2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修二 2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习
一、单选题
1．下列实例中属于利用涡流的是（　　）
A．利用微波炉加热食物 B．变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成
C．利用真空冶炼炉冶炼合金钢 D．电动机的线圈绕在铁芯上
2．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上放一小铁锅冷水。现接通交流电源，几分钟后，锅中的水沸腾起来，时刻的电流方向已在图中标出，且此时电流正在增大，下列说法正确的是（　　）
A．线圈中电流变化越大，自感电动势越大，自感系数也增大
B．小铁锅中产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来
C．时刻，从上往下看，小铁锅中的涡流沿逆时针方向
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流
3．下面四幅图展示了一些物理学的应用，下列说法正确的是（　　）
A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作
B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到重力作用
C．丙图，其内部用包含金属丝的织物制成，因为金属丝很坚韧，有利于保护人体
D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁驱动现象
4．弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现（　　）
A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变
B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变
C．S闭合或断开，磁铁的振动幅度不变
D．S闭合或断开，磁铁的振动幅度均发生变化
5．生活处处有物理，留心观察皆学问，下列图中与电磁感应现象无关的是（　　）
A． 电视机显像管中电子的偏转
B．摇绳发电
C．金属探测器
D． 真空冶炼炉
6．如图所示，物理课上老师做了这样一个实验，将一厚度均匀且足够长的光滑铝板固定在绝缘支架上，铝板与永平面的倾角为，现将一质量为m的永磁体静止地放置在铝板的上端，它将沿斜面向下运动，则运动过程中永磁体（　　）
A．做加速度为a的匀加速直线运动，且
B．做加速度为a的匀加速直线运动，且
C．重力势能先逐渐减小，最后保持不变
D．动能先逐渐增加，最后保持不变
7．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。
A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd
8．一根上端固定的弹簧，其下端挂一条形磁铁，磁铁在上下振动，磁铁的振动幅度几乎保持不变。如图所示，若在磁铁振动过程中把一导电线圈靠近磁铁下方，则关于磁铁的振幅，下列说法中正确的是（ ）
A．S闭合时振幅迅速减小，S断开时振幅几乎不变
B．S闭合时振幅迅速增大，S断开时振幅几乎不变
C．S闭合或断开，振幅变化相同
D．S闭合或断开，振幅都几乎不发生变化
9．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
10．如图所示，面积为S、匝数为n的线圈内有匀强磁场，已知磁感应强度随时间的变化规律为 （k＞0且为常数，但未知），当t＝0时磁场方向垂直纸面向里。在磁场方向改变之前，有一带电荷量为q、质量为m的粒子静止于水平放置的、间距为d的平行板电容器中间。（重力加速度为g）由此可以判断（　　）
A．此粒子带正电
B．磁感应强度的变化率为
C．当磁场方向改变后，该粒子将向下做加速运动
D．电容器所带电荷量与时间成正比
11．关于涡流，下列说法中错误是（　　）
A．真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由交变磁场产生的
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
12．下列说法中正确的有（　　）
A．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁驱动
B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势
C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象
D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器
二、填空题
13．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。
14．电磁灶是利用________原理制成的，它在灶内通过交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生________而发热．
15．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)．
16．在水平放置的光滑导轨上，沿着导轨方向固定一条形磁铁（如图所示）。现有四个滑块，分别由铜、铁、铝和有机玻璃制成，使它们从导轨上A点以一定的初速度向磁铁滑去，则作加速运动的是__________；作匀速运动的是____________；作减速运动的是________。
17．我们用作煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同。有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉；还有以直接用电热方式加热的，例如电饭锅，下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉。
如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食。
电磁炉的特点是：电磁炉的效率比一般的炉子都高，热效率高达90%，炉面无明火，无烟无废气，电磁火力强劲，安全可靠。
因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能被磁铁吸住的就能用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。
（1）在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有（回答三个即可）：
①______________；
②______________；
③______________。
（2）电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是__________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是___________。
（3）在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗( )？为什么( )？
三、解答题
