2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 一课一练（Word版含答案）

11925300115189002.3、涡流、电磁阻尼和电磁驱动
一、选择题（共15题）
1．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　)
A．恒定直流、小铁锅
B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅
D．变化的电流、玻璃杯
2．当交变电流通过导体时，由于交变电流激发的交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时电流将主要地集中到导体表面，这种效应称为趋肤效应。电流的频率越高，趋肤效应越明显。下列说法不正确的是（　　）
A．趋肤效应等效于导线的横截面减小，电阻增大
B．利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材
C．在高频高压交流输电线中心部分改用抗拉强度大、电阻率大的钢丝会增加热损耗
D．在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线可减小趋肤效应
3．如图所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化．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炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是(　　)
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用红外线
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D．利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
4．如图所示，有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把U形磁铁放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，则铜盘（　　）
A．不受响和原先一样转动 B．很快停下
C．比原先需要更长时间停下来 D．比原先更快地转动
5．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
6．无线充电技术发展至今，在消费电子领域的发展已经取得不错的成绩，如手机无线充电、电动牙刷无线充电等。以下与无线充电技术应用了相同物理原理的是（　　）
A．电磁炉 B．磁流体发电机 C．电磁轨道炮 D．质谱仪
7．新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是（　　）
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．提高磁场变化的频率，不会提高电磁炉的加热效果
8．磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈。缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上。线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小。如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是
A．俯视看线圈中通有逆时针方向的电流
B．穿过铝框的磁通量减少
C．俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流
D．使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处
9．如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有用轻质弹簧悬挂的条形磁铁。现将磁铁托起到弹簧处于原长时放开，磁铁将沿竖直方向上下振动。若磁铁在振动过程中始终没有接触桌面，则有（　　）
A．磁铁上下振动时，金属圆环中将产生方向始终不变的感应电流
B．当磁铁运动到最低点时，圆环中产生的感应电流最大
C．在磁铁向下运动的过程中，圆环对桌面的压力大于圆环的重力
D．在磁铁静止不动后，磁铁减少的重力势能全部转化为圆环中产生的内能
10．如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以转动的铜盘（不计各种摩擦），现让铜盘转动．下面对观察到的现象描述及解释正确的是：
A．铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
B．铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
C．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下
D．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
11．冲击电流计可以直接测定通过电路的电荷量，或者间接测量与电荷量有关的物理量，如磁感应强度、电容等。现将探测线圈、冲击电流计及定值电阻串联后测定通电螺线管内部磁场的磁感应强度，电路如图所示。探测线圈的轴线与螺线管的轴线重合，现通过电源E给螺线管提供电流I，然后迅速地通过换向开关K给螺线管提供反向电流－I，冲击电流计测得通过电路的电荷量为Q。已知探测线圈匝数为N，面积为S，定值电阻的阻值为R，其它电阻不计。由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为（　　）
A．false B．false C．false D．false
12．如图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为L．现有一边长为falseL的正方形线框abcd，在外力作用下，保持ac垂直磁场边缘，并以沿x轴正方向的速度水平匀速地通过磁场区域，若以逆时针方向为电流正方向，下图中能反映线框中感应电流变化规律的图是（ ）
A． B．
C． D．
13．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
14．如图，一条形磁铁静止在光滑水平面上，在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环．以下判断正确的是(???????)
