2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习题 （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，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
2．如图所示，光滑水平轨道上有两辆静止小车，甲车上固定一个条形磁铁，N极向右，乙车上固定一个螺线管，螺线管通过电阻R连成通路。现推动一下甲车，使它获得向右的初速度，当它向乙车运动时，下列说法正确的是（　　）
A．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量不守恒、动能守恒
B．电阻R中的电流方向由A向B，两车系统动量守恒、动能不守恒
C．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量不守恒、动能守恒
D．电阻R中的电流方向由B向A，两车系统动量守恒、动能不守恒
3．电磁炉是常用的电器，如图所示，关于电磁炉，以下说法中正确的是（　　）
A．电磁炉是利用变化的磁场在铁质锅底产生涡流，进而对锅内食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流，利用热传导对锅内食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉将不能起到加热作用
4．在生产和生活中，有时候需要利用涡流效应，有时候需要避免涡流效应，下列关于涡流应用的说法中不正确的是（　　）
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流
5．“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等行业的产品封口环节中，其工作原理是当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列说法中正确的是（　　）
A．该封口机可用干电池等直流电源作为工作电源
B．封口材料不可用普通塑料薄膜来代替铝箔
C．封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的周期来解决
D．指针式电流也是由于在电流表内部线圈中产生了涡流而使指针发生偏转
二、多选题
6．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
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．用户功率越大，电流线圈在铝盘中产生的涡流越大
C．永久磁铁在铝盘中产生的安培力推动铝盘转动
D．当停止用电时，永久磁铁可以使铝盘尽快停止转动，避免由于惯性继续转动而带来计量误差
8．光滑绝缘曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是y=x2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中的虚线所示），一个质量为m的小金属球从抛物线上y=b（b＞a）处沿抛物线自由下滑，忽略空气阻力，重力加速度值为g．则（　　）
A．小金属球沿抛物线下滑后最终停在O点
B．小金属球沿抛物线下滑后对O点压力一定大于mg
C．小金属球沿抛物线下滑后每次过O点速度一直在减小
D．小金属球沿抛物线下滑后最终产生的焦耳热总量是mg（b﹣a）
9．如图所示，以下现象中与涡流有关的是（　　）
A．真空冶炼炉熔化金属
B．磁电式仪表用铝框做线圈的骨架
C．处于磁场中的导电液体旋转起来
D．磁电式仪表中的线圈通电后发生偏转
10．如图，长为L=1.25m的铝管竖直固定放置，让质量均为3×10-2kg的铁钉和小磁铁分别各自从铝管的上端口由静止释放进行两次实验。已知铝管内壁光滑，不计空气阻力，g=10m/s2，关于两个物体的运动，下列说法正确的是（　　）
A．铁钉、磁铁在铝管中的运动时间均为0.5s
B．铁钉运动到下端口的动量为0.15kg·m/s
C．磁铁穿过铝管的过程中，合力的冲量小于0.15N·s
D．若管下端口未封闭，磁铁下落过程，没有磁生电现象，磁铁机械能守恒
三、填空题
11．如图所示为生产中常用的一种延时继电器的示意图．铁芯上有两个线圈A和B、线圈A跟电源连接，线圈B的两端接在一起，构成一个闭合电路．在断开开关S的时候，线圈A中电流变小至消失时，铁芯中的磁通量_____（选填“减小”、“增大”），从而在线圈_____（选填“A”、“B”）中产生感应电流，此感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，这样就使铁芯中的磁场减弱得_____（选填“快”、“慢”）些，从而弹簧K并不能立即将衔铁D拉起，而使触头C（连接工作电路）立即离开，而是过一小段时间后才执行这个动作．
12．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B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动