18．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。
19．举例说明电磁感应现象的其他应用及其对现代社会的影响。
20．如图所示的电路中，电流表的内阻不计，电阻R1＝2.5 Ω，R2＝7.5 Ω，线圈的直流电阻可以忽略。闭合开关S的瞬间，电流表读数I1＝0.2 A，当线圈中的电流稳定后，电流表的读数I2＝0.4 A，试求电池的电动势和内阻。
21．在科技馆中常看到这样的表演：一根长1m左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由下落1m左右的时间不会超过0.5s，但把小圆柱从上端放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这又是为什么？
22．涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式，它的基本原理如图甲所示．水平面上固定一块铝板，当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时，铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用．涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式．某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程．车厢下端安装有电磁铁系统，能在长为L1=0.6m，宽L2=0.2m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场，磁感应强度可随车速的减小而自动增大（由车内速度传感器控制），但最大不超过B1=2T，将铝板简化为长大于L1，宽也为L2的单匝矩形线圈，间隔铺设在轨道正中央，其间隔也为L2，每个线圈的电阻为R1=0.1Ω，导线粗细忽略不计．在某次实验中，模型车速度为v=20m/s时，启动电磁铁系统开始制动，车立即以加速度a1=2m/s2做匀减速直线运动，当磁感应强度增加到B1时就保持不变，直到模型车停止运动．已知模型车的总质量为m1=36kg，空气阻力不计．不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响．
（1）电磁铁的磁感应强度达到最大时，模型车的速度为多大？
（2）模型车的制动距离为多大？
（3）为了节约能源，将电磁铁换成若干个并在一起的永磁铁组，两个相邻的磁铁磁极的极性相反，且将线圈改为连续铺放，如图丙所示，已知模型车质量减为m2=20kg，永磁铁激发的磁感应强度恒为B2=0.1T，每个线圈匝数为N=10，电阻为R2=1Ω，相邻线圈紧密接触但彼此绝缘．模型车仍以v=20m/s的初速度开始减速，为保证制动距离不大于80m，至少安装几个永磁铁？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．利用微波炉加热食物是利用电流产生的电磁波来给物体加热，A错误；
B．变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成是为了减小涡流，减少损耗能量，B错误；
C．利用真空冶炼炉冶炼合金钢是在线圈中通入高频交流电，在合金钢中产生涡流，C正确；
D．电动机的线圈绕在铁芯上，所用的铁芯不会用整块的金属，是为了减小涡流，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．线圈中电流变化越快，自感电动势越大，与电流变化的大小没有必然的关系，线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的，与线圈的电流变化无关，选项A错误；
B．由于交流电在线圈中产生变化的磁场，变化的磁场穿过小铁锅可以在小铁锅中产生感生电场，从而产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来，选项B正确；
C．时刻电流从线圈的上端流入且电流正在增大，根据安培定则可知穿过小铁锅的磁场是向上增大的，根据楞次定律可知，小铁锅中涡流的磁场方向一定是向下的，再根据安培定则可知，从上往下看，小铁锅中的涡流沿顺时针方向，选项C错误；
D．由于导体中的涡流会损耗能量，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，其目的是为了减小涡流，选项D错误。
故选B。
3．A
【详解】
A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作，A正确；
B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到地磁场的作用力，B错误；
C．丙图，电工服不应含金属丝，内部用包含金属丝的织物制成的服装应作为防辐射服，有静电屏蔽作用，C错误；
D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁阻尼现象，D错误。
故选A。
4．A
【详解】
当S闭合后，线圈构成闭合回路，当条形磁铁竖直运动时，穿过线圈的磁通量发生变化，从而使线圈产生感应电流，由楞次定律可得，感应电流的磁场阻碍磁铁的运动，使振幅减小，不闭合线圈，不会产生感应电流，振幅不变
故选A。
5．A
【详解】
电子束偏转是利用电子在电场、磁场中受力，与电磁感应无关，其余三场景与电磁感应有关，故A正确，BCD错误。
故选A。
6．D
【详解】
永磁体沿斜面向下运动的过程中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体的运动，由牛顿第二定律有
由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，故永磁体将先做加速度逐渐变小的变加速运动，且；当安培力的反作用力与永磁体的重力沿斜面的分力等大反向时，永磁体开始做匀速运动，故重力势能一直减小，动能先增加后保持不变。
故选D。
7．D
【详解】
变压器的正视图如图：
所以要减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd。
故选D。
8．A
【详解】
S闭合时，由于磁铁的上下振动，穿过线圈的磁通量不断变化在线圈中产生感应电流，即有电能产生，消耗机械能，所以振幅逐渐减小；S断开时，线圈中无电能产生，不消耗机械能，故振幅不变，BCD错误， A正确。
故选A。
9．C
【详解】
A．真空冶炼炉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错误；
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错误；
C．工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，不属于利用涡流工作,故C正确；
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错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．由楞次定律可知，平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，极板间场强竖直向下，粒子在极板间静止，粒子所受静电力竖直向上，静电力方向与场强方向相反，粒子带负电，A错误；
B．由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势
