2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习（Word版含答案）

人教2019物理 选修二 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习
一．选择题（共10小题）
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．如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）
A．制动过程中，导体不会产生热量
B．如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力
C．制动力的大小与导体运动的速度无关
D．为了使导体获得恒定的制动力，制动过程中可以逐渐增大线圈中的电流
3．如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（　　）
A．减少线圈的匝数 B．提高交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯
4．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
5．将图中A是三个一样的强磁体，B、C和D均是一样的紫铜管，在紫铜管C和D上锯去一部分（白色区域），如图中的乙和丙图所示。现将强磁体释放，强磁体在B、C和D中下落的时间分别是t1、t2和t3，关于下落时间说法正确的是（　　）
A．t1＝t2＝t3 B．t1＞t2＞t3 C．t1＞t3＞t2 D．t1＜t2＜t3
6．随着新能源轿车的普及，无线充电技术得到进一步开发和应用。一般给大功率电动汽车充电时利用的是电磁感应原理。如图所示，由地面供电装置（主要装置有发射线圈和电源）将电能传送至电动车底部的感应装置（主要装置是接收线圈），该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电，供电装置与车身接收装置通过磁场传送能量，由于电磁辐射等因素，其能量传送效率只能达到90%左右。下列说法正确的是（　　）
A．只有将地面供电装置接到直流电源上才能对电动车进行充电
B．车身接收线圈中的感应电流磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化
C．车身接收线圈中感应电流磁场总是与地面发射线圈中电流的磁场方向相反
D．若线圈均采用超导材料则能量的传输效率有望达到100%
7．无线充电是近年发展起来的新技术．如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量．内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，下列关于无线充电的说法正确的是（　　）
A．在充电过程中没有电能损失
B．无线充电基座可以用直流电源供电
C．无线充电过程主要利用了电磁感应原理
D．无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
8．如图所示，用绝缘轻丝线吊一质量为0.1kg的带电塑料小球在竖直平面内摆动，水平磁场垂直于小球摆动的平面，当小球自图示位置摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，若不计空气阻力，重力加速度大小g取10m/s2，则小球自右侧相同摆角处摆到最低点时悬线上的张力大小为（　　）
A．1N B．2N C．4N D．6N
9．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
10．为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学利用“电磁阻尼“来实现。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案：在指针转轴上装上扇形铝板，磁场位于零刻度中间；乙方案：在指针转轴上装上扇形铝框，磁场位于零刻度中间。下列说法正确的是（　　）
A．甲方案中，铝板摆动时磁通量不变，不会产生感应电流
B．甲方案中，铝板摆动时都能产生涡流，起电磁阻尼的作用
C．乙方案中，铝框小幅度摆动时会产生感应电流
D．乙方案比甲方案更合理
二．多选题（共5小题）
（多选）11．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
（多选）12．如图所示，金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是（　　）
A．探测器内的探测线圈会产生变化的磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流
D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流
（多选）13．近几年，许多品牌手机推出无线充电功能，手机无线充电的最大便利是无需插拔数据线一放即充，如图所示为手机无线充电的工作原理示意图，其主要部件为充电板中的送电线圈和手机中的受电线圈。下列说法中正确的是（　　）
A．送电线圈a、b间接稳压直流电源
B．手机无线充电利用了电磁感应原理
C．仅减少送电线圈的匝数，可增大c、d端的输出电流
D．仅减少送电线圈的匝数，可增大c、d端的输出电压
（多选）14．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
（多选）15．如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q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。则小磁块（　　）
A．在Q中做自由落体运动
B．在两个下落过程中的机械能都守恒
C．在P中的下落时间比在Q中的长
D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大
三．填空题（共2小题）
16．如图为冶炼钢铁的电路的示意图，则它是根据 工作的，并且高频交流电源的频率 ，产生的热量越多．
17．如图是利用高频交变电流焊接自行车零件的原理示意图，其中外圆A是通高频交流电的线圈，B是自行车的零件．a是待焊接的接口，接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电动势，使得接口处金属熔化而焊接起来．试回答：
（1）为什么在其它条件不变的情况下，交流电频率越高，焊接越快？　 　
