二十一世纪教育 《名师求索》工作室出品
同步课时精练（十）2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（解析版）
一、单题
1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。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食物中产生涡流对食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
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
详解:B
详解:电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热，故B正确，ACD错误。
故选B。
2．如图甲所示的是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术.其原理是用载流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及其位置的信息.如图乙所示的是一个带铁芯的线圈、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起.对以上两个实例的理解正确的是 （ ）
A．涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象
B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料
C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是变化的交流电源
D．以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是稳恒电源
详解:B
详解:涡流探伤技术其原理是用载流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变；跳环实验演示了电磁感应现象，故A错误.无论是涡流探伤技术，还是演示电磁感应现象，都需要产生感应电流，而感应电流产生的条件之一是在导电材料内，故B正确.涡流探伤时，是探测器中通过交变电流产生变化的磁场，当导体、物体处于该磁场中时，该导体、物体中会感应出涡流；演示电磁感应现象的实验中，线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬间，穿过套环的磁通量仍然会改变，套环中会产生感应电流，会跳动，故C、D错误.
3．下列有关电磁灶的工作情况的描述正确的是（ ）
A．电磁灶是利用电阻丝通电后发热给食物加热的
B．电磁灶是利用电磁感应现象产生的感应电流给食物加热的
C．可以用陶瓷制品放在电磁灶上给食物加热
D．电磁灶工作时灶面温度很高，远大于室内温度
详解:B
详解:A．电磁灶是利用电磁感应原理制成的，故A错误；
B．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，故B正确；
C．不可用陶瓷容器盛放食物在电磁灶上加热，因为陶瓷容器属于非金属，不会被磁化，产生涡流，故C错误；
D．电磁灶表面用绝缘材料制成，工作时灶面温度不高，与室内温度相同，故D错误。
故选B。
4．物理课上，教师做了一个奇妙的“电磁阻尼”实验．如图所示，A是由铜片和绝缘细杆组成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之间，当绕在电磁铁上的励磁线圈未通电时，铜片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来。当线圈通电时，铜片摆动迅速停止。某同学另找来器材再探究此实验，他连接好电路，经重复试验，均没出现摆动迅速停止的现象。对比老师的演示实验，下列四个选项中，导致实验失败的原因可能是( )
A．线圈接在了交流电源上
B．电源的电压过高
C．所选线圈的匝数过多
D．构成摆的材料与老师的不同
详解:D
详解:A．当线圈接入交流电后，变化的电流在线圈周围产生变化的磁场，当导体经过周围时，变化的磁场在导体中感应出感应电流，使得导体受到安培力作用，最终阻碍导体的运动，线圈必须接交流电，选项A是实验必须的，不会导致失败，选项A错误；
B．电源电压越高，电流越大，产生的磁场越强，导体受到的阻尼越大，不会导致实验失败，选项B错误；
C．线圈匝数越多，产生的磁场越强，阻尼越大，所以只会导致实验成功，选项C错误；
D．构成摆的材料如果不是导体，则无法感应出电流，不会受到安培力，选项D正确。
故选D。
5．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
详解: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。
6．如图甲所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极间，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动，不计摩擦；如图乙所示，闭合金属环从曲面上高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，不计摩擦，整个曲面处在垂直纸面的磁场中（图中未画出），下列说法正确的是（ ）
A．图甲中当逆时针转动蹄形磁铁时，磁铁的磁极未知，故线圈转动方向未知
B．图甲中当蹄形磁铁不动时，转动闭合线圈，由于不计摩擦，线圈将匀速转动
C．图乙中若磁场为非匀强磁场，因圆环面积不变，可知圆环磁通量不变，故圆环机械能守恒，滚上的高度仍为
D．图乙中若磁场为非匀强磁场，圆环滚下过程中，圆环内有感应电流
详解:D
详解:A．当逆时针转动蹄形磁铁时，根据楞次定律可知，为阻碍磁通量变化，则导致线圈与磁铁转动方向相同，但快慢不一，故A错误；
B．当蹄形磁铁不动时，转动闭合线圈，切割磁感线，产生感应电流，根据楞次定律可知，安培力阻碍线圈的转动，则线圈做减速转动，故B错误；
CD．若是非匀强磁场，闭合小环中滚动过程中，磁通量变化，由于电磁感应产生感应电流，机械能减小转化为内能，高度减小，故D正确，C错误。
故选D。
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．用户功率减小，电流线圈在铝盘中产生的涡流变大
C．永久磁铁对铝盘起着电磁阻尼的作用
D．当停止用电时，永久磁铁可以保持铝盘继续转动
详解:C
详解:AB．电流线圈串联在电路中，用户功率越大则电流越大，产生的磁场越强，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，因此其的涡流不变，故AB错误；
CD．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计量误差，故C正确，D错误。
故选C。
