2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（Word版含答案）

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、单选题
1．如图所示，一根光滑的水平绝缘杆，A处固定一个金属线圈，B处挂一个闭合铜环。现给线圈分别通以如图所示的四种电流，其中能使铜环在0~t1时间内加速度方向保持向右的是（　　）
A． B． C． D．
2．如图，在垂直纸面向内的匀强磁场中，有一个平行纸面的金属线框abcd。要使线框中产生感应电流，下列可行的操作是（　　）
A．将线框上下匀速运动
B．将线框左右匀速运动
C．将线框垂直纸面前后加速运动
D．将线框以ac边为轴匀速转动
3．现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备. 电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成. 当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速. 如图所示(上方为侧视图，下方为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为的圆周上运动，当电磁铁绕组通以图中所示的电流时（ ）
A．电流增大时，电子在轨道上顺时针运动
B．保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速
C．保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速
D．被加速时电子做圆周运动的周期不变
4．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
5．如图所示，在一水平光滑绝缘塑料板上有一环形凹槽，有一质量为m、电荷量为q的带正电小球，在槽内沿顺时针方向做匀速圆周运动，现加一竖直向上的磁感应强度均匀减小的磁场，则（　　）
A．小球速度变大 B．小球速度变小
C．小球速度不变 D．小球速度可能变大也可能变小
6．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）
A．图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会反向转动，且跟磁体转动的一样快
B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属
C．丙是回旋加速器的示意图，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能不变，所需时间变短
D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理
7．如图所示为家用单相电能表的结构示意图，其中电流线圈串联在电路中，电压线圈并联在电路中，通过电流线圈和电压线圈的交变电流产生的交变磁场使铝盘中产生涡旋电流，交变磁场对涡旋电流的安培力推动铝盘转动，转动方向如图中箭头所示。旁边还固定一块形永久磁铁，铝盘转动时要从磁铁两极之间通过。关于家用单相电能表，下列说法正确的是（　　）
A．用户功率越大，电压线圈在铝盘中产生的涡流越大
B．用户功率减小，电流线圈在铝盘中产生的涡流变大
C．永久磁铁对铝盘起着电磁阻尼的作用
D．当停止用电时，永久磁铁可以保持铝盘继续转动
8．如图所示，两个很轻的铝环a、b，环a闭合，环b不闭合，a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，此时整个装置静止。下列选项正确的是（ ）
A．条形磁铁N极垂直环a靠近a，环a将靠近磁铁
B．条形磁铁S极垂直环a远离a，环a将不动
C．条形磁铁N极垂直环b靠近b，环b将靠近磁铁
D．条形磁铁S极垂直环a靠近a，环a将远离磁铁
9．如图所示为真空冶炼炉．炉外有线圈，则真空冶炼炉在工作时，下列说法错误的是（ ）
A．通过线圈的电流直接流经炉内金属，并使之发热
B．通过线圈的电流是交流电
C．炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流
D．炉内金属中会产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化
10．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
11．将一半径为、电阻重力未知的金属闭合圆环用一带有力传感器的细线悬挂于天花板的O点，同时在圆环圆心等高点的上方加一按（k未知且为恒量，式中各量的单位均为国际单位）随时间逐渐增大的磁场如图甲所示，现发现拉力传感器的示数变化如图乙所示。不考虑金属圆环的形变和电阻的变化，整个研究过程细线未断且圆环始终处于静止状态。则以下说法正确的是（　　）
A．金属环的重力为
B．k值为
C．时间内金属环的功率为
D．时间内通过金属环某一截面的电荷量为
12．如图所示，光滑绝缘水平面上有一个静止的小导体环，现在将一个条形磁铁从导体环的右上方较高处突然向下移动，则在此过程中，关于导体环的运动方向以及导体环中的电流方向，下列说法中正确的是（　　）
A．导体环向左运动；从上向下看，电流方向是顺时针方向
B．导体环向右运动；从上向下看，电流方向是顺时针方向
C．导体环向右运动；从上向下看，电流方向是逆时针方向
D．导体环向左运动；从上向下看，电流方向是逆时针方向
13．固定电话机中的话筒工作时，用到的物理原理是（　　）
A．电流的热效应 B．电磁感应 C．涡流 D．电流的磁效应
二、多选题
14．在北半球某地的地磁场磁感应强度的大小为9×10－5T，方向与竖直方向的夹角为60°，一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2m/s，则下列关于落潮时的说法正确的是(　　)
