2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步训练（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步训练（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 875.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-03 07:41:44 | ||
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文档简介
2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步训练 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．电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了很多电器设备，下列电器设备中利用电磁感应原理工作的是（ ）
A．微波炉 B．电磁炉 C．充电宝 D．白炽灯
2．如图所示，这是机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情形，其基本原理是当探测线圈靠近金属物体时，会在金属物体中感应出电流。下列科技实例的工作原理，与金属探测器的工作原理不同的是（ ）
A．真空冶炼炉 B．交流感应电动机
C．回旋加速器 D．电子感应加速器
3．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上放一小铁锅冷水。现接通交流电源，几分钟后，锅中的水沸腾起来，时刻的电流方向已在图中标出，且此时电流正在增大，下列说法正确的是（ ）
A．线圈中电流变化越大，自感电动势越大，自感系数也增大
B．小铁锅中产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来
C．时刻，从上往下看，小铁锅中的涡流沿逆时针方向
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流
4．如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则关于小磁块，下列说法正确是（ ）
A．小磁块下落时间长的管是塑料管
B．在两个下落过程中的机械能都守恒
C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动
D．小磁块落至底部时速度大小相等
5．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．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品
D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流
6．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。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（ ）
A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强
C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力
7．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
8．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
二、多选题
9．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是（ ）
A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势
B．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势
C．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用
D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用
10．钕磁铁也称为钕铁硼磁铁，因其在磁能积上的优越性被广泛地应用于电子产品。如图所示，为一电磁阻尼实验装置，将一质量为m的小块钕磁铁从铜管上端由静止释放，可观察到磁铁下落的速度明显放缓，现测得铜管长为L，磁铁通过铜管的时间为t，磁铁离开铜管时的速度为v，不计空气阻力及电磁辐射，以下说法正确的是（ ）
A．将铜管改为塑料管也能观察到类似现象
B．磁铁在铜管中做匀加速运动
C．该过程，系统因涡流产生的热量为
D．在t时间内铜管对磁铁的平均作用力为
11．一根上端固定的弹簧，其下端挂一条形磁铁，磁铁在上下振动，由于空气阻力很小，磁铁的振动幅度几乎保持不变。如图所示，若在磁铁振动过程中把一导电线圈靠近磁铁下方，则关于磁铁上下震动的幅度，下列说法中正确的是（ ）
A．S闭合时磁铁的振动幅度迅速减小，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变
B．S闭合时磁铁的振动幅度迅速增大，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变
C．S闭合或断开，磁铁的振动幅度变化相同
D．S闭合，磁铁上下振动时会有机械能转化成电能
12．下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）
A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品
C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
三、实验题
13．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。
14．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？（______）
四、解答题
15．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。
16．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？
17．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。
18．电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全的辅助制动装置，其缓冲原理可简化为如下情形：如图所示（小车在平直公路上行驶的俯视图），小车内的装置产生方向竖直向下的匀强磁场；水平地面固定n=10匝的矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R=5Ω，ab边长为L=0.5m，ad边长为2L。当小车（无动力）水平通过线圈上方时，线圈与小车中的磁场发生相互作用，使小车做减速运动，从而实现缓冲。已知小车的总质量为m=1.0kg，受到地面的摩擦阻力恒为Ff=0.8N；小车磁场刚到线圈ab边时速度大小为v0=2m/s；当小车磁场刚到线圈cd边时速度减为零。整个缓冲过程中流过线圈abcd的电荷量为q=1.6C，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度的大小B；
（2）缓冲过程中线圈产生的热量Q。
试卷第1页，共3页
试卷第10页，共1页
参考答案
1．B
2．C
3．B
4．C
5．B
6．B
7．A
8．D
9．ABD
10．CD
11．AD
12．CD
13．利用 电磁阻尼
14．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。
15．金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。
16．（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
17．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。
18．（1）1.6T；（2）1.2J
一、单选题
1．电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了很多电器设备，下列电器设备中利用电磁感应原理工作的是（ ）
A．微波炉 B．电磁炉 C．充电宝 D．白炽灯
2．如图所示，这是机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情形，其基本原理是当探测线圈靠近金属物体时，会在金属物体中感应出电流。下列科技实例的工作原理，与金属探测器的工作原理不同的是（ ）
A．真空冶炼炉 B．交流感应电动机
C．回旋加速器 D．电子感应加速器
3．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上放一小铁锅冷水。现接通交流电源，几分钟后，锅中的水沸腾起来，时刻的电流方向已在图中标出，且此时电流正在增大，下列说法正确的是（ ）
A．线圈中电流变化越大，自感电动势越大，自感系数也增大
B．小铁锅中产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来
C．时刻，从上往下看，小铁锅中的涡流沿逆时针方向
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流
4．如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则关于小磁块，下列说法正确是（ ）
A．小磁块下落时间长的管是塑料管
B．在两个下落过程中的机械能都守恒
C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动
D．小磁块落至底部时速度大小相等
5．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．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品
D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流
6．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。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（ ）
A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强
C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力
7．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
8．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
二、多选题
9．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是（ ）
A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势
B．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势
C．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用
D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用
10．钕磁铁也称为钕铁硼磁铁，因其在磁能积上的优越性被广泛地应用于电子产品。如图所示，为一电磁阻尼实验装置，将一质量为m的小块钕磁铁从铜管上端由静止释放，可观察到磁铁下落的速度明显放缓，现测得铜管长为L，磁铁通过铜管的时间为t，磁铁离开铜管时的速度为v，不计空气阻力及电磁辐射，以下说法正确的是（ ）
A．将铜管改为塑料管也能观察到类似现象
B．磁铁在铜管中做匀加速运动
C．该过程，系统因涡流产生的热量为
D．在t时间内铜管对磁铁的平均作用力为
11．一根上端固定的弹簧，其下端挂一条形磁铁，磁铁在上下振动，由于空气阻力很小，磁铁的振动幅度几乎保持不变。如图所示，若在磁铁振动过程中把一导电线圈靠近磁铁下方，则关于磁铁上下震动的幅度，下列说法中正确的是（ ）
A．S闭合时磁铁的振动幅度迅速减小，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变
B．S闭合时磁铁的振动幅度迅速增大，S断开时磁铁的振动幅度几乎不变
C．S闭合或断开，磁铁的振动幅度变化相同
D．S闭合，磁铁上下振动时会有机械能转化成电能
12．下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）
A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品
C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层
三、实验题
13．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。
14．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？（______）
四、解答题
15．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。
16．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？
17．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。
18．电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全的辅助制动装置，其缓冲原理可简化为如下情形：如图所示（小车在平直公路上行驶的俯视图），小车内的装置产生方向竖直向下的匀强磁场；水平地面固定n=10匝的矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R=5Ω，ab边长为L=0.5m，ad边长为2L。当小车（无动力）水平通过线圈上方时，线圈与小车中的磁场发生相互作用，使小车做减速运动，从而实现缓冲。已知小车的总质量为m=1.0kg，受到地面的摩擦阻力恒为Ff=0.8N；小车磁场刚到线圈ab边时速度大小为v0=2m/s；当小车磁场刚到线圈cd边时速度减为零。整个缓冲过程中流过线圈abcd的电荷量为q=1.6C，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度的大小B；
（2）缓冲过程中线圈产生的热量Q。
试卷第1页，共3页
试卷第10页，共1页
参考答案
1．B
2．C
3．B
4．C
5．B
6．B
7．A
8．D
9．ABD
10．CD
11．AD
12．CD
13．利用 电磁阻尼
14．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。
15．金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。
16．（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
17．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。
18．（1）1.6T；（2）1.2J