13．阅读短文，回答问题：
磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，是高新技术的产物。上海磁悬浮列车示范运营线项目于2006年4月26日正式通过国家竣工验收。正线全长约30 km，设计最高运行时速430 km/h，单向运行时间7 min 20 s。
(1)上海磁悬浮列车的结构如图甲所示。要使列车悬浮起来，车身线圈的上端是________极。
(2)如图乙是另一种磁悬浮列车的设计原理图．A是磁性稳定的电磁铁，安装在铁轨上，B是安装在车身上（紧靠铁轨上方）的电阻非常小的螺线管。B中电流方向如图乙所示，请在图中标出通电螺线管的N极，螺线管B与电磁铁A之间相互________（选填“排斥”或“吸引”），从而使列车悬浮在铁轨上方。
四、解答题
14．如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨被固定在水平面上，导轨间距，两导轨的左端用导线连接电阻及理想电压表V，电阻为的金属棒垂直于导轨静止在处；右端用导线连接电阻，已知，导轨及导线电阻均不计。在矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。开始时电压表有示数，当电压表示数变为零后，对金属棒施加一水平向右的恒力，使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值，金属棒在磁场区域内运动的过程中电压表的示数始终保持不变。求：
(1)时电压表的示数；
(2)恒力的大小；
(3)从时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量。
15．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。
16．磁悬浮列车的原理如图所示，在水平面上，两根平行直导轨间有竖直方向且等距离的匀强磁场，大小分别为B1和B2，方向相反，导轨上有金属框abcd，当匀强磁场B1和B2同时以速度v沿直线向右运动时，金属框也会沿直导轨运动.设直导轨间距为，，磁场运动速度，金属框的电阻.试回答下列问题：
（1）金属框为什么会运动？若金属框不受阻力，将如何运动？
（2）当金属框始终受到的阻力时，金属框的最大速度是多少？
（3）当金属框始终受到的阻力时，要使金属框维持最大速度，每秒钟需消耗多少能量？这些能量是谁提供的？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．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。
2．B
【详解】
AC．由于两车在光滑水平轨道上相互作用，合外力为零，动量守恒；甲车向右运动过程中，通过螺线管的磁通量向右增加，螺线管中有感应电流产生，根据能量守恒动能会减少。选项AC错误；
BD．甲车向右运动过程中，通过螺线管的磁通量向右增加，由楞次定律可知乙车中螺线管产生的磁场方向向左，根据右手螺旋定则可知电阻R中的电流方向可能由A向B，选项B正确，D错误。
故选B。
3．A
【解析】
【详解】
电磁灶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，故涡流是由于锅底中的电磁感应产生的；A正确，BCD错误。
故选A。
4．B
【解析】
【详解】
A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，选项A正确，不符合题意；
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项B错误，符合题意；
C．根据楞次定律，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，选项C正确，不符合题意；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流，选项D正确，不符合题意。
故选B。
5．B
【详解】
A．导体放入变化的磁场才能产生涡流现象，而干电池通电后，导线周围产生恒定的磁场，不能产生涡流，A错误；
B．普通塑料薄膜不是导体，不能产生涡流现象，B正确；
C．封口过程中温度过高，可适当增加所通电流的周期，使磁场变化减慢来解决，C错误；
D．指针式电流也是由于在电流表内部线圈中的电流在磁场中受力而使指针发生偏转，D错误。
故选B。
6．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。
7．BD
【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，产生的磁强越强，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，因此因其的涡流不变，，A错误，B正确；
C．由题意可知，交变磁场对涡旋电流的安培力推动铝盘转动，C错误；