A．电压表的正极要连接河的南岸
B．电压表的正极要连接河的北岸
C．电压表记录的电压为9mV
D．电压表记录的电压为5mV
15．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是电子加速的设备．它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，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．上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看, 电子沿逆时针方向运动．以下分析正确的是( )
A．变化的磁场在真空室内形成感生电场使电子加速
B．变化的电场在真空室内形成磁场使电子加速
C．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时, 为使电子加速, 电磁铁中的电流应该由小变大
D．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时, 为使电子加速, 电磁铁中的电流应该由大变小
16．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
17．著名物理学家费曼设计了一个如图所示实验，用一轻绳悬挂一圆形轻质绝缘板，板的四周固定一些带正电的轻质小球，在圆形绝缘板正上方用支架（图中未画出）固定一个线圈，线圈与电源、开关构成回路，线圈与轻绳、圆板无接触。则下列说法正确的是（　　）
A．在闭合开关瞬间，圆板静止不动
B．在闭合开关瞬间，圆板逆时针转动（自上而下看）
C．不管板上小球的电性如何，开关闭合瞬间，圆板转动方向相同
D．开关断开瞬间与开关闭合瞬间圆板转动方向相反
18．关于图中所示的物理现象，下列说法正确的是（　　）
甲：白光经过双缝后产生彩色条纹 乙：雷雨天装有避雷针的建筑 丙：肥皂泡呈彩色 丁：立体电影
A．图甲的原理与彩虹相同 B．图乙的原理与探雷器相同
C．图丙的原理和镜头前增透膜相同 D．图丁的原理和镜头前偏振片相同
19．关于科学技术在生产、生活中的应用，下列哪些运用了电磁感应的原理和规律（ ）
A． B． C． D．
20．下列关于四幅图的说法正确的有（ ）
A．图甲中的两位摇绳的同学沿东西方向站立摇着柔软的导线绳，闭合的导线绳中将会产生方向变化的电流
B．图乙是法拉第圆盘发电机模型。导电圆盘按如图方向转动，C点的电势高于D点的电势
C．图丙是动圈式扬声器的结构示意图，这样的扬声器也能当话筒使。
D．图丁是磁电式电表。线圈常用铝框做骨架，当线圈中有电流时，铝框随着线圈转动，而产生感应电流，铝框将受到安培力的作用而加速线圈的转动使指针能够迅速指到位
21．如图所示，纽扣形永磁体直径略小于铜管、塑料管内径，某同学分别同时将两个纽扣形永磁体从竖直放置的空心铜管和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．纽扣形永磁体在铜管中下落得快
B．纽扣形永磁体在塑料管中下落得快
C．纽扣形永磁体在铜管中下落过程中机械能守恒
D．纽扣形永磁体在塑料管中下落过程中机械能守恒
22．如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路，虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面，回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直，从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是（　　）
A．半圆形段导线不受安培力
B．CD段直导线始终不受安培力
C．感应电动势最大值Em＝Bav
D．感应电动势平均值＝πBav
23．如图，水平固定放置的足够长的光滑平行导轨，电阻不计，间距为L，左端连接的电源电动势为E，内阻为r，质量为m的金属杆垂直静止放在导轨上，金属杆处于导轨间部分的电阻为R。整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，闭合开关，金属杆沿导轨运动直至达到最大速度过程中，则下列说法正确的是（　　）
A．金属杆做匀加速直线运动
B．此过程中通过金属杆的电荷量为
C．此过程中电源提供的电能为
D．此过程中金属杆产生的热量为
三、解答题
24．如图甲，100匝的线圈（图中只画了2匝）两端A、B与一个阻值R=48Ω的电阻相连，其线圈的电阻r=2Ω，线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化。求：
（1）通过R的电流大小等于多少？
（2）前0.1s内通过R的电荷量。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
当铜环具有向右的加速度时，说明其产生的感应电流具有使其远离线圈的趋势，根据环形电流的磁场强度分布规律可知，在0~t1时间内穿过铜环的磁通量应一直增大，所以在线圈中通入的电流也应一直增大，故C正确。
故选C。
2．D
【解析】
【详解】
ABC．由于磁场是匀强磁场，把线圈向左右拉动，或向上下拉动，或垂直纸面向前后运动，其磁通量均不变化，均无感应电流产生，故ABC错误；
D．当线圈以ac为轴转动时，其磁通量发生变化，故有感应电流产生，故D正确。
故选D。
3．C
【解析】
【详解】
A、当电磁铁绕组通以图示电流时，线圈中的电流增大，磁场增强，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍其增大，所以感生电场为顺时针方向，所以电子运动方向为逆时针方向，A错误.
B、C、当电流减小时，磁场减弱，根据楞次定律，可知电子将沿逆时针方向减速运动，B错误.同理，C正确.
D、在电子被加速过程中，因为磁场发生变化，则电子运动的周期变化，D错误.
故选C.
