2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动综合训练（Word版含答案）

2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、选择题（共15题）
1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图。电磁炉工作时产生的电磁波，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在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底部产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．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
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
2．如图，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，可以绕支点自由转动。先使铝框和磁铁静止，转动磁铁，观察铝框的运动，可以观察到（　　）
A．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动
B．从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之逆时针转动
C．无论磁铁向哪个方向转动，铝框都不会转动
D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动
3．如图所示的现象中涉及电磁感应的是(　　)
A．B．C． D．
4．下列说法不符合物理学史的是（　　）
A．奥斯特发现了电流的磁效应
B．法拉第发现了电磁感应现象
C．牛顿解释了涡旋电场的产生原理
D．楞次找到了判断感应电流方向的方法
5．电磁炉具有无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等优势。它是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身发热加热食物，下列说法中正确的是（　　）
A．锅体可以用不导电的陶瓷制成
B．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
C．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
6．下列现象中利用的原理不是利用电磁感应的是（　　）
A．如图甲所示，真空冶炼炉外有线圈，线圈中通入高频交流电，炉内的金属能迅速熔化
B．如图乙所示，安检门可以检测金属物品，如携带金属刀具经过时，会触发报警
C．如图丙所示，放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体，其中心放一圆柱形电极，边缘内壁放一环形电极，通电后液体就会旋转起来
D．如图丁所示，用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘，铜盘很快静止下来
7．在物理学发展史上，许多科学家通过恰当地运用科学研究方法，超越了当时研究条件的局限性，取得了辉煌的研究成果，下列表述符合物理学史的是（　　）
A．无论亚里士多德、伽利略还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律而确立了一个重要的物理概念
B．亚里士多德对运动的研究，确立了许多用于描述运动的基本概念，比如平均速度，瞬时速度以及加速度
C．英国物理学家麦克斯认为，磁场会在其周围空间激发一种电场，这种电场就是感生电场
D．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，是利用静电感应的工作原理工作的
8．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
9．如图所示，光滑水平面上的边长为a的正三角形闭合金属框架底边与磁场边界平行，完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架沿与磁场边界垂直的方向匀速拉出磁场。用E、F外、P外分别表示金属框架产生的电动势、所受水平外力及水平外力的功率，则下图中表示各物理量与位移x的关系图像正确的是
A． B．
C． D．
10．磁电式电流表是常用的电学实验器材，图甲为其结构示意图。电表内部由线圈、磁铁、极靴、圆柱形软铁、螺旋弹簧等构成。图乙为线圈在磁场中的受力示意图，下列说法正确的是（　　）
A．极靴与圆柱形软铁之间为匀强磁场
B．当线圈中电流方向改变时，线圈受到的安培力方向不变
C．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，是利用了电磁阻尼原理
D．通电线圈通常绕在铝框上，其主要原因是铝的电阻率小，可以减小焦耳热的产生
11．如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上往下看磁铁作逆时针转动时，则（ ）
A．线圈将作逆时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将作逆时针转动，转速比磁铁小
C．线圈中产生恒定电流
D．线圈中感应电流方向始终是 abcda
12．如图是电磁炉内部结构及锅的示意图，下列说法正确的是（　　）
A．通电线圈接通交变电流，频率越小，加热越快
B．通电线圈接通交变电流，频率越大，加热越快
C．通电线圈接通恒定电流，电流越大，加热越快
D．将不锈钢锅换成陶瓷锅，电流越大，加热越快
13．下列磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是(　　)
A．B．C．D．
14．关于静电现象和涡流，下列说法中正确的是
A．减小铁芯材料的电阻率可以减小变压器铁芯中涡流所引起的能损
B．可以利用涡流冶炼高质量的合金
C．飞机轮胎用导电橡胶制成是为了避免静电的危害
D．探测金属制地累所用的探测器是利用静电现象来工作的
15．下列说法正确的是（ ）
A．把金属块放在变化的磁场中可产生涡流
B．在匀强磁场中匀速运动的金属块会产生涡流
C．涡流对于生产和实验，既有有利的一面，也有不利的一面
D．大块金属中无感应电动势产生,直接产生了涡流
二、填空题
16．若磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到______的作用，______使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。
17．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．
(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：________________和________________．
(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．
(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：
根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？__________________和_______________ (请写出两点)
18．直流电动机转动时产生的电动势总要________(填消弱或加强)电源电动势的作用，所以将其称为反电动势，电动机有负载时比空载时产生的反电动势________(填大或小)．
19．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。
三、综合题
20．如图所示，Ⅰ是竖直放置的闭合的接有毫安表的螺线管，Ⅱ是悬挂在弹簧下端的(不大)强磁铁棒，现使之在Ⅰ中振动．试用能量转化和守恒的观点分析将会出现什么现象，并说明原因．
21．如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来.