D．当停止用电时，铝盘失去继续转动的动力，线圈转动切割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，D正确。
故选BD。
8．BD
【解析】
【详解】
A．圆环在磁场中运动的过程中，没有感应电流，机械能不再减小，所以圆环最终在直线y=a以下来回摆动，故A错误；
B．小金属球沿抛物线下滑后在最低点O只受到重力和支持力的作用，合力提供向心力，加速度的方向向上，所以对轨道的压力一定大于mg，故B正确；
C．圆环机械能不再减小时，最终在直线y=a以下来回摆动，之后每次过O点速度不再减小，故C错误；
D．圆环在磁场中运动的过程中，没有感应电流，机械能不再减小，所以圆环最终在直线y=a以下来回摆动，小金属球沿抛物线下滑后最终产生的焦耳热总量等于减少的机械能，即
故D正确。
故选BD。
9．AB
【解析】
【详解】
A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量，故A正确。
B．磁电式仪表的线圈常用铝框做线圈骨架，当铝框转动时产生涡流，铝框受到安培力阻碍很快停止转动，故B正确。
CD．处于磁场中的导电液体旋转起来以及磁电式仪表中的线圈通电后发生偏转是电流在磁场中的受力问题，不是涡流，选项CD错误。
故选AB。
10．BC
【详解】
A．铁钉在铝管中做自由落体运动，有
代入数据，得
磁铁在铝管中下落时，由于电磁阻尼，其所用时间要大于0.5s。故A错误；
B．铁钉运动到下端口的动量为
代入数据，得
0.15kg·m/s
故B正确；
C．磁铁穿过铝管的过程中，由于电磁阻尼，到达下端口时的速度小于铁钉的速度，即
根据动量定理，有
可知，磁铁合力的冲量小于铁钉的合力冲量0.15N·s。故C正确；
D．若管下端口未封闭，磁铁下落过程，还是有电磁感应现象，因此磁铁机械能不守恒。故D错误。
故选BC。
11． 减小 B 慢
【解析】
【详解】
.在断开开关S的时候，线圈A中电流变小至消失时，铁芯中的磁通量减小，从而在线圈 B中产生感应电流；
在线圈 B中产生感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，根据楞次定律可知，这样就使铁芯中的磁场减弱得慢些，从而弹簧K并不能立即将衔铁D拉起，而使触头C（连接工作电路）立即离开，而是过一小段时间后才执行这个动作；
12． AB DE
【解析】
【详解】
电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动，磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做，是利用电磁阻尼作用让指针快速停止摆动；微安表的表头在运输时要把两接线框短接，也是利用电磁阻尼作用让表头指针不发生剧烈摆动。
电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动，交流感应电动机是利用电磁驱动使电动机线圈转动；E选项图中B变大时，a、b在安培力的作用下沿固定光滑导轨滑动。
13． S 排斥
【解析】
【详解】
(1)在图甲中，应把车身吸引上来，才能使车身悬浮，故车身线圈上端是S极；
(2)在图乙中，根据右手螺旋定则知，通电螺线管的上端是N极，下端是S极，要使车悬浮起来，相对的两个磁极应相互排斥。
14．(1)0.3V；(2)0.27V；(3)0.09J
【解析】
【详解】
(1)在内金属棒产生的感应电动势为定值
t=0.1s时电压表的示数为
(2)设此时的总电流为，则路端电压为
由题意知
此时的安培力为
解得
(3)金属棒在内产生的热量为
其中
由功能关系知金属棒运动过程中产生的热量为
总热量为
15．（1）1.6T；（2）1.2J
【详解】
（1）在整个缓冲过程中，由法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
通过线圈的电荷量
解得
（2）对小车由动能定理得
W安－2FfL=0－mv
焦耳热
Q=－W安
解得
Q=mv－2FfL=1.2J
16．（1）见解析 （2）1.875m/s （3）每秒钟消耗5J的能量，这些能量是由磁场提供的
【解析】
【详解】
（1）因为磁场B1、B2向右运动，金属框相对于磁场向左运动，于是金属框ad、bc两边切割磁感线产生感应电流。
当线框在题图中实线位置时，由右手定则知，产生逆时针方向的电流，受到向右的安培力作用，所以金属框跟随匀强磁场向右运动。
如果线框处于题图中虚线位置，则产生顺时针方向的感应电流，由左手定则知，所受安培力方向仍然是水平向右的。
故只要两者处于相对运动状态，线框就始终受到向右的安培力作用。
线框开始处于静止状态（对地），受安培力作用后，向右做加速运动。
若金属框不受阻力，当速度增大到5m/s时，金属框相对磁场静止，做匀速运动。
（2）当金属框始终受到的阻力时，达最大速度时受力平衡，有：
，
式中，为磁场速度和线框最大度之差，即相对速度，所以
（3）消耗的能量由两部分组成，一是转化为线框的内能，二是克服阻力做的功，所以消耗能量的功率为
式中
所以
则每秒钟需消耗5J能量，这些能量是由磁场提供的。
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