4．B
【解析】
【详解】
A．当线圈中通入恒定电流时，就会产生稳定的磁场，稳定的磁场在线圈中的金属中就不会产生感应电流，这个感应电流叫涡流，金属就不会产生热，A错误；
B．当线圈中通入的是交变电流时，线圈就会产生交变磁场，交变磁场在线圈中的金属中就会感应出涡流，金属就会产生热，B正确；
C．塑料棒是绝缘体，放进线圈里不会感应出涡流，不会产生热，也就不可以进行隔空加热，C错误；
D．线圈中的电流产生变化的磁场，变化的磁场在线圈中的金属中感应出涡流，涡流在金属中产生热，这是对金属进行隔空加热的原理，D错误。
故选B。
5．B
【解析】
【详解】
根据楞次定律可知，竖直向上的磁场均匀减小，根据增反减同以及安培定则可知，感生电场的方向为逆时针方向，小球带正电，小球所受电场力沿逆时针方向，与小球的运动方向相反，小球做减速运动，速度变小。
故选B。
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据电磁驱动原理，图甲中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁体转动的慢，故A错误；
B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生涡流，产生大量热量，从而冶炼金属，故B错误；
C．根据
可得
即粒子获得的最大动能与电压无关，但是加速电压变大时，粒子加速的时间变短，所以所需时间变短，故C正确；
D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D错误。
故选C。
7．C
【解析】
【详解】
AB．电流线圈串联在电路中，用户功率越大则电流越大，产生的磁场越强，则涡流越大，而电压线圈并联在电路中其电流与用户功率无关，电流大小不变，因此其的涡流不变，故AB错误；
CD．当停止用电时，铝盘失去继续转动的动力，线圈转动切割永久磁铁产生电磁阻尼效果，避免由于惯性继续转动而带来计量误差，故C正确，D错误。
故选C。
8．D
【解析】
【详解】
A．当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故A错误；
BD．当条形磁铁S极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故B错误，D正确；
C．当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动，故C错误。
故选D。
9．A
【解析】
【详解】
通过线圈的电流是高频交流，故A错误；通过线圈的电流是高频交流电．故B正确；炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流，故正确；炉内金属中会产生涡流，由于涡流使金属中的自由电子在涡流产生的电场中在电场力的驱使下高速运动，受到阻碍从而产生热量使金属熔化，故D正确；本题选择错误的，故选A．
10．C
【解析】
【详解】
A．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外绕有线圈，线圈中通有高频电流，产生的变化磁场使炉内的金属中产生涡流；从而使金属的温度升高来冶炼高质量的合金，A不符合题意；
B．交流感应电动机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用，属于电磁驱动原理工作的， B不符合题意；
C．回旋加速器的原理是利用带电粒子在交变电场中加速，在磁场中偏转的原理制成的，没利用电磁感，C符合题意；
D．感应加速器是利用感生电场对电子加速的设备，D不符合题意。
故选C。
11．C
【解析】
【详解】
AB．设金属圆环半径为r，根据法拉第电磁感应定律可得金属圆环产生感应电动势
由闭合电路欧姆定律可知感应电流为
金属圆环产生安培力的有效长度为L=2r，由受力平衡可得
解得
由图乙可知，t=0时
直线的斜率
联立，可得
故AB错误；
C．时间内金属环的功率为
故C正确；
D．时间内通过金属环某一截面的电荷量为
故D错误。
故选C。
12．D
【解析】
【详解】
条形磁铁从导体环的右上方较高处突然向下移动，原磁场的方向向下，穿过导体环的磁通量增大，根据楞次定律的内容，则感应电流的磁场向上，再根据右手螺旋定则，电流的方向从上往下看，是逆时针方向。根据楞次定律的另一种表述，感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因。即阻碍磁通量的变化，现在磁通量要增加，要阻碍它增加，则导体环向左运动
故选D。
13．B
【解析】
【分析】
【详解】
固定电话机中的话筒的工作原理是：话筒通过声音的震动使线圈在永久磁体的磁场中做切割磁感线的运动，随之产生变化的电流，即产生感应电流，这样把声音的信号变为强弱变化的电流，应用了电磁感应原理。
故选B。
14．BC
【解析】
【详解】
AB.海水在落潮时自西向东流，该过程可以等效为自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场．根据右手定则，北岸电势高，南岸电势低，A项不符合题意，B项符合题意；
CD.地磁场磁感应强度竖直向下的分量为Bcos60°，根据法拉第电磁感应定律得，故C项符合题意，D项不符合题意．
15．AC
【解析】
【详解】
试题分析：根据法拉第电磁感应定律可知，变化的磁场在真空室内形成感生电场，而电场能使电子加速，选项A正确；因洛伦兹力对电荷不做功，故选项B错误；当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，线圈中的电流增强，磁场就增大了，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍它增大所以感生电场为顺时针方向，即电流方向顺时针，所以电子运动逆时针方向电场力作用下加速运动，洛伦兹力约束下做圆周运动，选项C正确，D错误；故选AC.