（2）为什么焊接过程中，接口a处已熔化而零件的其它部分并不很热？　 　．
四．计算题（共1小题）
18．为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护开关，如图是保护开关的电路原理图。
发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的a侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示，且互相绝缘），它们分别将用电器和火线、零线串联起来，220V交变电流在MNO、QRK与发电厂之间流过；铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图中未明确画出）串联，室内电路正常工作时的电路如图所示。
（1）当电路正常工作时，b线圈（与电磁继电器连通）是否有电流？为什么？
（2）如果站在地上的人不小心接触火线，b线圈是否会产生感应电流？为什么？
五．解答题（共2小题）
19．如图所示，质量为m＝100g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8m，有一质量为M＝200g的小磁铁（长度可忽略），以v0＝10m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为l＝3.6m，则磁铁与铝环发生相互作用时（小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动）：
（1）铝环向哪边偏斜？
（2）若铝环在磁铁穿过后速度为v′＝2m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？（g＝10m/s2）
20．如图甲所示是利用涡流冶炼金属的感应炉示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通上高频交变电流，这时被冶炼的金属中就产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，因此适于冶炼特种合金和特种钢，其简化模型如图乙所示．假设金属环的阻值R＝10πΩ，半径r＝10cm，其外侧线圈中通以高频的交流电，线圈中产生垂直于金属环所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B随时间变化关系为B＝0.1sin（4×104t）（T）．不计温度变化对电阻的影响，计算结果可保留π．求：
（1）金属环中产生的感应电动势最大值；
（2）1s时间内金属环内产生的焦耳热；
（3）在磁场变化的0时刻到四分之一周期时间内，通过金属环截面的电荷量．
人教2019物理 选修二 2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．【解答】解：A、真空冶炼可以冶炼高质量的合金时，是使金属材料发生涡流而快速发热的，故A正确；
B、电磁炉工作时绕制线圈的铁芯中会发热，属于涡流现象，故B正确；
C、工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电工作是利用静电屏蔽原理，不属于涡流现象，故C错误；
D、安检门可以探测人身是否携带金属物品是通过物体上产生涡流而使报警器发出警告的，故D正确；
本题选不属于涡流现象的，故选：C。
2．【解答】解：A、电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，故A错误；
B、如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力，故B错误；
C、导体运动的速度越大，磁通量的变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，故C错误；
D、在制动过程中，运动导体速度减小，要想使导体获得恒定的制动力，需要增加导体所处的磁场的磁感应强度，可以通过增大线圈中的电流来增加磁场强度，故D正确；
故选：D。
3．【解答】解：AB、由题意可知，本题中是涡流现象的应用；即采用线圈产生的磁场使金属杯产生感应电流；从而进行加热的，则由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频率均可以提高发热功率；则可以缩短加热时间；故A错误，B正确；
C、将杯子换作瓷杯不会产生涡流；则无法加热水，故C错误；
D、取走铁芯磁场减弱，则加热时间变长；故D错误；
故选：B。
4．【解答】解：AB、电磁炉是通过磁场产生感应涡流加热，根据感应电动势，Δφ＝ΔB×S故电流变化越快，电磁炉的加热效果越好，故B正确，A错误；
C、锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不能用直流电，故C错误；
D、不锈钢锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅，陶瓷锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故D错误；
故选：B。
5．【解答】解：紫铜管可以看做是有无数个相同的铜环做成的铜管，当强磁体向下通过铜管时，穿过通过的磁通量发生改变，会在铜管内产生感应电流，产生的感应电流产生的磁场方向与强磁体产生磁场方向相反，故阻碍强磁体下落，由于甲图中一直阻碍强磁体运动，乙图中只有部分管道阻碍强磁体运动，丙图中由于铜环不是闭合的，不会产生感应电流，几乎没有阻碍强磁体运动，根据牛顿第二定律mg﹣f＝ma可得：a甲＜a乙＜a丙，根据h＝可得，t1＞t2＞t3，故ACD错误，B正确；
故选：B。
6．【解答】解：A．大功率电动汽车充电时利用的是电磁感应原理。所以只有将地面供电装置接到周期性变化的交流电源上，才能使车身接收线圈中有感应电流产生，对电动车充电，故A错误；
B．由楞次定律可知，车身接收线圈中的感应电流磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化，故B正确；
C．地面装置线圈中电流增加时，车身接收线圈中的磁通量也增加，由楞次定律可知，车身接收线圈中感应电流的磁场与地面装置线圈中电流的磁场方向相反，当地面线圈中电流减小时，车身接收线圈中的磁通量也减小，由楞次定律可知，此时车身接收线圈中感应电流的磁场与地面线圈中电流的磁场方向相同，故C错误；
D．由于电磁波波传播时有电磁辐射，所以地面装置线圈和车身接收线圈中的能量传输不能达到百分之百，故D错误。
故选：B。
7．【解答】解：A、线圈有内阻，会发热，在充电过程中有电能损失，故A错误；
