高中物理教科版选修3-2 作业 第一章　7.涡流（选学） Word版含解析

7.涡流(选学)
基础巩固
1.下列关于涡流的说法正确的是(　　)
A.涡流跟平时常见的感应电流一样,都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的
B.涡流不是感应电流,而是一种有别于感应电流的特殊电流
C.涡流有热效应,但没有磁效应
D.在硅钢中不能产生涡流
解析:涡流本质上是感应电流,是自身构成回路,在穿过导体的磁通量变化时产生的,所以A对,B错;涡流不仅有热效应,同其他电流一样也有磁效应,C错;硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但仍能产生涡流,D错.
答案:A
2.(多选)关于涡流,下列说法正确的是(　　)
A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B.家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
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
解析:用来冶炼金属的真空冶炼炉,炉外有线圈,线圈中通入高频交变电流,炉内的金属中产生涡流,涡流产生的热量使金属熔化,所以A正确;家用电磁炉锅体中的涡流是由交变电流产生的变化的磁场而引起的,不是由恒定的磁场引起的,故B错误;阻尼摆的铝片以一定速度掠过磁场时切割磁感线产生涡流,涡流在磁场中所受合力方向与摆动方向相反,从而阻碍其运动,故C正确;用绝缘的硅钢片做铁芯,是为了减小涡流,减小能量损失,所以D正确.
答案:ACD
3.(多选)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.增加线圈的匝数
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
解析:根据题意,金属杯产生了涡流使水温度升高.要缩短加热时间,应使涡流增大.根据法拉第电磁感应定律,增加线圈匝数、提高交变电流的频率,均可使涡流增大,选项A、B正确;换为瓷杯,不能产生涡流,选项C错误;取走铁芯,使涡流减小,选项D错误.
答案:AB
4.(多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交流电,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝处金属熔化.要使焊接处产生的热量较大可采用的方法是(　　)
A.增大交变电流的电压 B.增大交变电流的频率
C.增大焊接缝的接触电阻 D.减小焊接缝的接触电阻
解析:交变电流频率越高,电压越大,产生的磁场变化越快,在工作中引起的感应电动势越大,感应电流越大,产生的热量越多,故A、B正确;焊接缝接触电阻越大,电压越大,在此处产生的热量越多,越容易熔化焊接,故C正确,D错误.
答案:ABC
5.(多选)如图所示,A、B为大小、形状均相同且内壁光滑但用不同材料制成的圆管,竖直固定在相同高度.两个相同的磁性小球同时从A、B管上端的管口无初速释放,穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面.下面对于两管的描述可能正确的是(　　)
A.A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的
B.A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的
C.A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的
D.A管是用胶木制成的,B管是用铝制成的
解析:磁性小球穿过金属圆管过程中,将圆管看成由许多金属圆环组成,小球的磁场使每个圆环中产生感应电流,根据楞次定律,该电流阻碍磁性小球的下落,小球向下运动的加速度小于重力加速度;小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流,小球仍然做自由落体运动,穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少.故选项A、D正确.
答案:AD
6.如图所示,在光滑水平面上固定一条形磁铁,有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动,如果发现小球做减速运动,则小球的材料可能是(　　)
A.铁　 　　B.木 C.铝　 　　D.塑料
解析:木球、塑料球在光滑水平面上将做匀速运动,选项B、D错误;铁球受磁铁的吸引在光滑水平面上将做加速运动,选项A错误;铝球受电磁阻尼作用在光滑水平面上将做减速运动,选项C正确.
答案:C
7.(多选)电表中的指针和电磁阻尼器如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.2是磁铁,在1中产生感应电流
B.1是磁铁,在2中产生感应电流
C.该装置的作用是使指针能够转动
D.该装置的作用是使指针能很快地稳定
解析:2是磁铁,1在2的磁场中转动产生感应电流.感应电流阻碍1的转动,使与之相连的指针能很快停下来.