考点：楞次定律.
16．AC
【解析】
【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。
17．BD
【解析】
【详解】
AB．由题意，当闭合开关的瞬间，线圈的电流瞬间增大，线圈的磁通量增加，圆板的磁通量也增加，圆板发生电磁感应现象，根据楞次定律可知，圆板中会产生感应电场阻碍圆板磁通量的增加，所以由安培定则可判断圆板中感应电场方向为逆时针（自上而下看），而圆板四周固定的是带正电的小球，所以圆板逆时针转动（自上而下看），所以B正确，A错误；
C．由于发生电磁感应现象，圆板中产生感应电场方向为逆时针（自上而下看），所以圆板的转动方向与带电小球的电性有关，如果是正电荷，逆时针转动（自上而下看），如果是负电荷，顺时针转动（自上而下看），所以C错误；
D．如果是开关断开瞬间，圆板中的磁通量减少，根据楞次定律与安培定则可判断产生的感应电场方向为顺时针（自上而下看），与开关闭合瞬间转动方向相反，所以D正确。
故选BD。
18．CD
【解析】
【详解】
A．白光经过双缝后产生彩色条纹是干涉现象，彩虹是光的色散现象，故A错误；
B．避雷针的原理是尖端放电，探雷器的原理是电磁感应中的涡流现象，故B错误；
C．肥皂泡呈彩色和镜头前的增透膜都属于干涉现象，故C正确；
D．观看立体电影时需要佩戴偏振眼镜，其原理和镜头前偏振片相同，故D正确。
故选CD。
19．BD
【解析】
【详解】
霍尔元件是利用霍尔效应测量磁感应强度的的磁传感器．带电粒子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动．根据电场力和洛伦兹力相等得到．位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量．应用了电磁感应的原理．回旋加速器是带电粒子在电场力的作用下加速,然后进入磁场，受到洛仑兹力使其运动方向改变转过180度，再次进入电场，这时电场方向改变，使带电粒子再次加速，穿过电场后进入另一个磁场再次转过180度回到电场，电场的方向又改变，对带电粒子继续加速，于是循环这个过程就达到对粒子加速的目的．运输中电流表是利用电磁感应原理来测量的，所以D正确．
20．AC
【解析】
【详解】
A．图甲，导线切割磁场的方向不断的变化，所以产生的电流方向也变化，A正确。
B．图乙根据右手定则可以判断，D点电势高于C点电势，B错误。
C．图丁，对着锥形纸盆讲话，锥形纸盆振动，产生随声音信号变化的交变电流，所以可以当话筒使用，C正确。
D．图丁，铝框随着转动，会产生涡流，阻碍线圈转动，可以避免指针来回振动，D错误。
故选AC。
21．BD
【解析】
【详解】
AB．纽扣形永磁体在塑料管中下落时只受重力作用，做自由落体运动，在铜管中下落时，使铜管的磁通量发生变化，铜管中产生感应电流，感应电流产生的磁场对磁铁产生磁场力的作用，根据“来拒去留”规律，磁铁受磁场力向上，比自由落体慢，所以纽扣形永磁体在塑料管中下落得快，B正确，A错误；
CD．由于纽扣形永磁体在铜管中下落过程中部分机械能转变为电能，机械能不守恒；而纽扣形永磁体在塑料管中下落过程中只有重力做功，机械能守恒，C错误，D正确。
故选BD。
22．CD
【解析】
【详解】
AB．由楞次定律判断可知，感应电流始终沿逆时针方向，由左手定则判断，CD段直导线所受安培力始终向下，半圆形段导线受安培力向上，AB错误；
C．当线框有一半进入磁场时，切割磁感线的有效长度最大，最大感应电动势为
Em = Bav
C正确；
D．根据法拉第电磁感应定律可得，感应电动势平均
则
= = = πBav
D正确。
故选CD。
23．BC
【解析】
【详解】
A．当速度为v时，金属杆受安培力为
则随速度的增加，安培力减小，加速度减小，即金属杆做加速度减小的变加速运动，最后匀速运动，选项A错误；
B．当金属杆速度最大时，加速度为零，安培力为零，则
以向右为正方向，根据动量定理，有
其中
联立解得
故B正确；
C．此过程中电源提供的电能为
故C正确；
D．动能为
根据能量守恒定律，系统产生的焦耳热为
此过程中金属杆产生的热量为
故D错误。
故选BC。
24．（1）1A；（2）0.1C
【解析】
【分析】
【详解】
(1)线圈中磁通量变化，产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可知
根据闭合电路欧姆定律可知
(2)前0.1s内通过R的电荷量为
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