A．若由静止释放圆环，环下落时环的机械能守恒
B．若由静止释放圆环，环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁受的重力大
C．给磁铁水平向右的初速度，磁铁滑出时做减速运动
D．给磁铁水平向右的初速度，圆环产生向左运动的趋势
15．唱卡拉OK用的动圈式话筒，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的闭合金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动是，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是（ ）
A．该话筒是根据电流的磁效应工作的
B．该话筒是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中产生感应电流
二、填空题
16．手机是利用_______传送信号的；电磁炉是利用________加热的；医院里常用的CT检查是利用_________来成像的．
17．人造卫星绕地球运行时，轨道各处的地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流。在卫星关闭发动机的运动过程中卫星的机械能转化为______，运动轨道距离地面的距离会________（变大、变小、保持不变）。
18．涡流有热效应，但没有磁效应。( )
19．如图所示是用涡流金属探测器探究地下金属物的示意图，当探测到地下的金属物时，______（选填“金属物”或“探头”）中产生涡流。
三、综合题
20．如图所示，水平放置的光滑导轨MN、PQ上放有长为L、电阻为R、质量为m的金属棒ab，导轨左端接有内阻不计、电动势为E的电源组成回路，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，导轨电阻不计且足够长，并与开关S串联。求闭合开关后，金属棒可达到的最大速度。
21．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．
22．两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ相距为d，导轨平面与水平面的夹角θ=30°，导轨电阻不计．磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上，长为d的金属棒ab垂直于MN、PQ放置于导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R．两金属导轨的上端连接一个阻值也为R的定值电阻，重力加速度为g．现闭合开关S，给金属棒施加一个方向垂直于棒且平行于导轨平面向上、大小为mg的恒力F，使金属棒由静止开始运动．求：
（1）金属棒能达到的最大速度vm；
（2）金属棒达到最大速度一半时的加速度；
（3）若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大，则金属棒由静止开始上滑4L的过程中，金属棒上产生的电热Q0．
参考答案：
1．C
【详解】
容器中水温升高，是电能转化成内能所致．因此只有变化的电流才能导致磁通量变化，且只有小铁锅处于变化的磁通量时，才能产生感应电动势，从而产生感应电流．导致电流发热．玻璃杯是绝缘体，不能产生感应电流．故C正确，ABD错误．
2．C
【详解】
A．电流将主要地集中到导体表面，等效于导线的横截面减小，false ，电阻增大，故A正确；
B．利用趋肤效应，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材，故B正确；
C．由于电流将主要地集中到导体表面，在高频高压交流输电线中心部分改用抗拉强度大、电阻率大的钢丝不会增加热损耗，故C错误；
D．在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，可以减小涡流影响，可减小趋肤效应，故D正确。
本题选择错误的，故选C。
3．C
【详解】
把冶炼的金属放在冶炼炉中，冶炼炉外面绕着线圈，给线圈通入高频交流电，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中被感应出很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化．这种冶炼方法速度快，温度容易控制，还可以在真空条件下进行，避免金属的氧化，保证金属的纯度，特别适合于特种合金和特种钢的冶炼；
A．利用线圈中电流产生的焦耳热，与结论不相符，选项A错误；
B．利用红外线，与结论不相符，选项B错误；
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流，与结论相符，选项C正确；
D．利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波，与结论不相符，选项D错误；
故选C.
4．B
【详解】
当铜盘转动时，切割磁感线，产生感应电动势，由于电路闭合，则出现感应电流，处于磁场中受到安培力作用，此力阻碍铜盘转动，使铜盘很快停下来，故B正确，ACD错误；
故选B。
5．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。
6．A
【详解】
无线充电系统主要采用的是电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。
A．电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的，符合题意；
B．磁流体发电机利用带电粒子在磁场中的作用下发生偏转，电荷打到上下两极板上，不符合题意；
C．电磁炮是利用电磁力(安培力)推动炮弹发射的新颖武器，不符合题意；
D．质谱仪是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器，不符合题意。
故选A。
7．C
【详解】
由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，可提高电磁炉的加热效果。
故选C。
8．D
【详解】
A．由左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，选项A错误；
BC．因为线圈在水平位置时磁通量为零，则线圈转动时，穿过铝框的磁通量向左增加，根据楞次定律可知，俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流，选项BC错误；
