点的距离,记录在纸带上,如图所示。
计算相邻计时点间的平均速度,粗略地表示各计数点的速度,抄入下表,请将表中的数据补充完整。
位置 1 2 3 4 5 6 7 8
24.5 33.8 37.8 (______) 39.5 39.8 39.8 39.8
(3)分析上表的实验数据可知:在这段纸带记录的时间内,磁铁运动速度的变化情况是___________;磁铁受到阻尼作用的变化情况是______________________。
(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管,重复上述实验操作(记为“实验②”),结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同,请问实验②是为了说明什么?对比实验①和②的结果得到什么结论?(______)
14.磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是________(填“防止”或“利用”)涡流而设计的,起________(填“电磁阻尼”或“电磁驱动”)的作用。
四、解答题
15.磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具,如图(a)所示。它的驱动系统可简化为如下模型,固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形金属框,电阻为R的金属框置于xOy平面内,MN长为l平行于y轴,NP宽为d平行于x轴,如图(b)所示。轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场,磁感应强度B沿Ox方向按波长为的正弦规律分布,如图(c)所示。整个磁场以一定的速率沿Ox方向匀速平移,忽略一切阻力,列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶。
(1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理。
(2)为使列车获得最大驱动力,MN、PQ边应处于磁场中的什么位置?
16.涡流产生的热会使变压器的铁芯温度升高,降低工作效率。为此,变压器中常用电阻率较大的硅钢作为铁芯材料,如图所示,并把整块金属的铁芯替换成由许多互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯。请结合相关知识说明上述改进措施的原理。
17.某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发射装置,如图所示。竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨,间距为l。导轨间加有垂直导轨平面向里的匀强磁场B。绝缘火箭支撑在导轨间,总质量为m,燃料室中的金属棒EF电阻为R,并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触。
引燃火箭下方的推进剂,迅速推动刚性金属棒CD(电阻可忽略且和导轨接触良好)向上运动,当回路CEFDC面积减少量达到最大值,用时△t,此过程激励出强电流,EF产生电磁推力加速火箭。在时间内,电阻R产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体。当燃烧室下方的可控喷气孔打开后,喷出燃气进一步加速。
(1)求在时间内,回路中感应电动势的平均值及通过金属棒EF的电荷量,并判断金属棒EF中的感应电流方向;
(2)经时间火箭恰好脱离导轨,求火箭脱离时的速度v0;(不计空气阻力)
(3)请对该设计谈谈你的看法。
18.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。它的基本原理如图甲所示,上、下为电磁体的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室。图乙为真空室的俯视图,电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化,产生变化的磁场,变化的磁场在环形真空室内感生出同心环状的感生电场,电子在感生电场的作用下被加速,并在洛仑兹力的作用下做圆周运动。已知电子的质量为、电荷量为,做圆周运动的轨道半径为。某段时间内,电磁体线圈产生的磁场方向向上,磁场分布如图甲所示,穿过电子圆形轨道平面的磁通量随时间变化的关系为(,且为已知量)。电子加速过程中忽略相对论效应。
(1)若在电子轨道上放置一等大的金属细圆环,求金属圆环的感生电动势;
(2)求电子运动轨道处感生电场的场强大小;
(3)求电子轨道处磁感应强度随时间的变化率。
试卷第1页,共3页
试卷第11页,共1页
参考答案
1.C
2.B
3.C
4.C
5.B
6.B
7.C
8.B
9.BD
10.AC
11.BD
12.AD
13.AB 39.0 速度逐渐增大到后做匀速直线运动 逐渐增大到等于重力 为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用。磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。
14.利用 电磁阻尼
15.(1)由于列车速度与磁场平移速度不同,导致穿过金属框的磁通量发生变化,由于电磁感应,金属框中会产生感应电流,该电流受到安培力即为驱动力。;(2)NM、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方
16.变压器的铁芯,在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象,要损耗能量,把整块的硅钢铁芯替换成由许多互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯,其目的是增大电阻,从而为了减小涡流,减小发热量,提高变压器的效率。
17.(1) ,;电流方向向右;(2) ;(3)这种设计让火箭在发射轨道内加速时,使用电磁加速,大大节省了火箭的发射燃料,从而减少了火箭的重量,使火箭更容易发射。
18.(1) ;(2) ;(3)