答案:AD
8.如图所示,闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴OO'自由转动,开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内,若条形磁铁突然绕OO'轴N极向纸里、S极向纸外转动,在此过程中,圆环将(　　)
A.产生逆时针方向的感应电流,圆环上端向里、下端向外随磁铁转动
B.产生顺时针方向的感应电流,圆环上端向外、下端向里转动
C.产生逆时针方向的感应电流,圆环并不转动
D.产生顺时针方向的感应电流,圆环并不转动
解析:磁铁转动时,环中穿过环向里的磁通量增加,根据楞次定律,环中产生逆时针方向的感应电流.磁铁转动时,为阻碍磁通量的变化,导线环与磁铁同向转动,所以选项A正确.
答案:A
9.一金属圆环用绝缘细绳悬挂,忽略空气阻力,圆环可做等幅摆动,若在圆环正下方放置一条形磁铁如图所示,圆环将如何运动?
解析:由于条形磁铁置于圆环的正下方,穿过圆环的磁通量始终为零,圆环中无感应电流产生,故圆环继续做等幅摆动.
答案:继续做等幅摆动.
能力提升
1.(多选)如图所示,在光滑水平面上有一金属圆环,在它正上方有一条形磁铁,当条形磁铁运动时,将出现的情况是(不计空气阻力)(　　)
A.条形磁铁水平向右运动时,金属环将随着向右运动
B.条形磁铁水平向右运动时,金属环将随着向左运动
C.条形磁铁释放下落过程中,磁铁的加速度大于g
D.条形磁铁释放下落过程中,磁铁的加速度小于g
解析:条形磁铁水平向右运动时,根据楞次定律,安培力的效果使得金属环随着向右运动,这是电磁驱动现象.条形磁铁下落时,根据楞次定律,感应电流产生的效果阻碍其下落,使其加速度小于g.
答案:AD
2.(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是(　　)
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
解析:圆盘转动时产生了感应电动势,圆盘本身构成闭合回路,形成涡电流,涡电流产生的磁场导致磁针转动,选项A、B正确,D错误;圆盘转动过程中磁针的磁场穿过圆盘的磁通量没有变化,选项C错误.
答案:AB
3.(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一.如图所示,线圈中通以一定频率的正弦式交流电,靠近待测工件时,工件内会产生涡流,同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化.下列说法正确的是(　　)
A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化
B.涡流的频率等于通入线圈的交流电频率
C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D.待测工件可以是塑料或橡胶制品
解析:根据楞次定律得知:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化,故A正确;感应电流的频率与原电流的频率是相同的,涡流的频率等于通入线圈的交流电频率,故B正确;因为线圈交流电是周期性变化的,故在工件中引起的交流电也是周期性变化的,可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力,故C正确;电磁感应只能发生在金属物体上,故待测工件只能是金属制品,故D错误.
答案:ABC
4.甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO'旋转,当给以相同的初始角速度开始转动后,由于阻力,经相同的时间后便停止.若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中,甲环的转轴与磁场方向平行,乙环的转轴与磁场方向垂直,如图所示,当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后,则下列判断正确的是(　　)
A.甲环先停 B.乙环先停
C.两环同时停下 D.无法判断两环停止的先后
解析:由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变,穿过乙环的变化,所以甲环中不产生感应电流,乙环中产生.乙环的机械能不断地转化为电能,最终转化为焦耳热散失掉,所以乙环先停下来.
答案:B
5.如图所示,质量为m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量为m'=200 g的小磁铁(长度可忽略),以10 m/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3.6 m,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作平抛运动):
(1)铝环向哪边偏斜?
(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能?(g取10 m/s2)
解析:(1)由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动).
(2)由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的速度v=x2hg=3.62×0.810 m/s=9 m/s
由能量守恒可得
E电=12m'v02?12m'v2?12mv'2=1.7 J.
答案:(1)向右偏　(2)1.7 J