D．当铝框中产生感应电流时，铝框受到的安培力与运动方向相反，故起到了阻尼作用，则使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处，故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A．当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速振动时，穿过闭合金属圆环的磁通量增大，磁铁向上振动时穿过闭合金属圆环的磁通量减小，根据楞次定律可知，磁铁上下振动时，金属圆环中将产生方向不断变化的感应电流，故A错误；
B．当磁铁运动到最低点时，环内的磁通量的变化率为零，根据产生感应电流的条件可知，圆环中不产生感应电流，故B错误；
C．根据楞次定律可知，当磁铁向下运动时，穿过闭合金属圆环的磁通量增大，由楞次定律知，圆环有收缩同时远离磁铁的趋势，故圆环和桌面间的挤压程度增加，即圆环对桌面的压力增大，圆环对桌面的压力大于圆环的重力，故C正确；
D．磁铁上下振动的过程中磁铁的重力势能、动能、弹簧的弹性势能都不断变化，同时圆环中产生感应电流，有焦耳热产生，所以磁铁静止不动后，磁铁减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能与圆环中产生的焦耳热，故D错误；
故选C。
10．C
【详解】
因为铜盘转动会切割磁感线，就有感应电动势，有感应电流，就会受到反向的安培力，铜盘最终会停下来。
故选C
11．D
【详解】
由法拉第电磁感应定律：false可求出感应电动势大小，再由闭合电路欧姆定律false可求出感应电流大小，根据电量的公式false，可得false；由于现通过电源E给螺线管提供电流，然后迅速地通过换向开关K给螺线管提供反向电流，设被测磁场的磁感应强度为B，则有
false
所以由上公式可得
false
则被测磁场的磁感应强度
false
故选D。
12．C
【详解】
t在0-false时间内，线框右边开始进入磁场时，由楞次定律可知，电流方向为逆时针，为正值；线框有效切割长度均匀增大，由E=BLv可知，感应电动势均匀增大，感应电流均匀增大；在false-false时间内，由楞次定律可知，电流方向为逆时针，为正值；线框有效切割长度均匀减小，由E=BLv可知，感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小；在false-false时间内，由楞次定律可知，电流方向为顺时针，为负值；线框两边都切割磁感线，产生感应电动势，感应电动势是进入过程的2倍，线框有效切割长度先均匀增大后均匀减小，由E=BLv可知，感应电动势先均匀增大后均匀减小，感应电流也先均匀增大后均匀减小，感应电流的最大值是0-false过程最大值的2倍；在false-false时间内，由楞次定律可知，电流方向为逆时针，为正值；线框有效切割长度先均匀增大后均匀减小，由E=BLv可知，感应电动势先均匀增大后均匀减小，感应电流也先均匀增大后均匀减小．故C正确；故选C．
13．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.
14．AC
【详解】
由条形磁铁磁场分布特点可知，穿过其中央位置正上方的
圆环的合磁通量为零，所以在环下落的过程中，磁通量不变，没有感应电流，圆环只
受重力，则环下落时机械能守恒，A对，B错；给磁铁水平向右的初速度，由楞次定律
可知，圆环的运动总是阻碍自身磁通量的变化，所以环要受到向右的作用力，由牛顿
第三定律可知，磁铁要受到向左的作用力而做减速运动(或据“总阻碍相对运动”的推
论得出)，故C对D错．
15．BD
【详解】
AB．当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号变化电信号，是根据电磁感应原理工作的，A错误B正确；
C．膜片随着声波而周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，C错误；
D．膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，金属线圈中产生感应电流，D正确．
故选BD。
16．???? 电磁波；???? 涡流；???? X射线
【详解】
手机是利用电磁波传送信号的；电磁炉是利用涡流加热的；医院里常用的CT检查是利用X射线来成像的．
17．???? 电能???? 变小
【详解】
地球是个大磁体，当穿过人造卫星的磁通量发生变化时，外壳中会有涡流产生，这一电能的产生是由机械能转化来的，它会导致卫星机械能减少，会使轨道半径减小，造成卫星离地高度变小。
18．错误
【详解】
涡流既有热效应，也有磁效应。故此说法错误。
19．金属物
【详解】
探头中有磁铁，当探头靠近金属物时，金属物中产生涡流。
20．false
【详解】
闭合开关后，金属棒在安培力的作用下向右运动。当金属棒的速度为v时，产生的感应电动势E=BLv，它与电源电动势为反接，从而导致电路中的电流减小，安培力减小，金属棒的加速度减小，即金属棒做加速度越来越小的变加速运动。当加速度为零时，金属棒的速度达到最大值，金属棒产生的感应电动势与电源电动势大小相等，回路中电流为零，此后导体棒将以这个最大的速度做匀速运动。金属棒速度最大时，有
E=BLvm
解得
vm=false
21．（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false
设杆运动了5m时速度为v1，则 false
此时，金属杆产生的感应电动势false
回路中产生的电流false
电阻R两端的电压U=I1R
联立解 U=1.6V
(2)由t =0时false，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 false
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false
又false?????
false
联立解得 F=0.1+0.1t???
22．(1) false；(2)false；(3) false
【详解】
(1)设最大速度为false，此时加速度为0，平行斜面方向有：false???????????????????????????????????????????????????????????????????
据题知：false
false
已知false，联解得：false
(2)当金属棒的速度false时，则：false
由牛顿第二定律有：false
解得：false
(3)设整个电路放出的热量为Q，由能量守恒定律有：false?????????????????????????????????
又：false，false???????????????????????????????????????????????????????????????
所以金属棒上产生的电热：false