粒子静止时处于平衡状态，由平衡条件得
解得
B正确；
C．由楞次定律可知，当磁场方向改变后，感应电动势不变，粒子受力情况不变，粒子仍静止不动，C错误；
D．电容器两极板间电势差
电容器所带电荷量
Q与时间无关，D错误。
故选B。
11．A
【详解】
A．真空冶炼路炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故A错误；
B．电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置炉面时，铁磁性锅体被磁化，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部产生交变的涡流，恒定磁场不会产生涡流，故B项正确；
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，当金属板从磁场中穿过时，金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用，故C项正确；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块的铁芯，以减小涡流，故D项正确。
本题选不正确的，故选A。
12．C
【详解】
A．灵敏电流表在运输时总要把两接线柱用导体连接起来，是利用了电磁阻尼，A错误；
B．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流有感应电动势，B错误；
C．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，C正确；
D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用金属容器，才能产生涡流加热食物，D错误。
故选C。
13． 安培力 安培力
【详解】
略
14．电磁感应、涡流
【详解】
电磁灶是利用电磁感应原理制成的；产生热量的原因是利用交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生的涡流而将电磁能转化为热量；
【点睛】
电磁感应在生活中的应用很多，而电磁灶就是利用电磁感应原理制作而成的．
15． 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．
【点睛】
本题关键明确电动机转动产生反电动势，阻碍电流，反电动势与原电动势越接进，电流越小，注意空载时产生的反电动势较大．
16． 铁 有机玻璃 铜和铝
略
17． 电流的磁效应（或电生磁） 电磁感应现象（或磁生电） 电流的热效应（或焦耳定律） 不能产生电磁感应现象 电阻率小，电热少，效率低 能起到加热作用 由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流
【详解】
（1）[1][2][3]①首先交流电流过线圈产生电磁感应现象是电生磁；
②这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，这是磁生电；
③感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食这是电流的热效应。
（2）[4][5]电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是不能产生电磁感应现象；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是铝锅、铜锅的电阻率小，电热少，效率低；
（3）[6][7]能起到加热作用，由于线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，从而利用电流的热效应起到加热作用。
18．见解析
【详解】
使用高频电磁感应电炉冶炼金属时，在炉外的线圈中通入高频交变电流，从而产生交变磁场，交变磁场进而使炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量最终使金属熔化。
19．见解析
【详解】
现代电力的源头――发电机
电磁感应现象最重要的一个应用是制造发电机，其基本原理是：闭合电路的一部分绕成线圈，然后在磁场中转动切割磁感线，产生感应电流，上课时用到的手摇发电机就能清楚演示这样的发电过程。
厨房中的新型灶具――电磁炉
电磁炉是利用电磁感应现象将电能转换为内能的厨房电器，在电磁炉内部，由整流电路将频率较低的交流电变成直流电，再经过控制电路将直流电转换成高频电流(即高速变化的电流)，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场。当磁场内的磁感线通过金属器皿(导磁又导电的材料)底部时，金属体内会产生无数的小涡流(感应电流)，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西，电磁炉与其他炉具比较，优点很多。
会场上的要员――动圈式话筒
动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，当声源对着话筒发声时，声波使其中的金属膜片振动，连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动(做切割磁感线运动)，就产生了感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向都在变化，变化的振幅和频率由声源发出的声波决定。然后这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音来。
升降电压的功臣――变压器
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置：主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯，当初级线圈中通有交流电流时。由于交流电的大小、方向在不断改变，所以铁芯中便产生变化的磁场，这个变化的磁场通过次级线圈时会产生感应电流(电路闭合时)，事实上，当电路断开时，虽然没有感应电流，但在电路两端会有感应电压，由于次级线圈与初级线圈匝数不同，感应电压U1和U2大小也不同，变压器就是通过这样的方法来改变电压的。
20．3 V，5 Ω
【详解】
闭合开关S的瞬间，R1和R2串联接入电路，由闭合电路欧姆定律得
电路稳定后，R2被短路，由闭合电路欧姆定律得
联立解得E＝3 V，r＝5 Ω
21．见解析
【详解】
甲管是无缝铝管，小圆柱下落时，产生电磁感应，出现涡流，则阻力很大，阻碍磁体与导体间的相对运动；而有裂缝的乙铝管，则不会产生感应电流，不会有涡流，也不会受到阻力作用，则小球在其中做自由落体运动，所以小圆柱穿越甲管的时间比穿越乙管的时间长。
22．（1） （2） （4）4个
【详解】
（1）假设电磁铁的磁感应强度达到最大时，模型车的速度为则①
②，③，④
由①②③④式并代入数据得⑤
（2）匀变速过程位移为：
由第（1）问的方法同理得到磁感应强度达到最大以后任意速度v时，安培力的大小为
对速度后模型车的减速过程用动量定理可得，
联立，，得：
（3）假设需要n个永磁铁，当模型车的速度为v时，每个线圈中产生的感应电动势为
每个线圈中的感应电流为
每个磁铁受到的阻力为
N个磁铁受到的阻力为
由第（2）问可得
得：
即至少需要4个永磁铁
答案第1页，共2页
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