（1）试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系.
（2）试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不是很热.
22．如图甲，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内，导轨间距为1.0m，左端连接阻值R=4.0Ω的电阻；匀强磁场磁感应强度B=0.5T、方向垂直导轨所在平面向下；质量m=0.2kg、长度l=1.0m、电阻r=1.0Ω的金属杆置于导轨上，向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好． t=0时对杆施加一平行于导轨方向的外力F，杆运动的v-t图象如图乙所示．其余电阻不计．求：
（1）从t=0开始，金属杆运动距离为5m时电阻R两端的电压；
（2）在0~3.0s内，外力F大小随时间t变化的关系式．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物。
故选B。
2．A
【详解】
ABC．根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致铝框与磁铁转动方向相同，从上往下看，当磁铁顺时针转动时，铝框会随之顺时针转动，故A正确，B错误，C错误；
D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，由于铝框转动的过程中仍然能产生感应电流，所以铝框会逐渐减速直停止运动，故D错误。
故选A。
3．B
【详解】
电子束在显像管中的偏转是运动电荷在磁场中偏转，A错误；安全门报警是利用电磁感应原理工作的，B正确；灯丝颤抖是因为通电电流受到磁场力的作用，C错误；电子束在磁场中偏转是利用了运动电荷在磁场中偏转，D错误．
4．C
【详解】
A．1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，符合物理学史；
B．法拉第经过近十年的探索，在1831年发现了电磁感应现象，符合物理学史；
C．牛顿没有解释了涡旋电场的产生原理，麦克斯韦解释了涡旋电场的产生原理，不符合物理学史；
D．楞次找到了判断感应电流方向的方法，即楞次定律，符合物理学史。
本题不符合物理学史的，故选C。
5．D
【详解】
A．从题中读得需要通过产生涡流才能发热，而锅体如果用不导电的陶瓷制成，则由于陶瓷是绝缘体，不导电，不能形成涡流，所以锅不会发热的，选项A错误；
B．因为恒定的磁场不会产生电磁感应，即磁通量没变化，所以涡流是由变化的磁场产生的，选项B错误；
C．因为恒定磁场不会产生电磁感应，它再强也不会产生感应电流，故选项C错误；
D．由于提高磁场变化的频率，也就是提高了磁通量的变化率，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势会增大，则电流也会增大，故可提高电磁炉的加热效果，选项D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．真空冶炼炉外中的线圈中通有高频交流电，从而在线圈中产生很强的变化的电磁场，最终导致炉内金属产生涡流，使得金属到达很高的温度从而熔化，利用了电磁感应的原理，故A正确，不符合题意；
B．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的磁场，会在金属物品中产生变化的感应电流，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，即利用了电磁感应的原理来工作，故B正确，不符合题意；
C．放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体，其中心放一圆柱形电极，边缘内壁放一环形电极，从而使得圆柱形电极与边缘形成电流，电流在磁场中受到安培力的作用而发生转动，不是利用电磁感应的原理，故C错误，符合题意；
D．用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘，铜盘内部将会产生涡流，从而会很快静止下来，利用了电磁感应的原理，故D正确，不符合题意；
故选C。
7．A
【详解】
A．无论亚里士多德、伽利略还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律而确立了一个重要的物理概念，A正确；
B．伽利略提出了平均速度，瞬时速度以及加速度的概念，B错误；
C．麦克斯韦提出了麦克斯韦电磁理论，磁场会在其周围空间激发一种电场，这种电场就是感生电场，C错误；
D．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。故D错误。
故选A。
8．A
【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。
9．B
【详解】
AB．感应电动势
E＝Blv＝B 2xtan30° v＝ Bvx
则E与x成正比，A错误，B正确；
C．框架匀速运动
F外＝F安＝IlB
I＝
E＝Blv
得
F外＝
l＝x
则
F外＝x2
B、R、v一定，则
F外∝x2
C错误；
D．外力的功率
P外＝F外v＝x2