8．图甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图，其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及位置的信息．如图乙所示的是一个由带铁芯的线圈L、开关S和电源连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起．对以上两个实例的理解正确的是（ ）
A．涡流探伤技术运用了电流的热效应，跳环实验演示了自感现象
B．涡流探伤技术所探测的物件必须是导电材料，但是跳环实验所用的套环可以是塑料的
C．金属探伤时接的是交流电，跳环实验装置中接的是直流电
D．涡流探伤技术和跳环实验两个实例中的线圈所连接的电源可以都是恒压直流电源
详解:C
详解:A．涡流探伤技术其原理是用电流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变；跳环实验演示线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬间，穿过套环的磁通量仍然会改变，套环中会产生感应电流，会跳动，属于演示楞次定律，故A错误；
B．无论是涡流探伤技术，还是演示楞次定律，都需要产生感应电流，而感应电流产生的条件是在金属导体内，即所用材料都是导电材料，故B错误；
CD．金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流；演示楞次定律的实验中，线圈接在直流电源上，闭合开关的瞬间，穿过套环的磁通量仍然会改变，套环中会产生感应电流，会跳动，故C正确，D错误。
故选C。
二、多选题
9．如图所示，四根长度、内径均相同的空心圆管竖直放置，把一枚磁性很强的直径略小于管的内径的小圆柱形永磁体，分别从四根圆管上端静止释放，空气阻力不计．下列说法正确的是( )
A．小磁体在四根圆管中下落时间相同
B．小磁体在甲管中下落时间最长
C．小磁体在乙、丙、丁三管中下落时间相同
D．小磁体在丙管中下落时间最短
详解:BC
详解:当永磁体下落时，对甲铜管而言相对于若干导线切割磁感线，产生关于感应电流，由于磁场与电流的相互作用，使得永磁体下落“变慢”(阻碍磁通变化)，对乙中铜管，由于有缝，相对于导线不闭合，只能产生感应电动势，而无感应电流产生，因此永磁体仍然做自由落体运动，对丙、丁中塑料管而言不是导体，既无感应电动势，有无感应电流产生，因此永磁体同样做自由落体运动，故AD错误，BC正确。
10．如图所示，用丝线将一个圆形金属板悬于O点，竖直虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，不计空气阻力，现将金属板从图示位置由静止释放，金属板面在摆动过程中始终与磁场垂直．下列说法中正确的有（ ）
A．金属板在进入和离开磁场过程，板内产生感应电流
B．板内不能产生感应电流，金属板摆动不会停止
C．板内虽然能产生感应电流，但受到的安培力合力为零，故金属板摆动幅度不会改变
D．金属板的摆动幅度逐渐减小，摆动一段时间后会停止
详解:AD
【分析】首先分析板的运动，据楞次定律的进行判断感应电流的方向；从能量守恒的角度分析即可．
详解:当金属板进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流，根据楞次定律得出感应电流的产生会阻碍线圈运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能；当板没有磁通量的变化时，无感应电流，只有重力做功，环的机械能守恒；据以上可知，环在运动过程中只有摆进或摆出磁场时有机械能转化为热能，所以板的摆动幅度逐渐减小，摆动一段时间后会停止；故AD正确，BC错误．
故选AD．
【点睛】本题考查楞次定律的应用和能量守恒相合．注意楞次定律判断感应电流方向的过程，先确认原磁场方向，再判断磁通量的变化，感应电流产生的磁场总是阻碍原磁通量的变化．
11．下列器具的工作原理与涡流有关的是( ).
A．家用电磁炉
B．家用微波炉
C．变压器的铁芯用多块相互绝缘的硅钢片粘在一起
D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
详解:AC
详解:电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的，故A选项正确；家用微波炉是利用微波加热食物，和涡流无关，故B错误；变压器的铁芯不用一整块钢,是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器,多块硅钢片彼此绝缘,有效地减小了涡流，C选项正确；风扇转动时扇叶与空气摩擦发热，是通过摩擦将机械能转化为内能，与涡流无关，故D错误；
12．2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时，导体板内产生电涡流。关于阻尼器，下列说法正确的是（ ）
A．阻尼器摆动时产生的电涡流源于电磁感应现象
B．阻尼器摆动时产生的电涡流源于外部电源供电
C．阻尼器最终将机械能转化成为内能
D．质量块通过导体板上方时，导体板的电涡流大小与质量块的速率无关
详解:AC
详解:AB．阻尼器摆动时，永磁铁通过导体板上方使之磁通量发生变化，从而在导体板中产生电涡流，这属于电磁感应，故A项正确，B项错误；
C．通过阻碍质量块和永磁铁的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转化为焦耳热，故C项正确；
D．质量块通过导体板上方时的速度越快，磁通量变化越快，产生的感应电动势和感应电流也越大，故D项错误。
故选AC。
三、解答题
13．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。
详解: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。
14．如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸面平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动，如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么。
详解:见解析。
详解:没有开长缝的铜片绕O点在纸面内摆动时，由于磁场有圆形边界，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片内产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动；如果在铜片上开有多条长缝时，就可以把涡流限制在缝与缝之间的铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片就可以摆动较多的次数。
15．两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．
详解:(1) ；(2)；(3)
详解:(1)设最大速度为，此时加速度为0，平行斜面方向有：
据题知：
已知，联解得：
(2)当金属棒的速度时，则：
由牛顿第二定律有：
解得：
(3)设整个电路放出的热量为Q，由能量守恒定律有：
又：，
所以金属棒上产生的电热：
试卷第1页，共3页