B、直流电不会产生变化的磁场，无法使接收线圈产生感应电流，无法充电，故B错误；
C、无线充电中发射线圈由于接交流电会产生变化的磁场，接收线圈上会因为变化的磁场产生感应电流进行充电，故使用了电磁感应定律，故C正确；
D、无线充电基座只能对有接收线圈的手机进行充电，没有接收线圈无法产生感应电流，无法充电，故D错误；
故选：C。
8．【解答】解：当小球自左侧摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，因此小球摆到最低点时受到的洛伦兹力向上，根据左手定则可知，小球带正电。
在小球摆动过程中，丝线的拉力和洛伦兹力均不做功，只有重力做功，其机械能守恒。设丝线的长度为L，小球经过最低点时速率为v。
小球自左侧摆到最低点的过程，根据机械能守恒定律得：mgL（1﹣cos60°）＝mv2，解得：v＝
当小球自左方摆到最低点时，有：qvB﹣mg＝m
当小球自右方摆到最低点时，小球受到的洛伦兹力向下，有：F﹣mg﹣qvB＝m
联立解得悬线的张力大小：F＝4mg＝4×0.1×10N＝4N，故ABD错误，C正确。
故选：C。
9．【解答】解：AC、电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备，电子带负电，电场线方向与电子运动的方向相反，所以真空室中产生的感生电场沿顺时针方向，故AC错误；
B、电磁体线圈中电流变大，产生的磁感应强度变大，由楞次定律可知，进而产生的感应电场方向是顺时针方向，电子受感应电场的力与运动方向相同，电子的速度增大，故B正确；
D、由于电磁体线圈中电流可以变化，可在真空室中产生感应磁场，电子在洛伦兹力的作用下做圆周运动，故D错误。
故选：B。
10．【解答】解：AB、甲方案中，铝板摆动时，扇形铝板的半径切割磁感应线，在铝板内形成环状电流，起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来，故A错误，B正确；
CD、乙方案中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，因此，甲方案更合理，故CD错误。
故选：B。
二．多选题（共5小题）
11．【解答】解：A、金属探测器是由于电磁感应在被探测物中产生涡流进行工作的，食品中的砂石不是金属，所以不能产生涡流，故A错误；
B、金属探测器内有变化的电流，探测金属时，在被测金属中产生涡流从而使报警器工作，探测过程中金属探测器与被测物体相对静止时也可以得出探测效果，故B正确；
C、电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音时，是利用了电流的磁效应，使磁带上的磁粉被磁化，故C错误；
D、磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流，能起电磁阻尼的作用，故D正确；
故选：BD。
12．【解答】解：A、探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，故A正确；
B、能产生感应电流的金属物都能被探测到，故B错误；
C、探测到金属物是因为金属物中产生了涡流，故C正确；
D、探测到金属物是因为金属物中产生了涡流从而引起探测器中感应电流的变化，故D错误；
故选：AC。
13．【解答】解：AB、因为手机无线充电的工作原理是电磁感应，所以送电线圈a、b间要接交流电源，故A错误，B正确；
CD、设送电线圈和受电线圈匝数分别为n1和n2，则，所以增大n1，其他不变时，c、d端的输出电压增大，因为输送功率不变，所以c、d端的输出电流变小。故C错误，D正确。
故选：BD。
14．【解答】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，则涡流越强，而典雅线圈并联在电路中，其电流与用户功率无关，电流大小不变，因此涡流不变，故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，故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的计量误差，故D正确；
故选：BD。
15．【解答】解：A、当小磁块在光滑的铜管P下落时，由于穿过铜管的磁通量变化，导致铜管P中产生感应电流，对小磁铁产生安培力，而对于塑料管Q内小磁块没有任何阻力，在做自由落体运动，故A正确；
B、由A选项分析可知，在铜管P内下落的小磁块机械能不守恒，而在塑料管Q下落的小磁块机械能守恒，故B错误；
C、在铜管P中小磁块受到安培阻力，则在P中的下落时间比在Q中的长，故C正确；
D、铜管P产生内能，塑料中不产生内能，根据能量守恒定律可知，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，故D错误。
故选：AC。
三．填空题（共2小题）
16．【解答】解：线圈中的电流做周期性的变化，在附近的导体中产生感应电流，从而在导体中产生大量的热，涡流现象也是电磁感应；而交流电的频率越大，产生的热量越多。
故答案为：电磁感应原理；越大。
17．【解答】解：（1）高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快。
（2）焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高。
答：（1）磁通量变化率大，感应电动势和感应电流都变大，热功率也随着变大；
（2）接口处电阻大，串联电路中电流强度处处相等，电阻大的地方生热较多。
四．计算题（共1小题）
18．【解答】解：（1）当电流正常工作时，线圈a由于采用的是双线同向绕制，这两根导线中从左至右的电流与从右至左的电流时刻大小相等，所以在闭合线圈中产生的磁场全部抵消，所以线圈b中没有磁通量的变化，所以线圈b中也就没有感应电流；
（2）如果站在地上的人不小心接触火线，则可以认为a部分的双线圈中，其中一根线过来的电流通过人体流入了大地，由于是正弦交流电，则a线圈的电流发生变化，引起b线圈产生感应电流。
答：（1）无电流，因为b线圈的磁通量不变；
（2）有电流，当有人触电时，a线圈的电流发生变化，引起b线圈产生感应电流，这样电磁继电器就起作用，保护人的安全。
五．解答题（共2小题）
19．答：（1）铝环向右偏斜。
（2）若铝环在磁铁穿过后速度为v′＝2m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了1.7J电能。
20．答：（1）金属环中产生的感应电动势最大值是40πV；
（2）1s时间内金属环内产生的焦耳热是80πJ；
（3）在磁场变化的0时刻到四分之一周期时间内，通过金属环截面的电荷量是1×10﹣4C。第2页（共2页）