P外∝x2
D错误。
故选B。
10．C
【详解】
A．极靴与圆柱形软铁之间的磁场均匀地辐向分布，磁感应强度方向并不是处处相同，所以该磁场并不是匀强磁场，故A错误；
B．当线圈中电流方向改变时，磁场方向不变，所以线圈受到的安培力方向发生改变，故B错误；
C．在运输过程中，由于振动会使指针不停摆动，可能使指针损坏，将接线柱用导线连在一起，相当于把表的线圈电路组成闭合电路，在指针摆动过程中线圈切割磁感线产生感应电流，利用电磁阻尼原理，阻碍指针摆动，防止指针因撞击而变形，故C正确；
D．用金属铝做线圈框架，主要原因有：1、铝不导磁，用铝做框架可以减小对磁场的影响，保证仪表的准确性更高；2、铝材料较轻，电阻率较小，能更好地利用电磁阻尼现象，使指针迅速停下来，故D错误。
故选C。
11．B
【详解】
AB．磁铁开始逆时针转动时，线圈内磁通量增加，为了阻碍线圈中磁通量的增加，根据楞次定律可知线圈随磁铁逆时针转动，但转速比磁铁小，A错误，B正确；
CD．在磁铁的转动过程中，穿过线圈正面磁通量会增大或减小，也会出现穿过线圈反面磁通量增加或减小的情况，所以线圈中的感应电流方向始终在变化，CD错误。
故选B。
12．B
【详解】
D．电磁炉是根据电磁感应原理制成的，陶瓷锅体中不能产生感应电流，不能加热，D错误；
C．电磁炉是根据电磁感应原理制成的，通电线圈接通恒定电流，不能产生变化的磁场，不能在锅体中产生感应电流，不能加热，C错误；
AB．根据法拉第电磁感应定律，交变电流的频率越大，磁场变化越快，产生的感应电动势越大，根据欧姆定律，锅体中的感应电流越大，加热越快，A错误，B正确。
故选B。
13．BCD
【详解】
只有加在金属上是变化的磁场，才会引起磁通量的变化，使金属内产生旋涡状的感应电流，故A错误，BCD正确。
14．BC
【详解】
增大铁芯材料的电阻率可以减小涡流，以减小变压器铁芯中涡流所引起的能损，所以A错误；真空冶炼炉利用涡流冶炼金属，可避免空气中的杂质，故可以利用涡流冶炼高质量的合金，所以B正确；飞机轮胎用导电橡胶制成，可将产生的电荷导走，避免静电的危害，所以C正确；探测金属制地累所用的探测器是利用电磁感应现象来工作的，所以D错误．
15．AC
【详解】
A、英国物理学家麦克斯韦认为，金属块处于变化的磁场中会产生涡流．故A正确．B、把金属块在匀强磁场中匀速运动，有感应电动势，但没有磁通量的变化，不产生感应电流．故B 错误.C、涡流有利有弊，如真空冶炼炉，硅钢片铁心，金属探测器，电磁灶等，故C正确.D、大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中,都要产生感应电动势,形成涡流,引起较大的涡流损耗，故选项D错误．故选AC.
16． 安培力 安培力
17． 电流产生磁场 热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高 锅 电磁炉 电 内 热效率高 功率调节范围大
【详解】
（1）电磁炉在使用中触及到的物理知识：电流产生磁场；热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高)．
（2）在使用电磁炉加热食物时，因热量由锅内的涡流产生，则电磁炉和锅之间的传热方向是：由锅传递给电磁炉；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗电能得到热能．
（3）电磁炉与普通的电加热器相比优点：热效率高；功率调节范围大.
18． 消弱 小
【详解】
直流电动机转动时产生的反电动势总要消弱电源电动势的作用；电动机有负载时比空载时产生的反电动势小．
19． S 排斥
【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。
20．由于磁铁棒Ⅱ在线圈中振动，线圈Ⅰ内磁通量不断发生变化，从而产生感应电流，毫安表指针偏转．此过程中由于机械能向电能的不断转化，磁铁棒的振幅不断减小，直至停止振动，原振动的能量全部转化为电能在线圈中消耗．
【详解】
由于磁铁棒Ⅱ在线圈中振动，线圈Ⅰ内磁通量不断发生变化，从而产生感应电流，毫安表指针偏转．此过程中由于机械能向电能的不断转化，磁铁棒的振幅不断减小，直至停止振动，原振动的能量全部转化为电能在线圈中消耗．
21．（1）线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率也越大，焊接越快。
（2）B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，此种接触电阻很大，电流的热功率也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不是很热。
22．（1）1.6V（2）F=0.1+0.1t
【详解】
(1)根据v-t图象可知金属杆做匀减速直线运动时间t=3s，t=0时杆速度为v0=6m/s，
由运动学公式得其加速度大小
设杆运动了5m时速度为v1，则
此时，金属杆产生的感应电动势
回路中产生的电流
电阻R两端的电压U=I1R
联立解 U=1.6V
(2)由t =0时，可分析判断出外力F的方向与v0反向．
金属杆做匀减速直线运动，由牛顿第二定律有
设在t时刻金属杆的速度为v，杆的电动势为ε，回路电流为I，
则
又
联立解得 F=0.1+0.1t
答案第1页，共2页