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同步课时精练（十）2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动（学生版）
一、单题
1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。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食物中产生涡流对食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
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
2．如图甲所示的是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术.其原理是用载流线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及其位置的信息.如图乙所示的是一个带铁芯的线圈、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起.对以上两个实例的理解正确的是 （ ）
A．涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象
B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料
C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是变化的交流电源
D．以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是稳恒电源
3．下列有关电磁灶的工作情况的描述正确的是（ ）
A．电磁灶是利用电阻丝通电后发热给食物加热的
B．电磁灶是利用电磁感应现象产生的感应电流给食物加热的
C．可以用陶瓷制品放在电磁灶上给食物加热
D．电磁灶工作时灶面温度很高，远大于室内温度
4．物理课上，教师做了一个奇妙的“电磁阻尼”实验．如图所示，A是由铜片和绝缘细杆组成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之间，当绕在电磁铁上的励磁线圈未通电时，铜片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来。当线圈通电时，铜片摆动迅速停止。某同学另找来器材再探究此实验，他连接好电路，经重复试验，均没出现摆动迅速停止的现象。对比老师的演示实验，下列四个选项中，导致实验失败的原因可能是( )
A．线圈接在了交流电源上
B．电源的电压过高
C．所选线圈的匝数过多
D．构成摆的材料与老师的不同
5．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
6．如图甲所示，把一个闭合线圈放在蹄形磁铁的两磁极间，蹄形磁铁和闭合线圈都可以绕轴转动，不计摩擦；如图乙所示，闭合金属环从曲面上高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，不计摩擦，整个曲面处在垂直纸面的磁场中（图中未画出），下列说法正确的是（ ）
A．图甲中当逆时针转动蹄形磁铁时，磁铁的磁极未知，故线圈转动方向未知
B．图甲中当蹄形磁铁不动时，转动闭合线圈，由于不计摩擦，线圈将匀速转动
C．图乙中若磁场为非匀强磁场，因圆环面积不变，可知圆环磁通量不变，故圆环机械能守恒，滚上的高度仍为
D．图乙中若磁场为非匀强磁场，圆环滚下过程中，圆环内有感应电流
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．用户功率减小，电流线圈在铝盘中产生的涡流变大
C．永久磁铁对铝盘起着电磁阻尼的作用
D．当停止用电时，永久磁铁可以保持铝盘继续转动
8．图甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图，其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及位置的信息．如图乙所示的是一个由带铁芯的线圈L、开关S和电源连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起．对以上两个实例的理解正确的是（ ）
A．涡流探伤技术运用了电流的热效应，跳环实验演示了自感现象
B．涡流探伤技术所探测的物件必须是导电材料，但是跳环实验所用的套环可以是塑料的
C．金属探伤时接的是交流电，跳环实验装置中接的是直流电
D．涡流探伤技术和跳环实验两个实例中的线圈所连接的电源可以都是恒压直流电源
二、多选题
9．如图所示，四根长度、内径均相同的空心圆管竖直放置，把一枚磁性很强的直径略小于管的内径的小圆柱形永磁体，分别从四根圆管上端静止释放，空气阻力不计．下列说法正确的是( )
A．小磁体在四根圆管中下落时间相同
B．小磁体在甲管中下落时间最长
C．小磁体在乙、丙、丁三管中下落时间相同
D．小磁体在丙管中下落时间最短
10．如图所示，用丝线将一个圆形金属板悬于O点，竖直虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场，不计空气阻力，现将金属板从图示位置由静止释放，金属板面在摆动过程中始终与磁场垂直．下列说法中正确的有（ ）
A．金属板在进入和离开磁场过程，板内产生感应电流
B．板内不能产生感应电流，金属板摆动不会停止
C．板内虽然能产生感应电流，但受到的安培力合力为零，故金属板摆动幅度不会改变
D．金属板的摆动幅度逐渐减小，摆动一段时间后会停止
11．下列器具的工作原理与涡流有关的是( ).
A．家用电磁炉
B．家用微波炉
C．变压器的铁芯用多块相互绝缘的硅钢片粘在一起
D．风扇转动时扇叶与空气摩擦发热
12．2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块摆动通过导体板上方时，导体板内产生电涡流。关于阻尼器，下列说法正确的是（ ）
A．阻尼器摆动时产生的电涡流源于电磁感应现象
B．阻尼器摆动时产生的电涡流源于外部电源供电
C．阻尼器最终将机械能转化成为内能
D．质量块通过导体板上方时，导体板的电涡流大小与质量块的速率无关
三、解答题
13．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。
14．如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸面平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动，如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么。
15．两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．
试卷第1页，共3页
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