2020-2021学年高二物理人教版选修3-2同步课时作业（7）涡流、电磁阻尼和电磁驱动

2020-2021学年高二物理人教版选修3-2同步课时作业（7）
涡流、电磁阻尼和电磁驱动
1.关于涡流，下列说法中错误的是( )
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
2.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示.无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是( )
A. B.
C. D.
3.安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流.如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警，关于安检门的说法正确的是(?? )
A.安检门能检查出毒贩携带的毒品
B.安检门能检查出旅客携带的水果刀
C.如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作
D.安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理
4.1824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.圆盘上没有产生感应电动势
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
5.如图所示，磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是(? ?)
A.防止涡流而设计的 B.利用涡流
C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用
6.关于涡流的应用与危害，正确的是(? ?)
A.利用涡流的热效应制成了真空冶炼炉
B.利用涡流的磁效应制成了地雷探测器和机场的安检门
C.在各种电机中，涡流是非常有害的，它会使铁芯的温度升高，从而危害到线圈绝缘材料的寿命，严重时会使绝缘材料报废，又涡流是因发生电磁感应现象而产生的感应电流，因此不会消耗额外的能量，不会降低电机的效率
D.由于涡流具有热效应，会使铁芯的温度快速升高， 因此电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成的，其主要目的是增大散热的速度
7.如图所示为用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，将金属材料置于冶炼炉中，当线圈中通以电流时用感应加热的方法使炉内金属发热.下列说法中正确的是( )
A.线圈中通以恒定电流，金属材料中也能产生感应电流
B.线圈中通以交变电流，在金属材料中会产生感应电流
C.感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的
D.感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热冶炼金属的
8.图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离.下列说法正确的有( ??)
A.飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B.飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小
C.磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小
D.磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强
9.物理课上，教师做了一个“电磁阻尼”的实验.如图甲所示，两摆在通过磁场时，A摆很快停下来，B摆摆动了很长的一段时间.图乙是某同学另找器材再来探究此实验的装置，A是由摆片和细杆组成的摆，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，摆片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来；当线圈通电时，摆片应当迅速停下来.他连接好电路，重复实验，均没出现摆片迅速停下来的现象.对比老师的演示实验，下列说法正确的是( )
A.老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流
B.老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上没有产生感应电流
C.该同学没有成功的原因可能是所选线圈的匝数过多
D.该同学没有成功的原因可能是构成摆的材质是塑料的
10.如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是(?? )
A.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快
B.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快
C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较小
D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻较大
11.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.涡流的频率小于通入线圈的交流电的频率
B.涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率
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
答案以及解析
1.答案：B
解析：真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置，A选项正确；要想产生涡流，必须是变化的磁场，因为变化的磁场才能产生电场，产生涡流，B选项错误；根据楞次定律可知，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，C选项正确；涡流会造成能量的损失，所以变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，是为了减小涡流造成的能量损失，D选项正确.
2.答案：A
解析：施加磁场来衰减振动是利用电磁阻尼实现的，即振动过程中发生电磁感应现象，产生的感应电流在磁场中受安培力阻碍其振动.A选项的图中紫铜薄板无论上下振动还是左右振动都会出现磁通量的变化，从而会产生电磁感应现象；B选项的图中紫铜薄板上下振动时没有磁通量的变化，不会产生电磁感应现象；C选项的图中紫铜薄板无论上下振动还是左右振动均不会产生电磁感应现象；D选项的图中紫铜薄板上下振动时不会产生电磁感应现象，故最有效的方案是A，选项A正确.
3.答案：B
解析：安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品的原理:线圈中的交变电流产生交变的磁场，会在金属物品中产生交变的感应电流，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，则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，选项A错误；安检门能检查出旅客携带的水果刀，选项B正确；如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，选项C错误；安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，选项D错误.
4.答案：B
解析：圆盘转动时，可看成沿半径方向的金属条切割磁感线，从而在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故A错误；圆盘在径向的金属条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等，从而形成涡流，涡流产生的磁场又导致磁针转动，故B正确；由于圆盘面积不变，距离磁针的距离不变，故在磁针的磁场中，穿过整个圆盘的磁通量没有变化，故C错误；圆盘整体电荷均匀分布，呈电中性，仅圆盘转动不会形成电流，故D错误.
5.答案：BC
解析：线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流.涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流起电磁阻尼的作用，故B、C正确.
6.答案：AB
解析：涡流的实质是由于发生电磁感应现象而产生的感应电流，其具有热效应和磁效应，人们利用其热效应制造了真空冶炼炉，进而提高冶炼的温度，利用其磁效应，制造了地雷探测器和机场的安检门，选项AB正确；在各种电机中，涡流是非常有害的，它会使铁芯的温度升高，从而危害到线?绝缘材料的寿命，严重时会使绝缘材料报废，且由于涡流是因发生电磁感应现象而产生的感应电流，需要消耗額外的能董，从而:条低电机的效率，为此，电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成的，其主要f-因是一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，可以减少损粍，另一方面每层珪钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步地减少了涡流的发热，选项CD错误
7.答案：BC
解析：通过线圈的电流是高频交变电流，从而在金属材料中形成同频率的感应电流，故A选项错误，B选项正确；炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流，感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的，故C选项正确；炉内金属中会产生涡流，但由线圈电阻产生的热量很小，主要是由于金属中的自由电子在涡流产生的电场中高速运动，受到阻碍从而产生热量，故D选项错误.
8.答案：AD
解析：磁铁与飞轮无接触，故无弹力和摩擦力，飞轮所受阻力则源于安培力阻碍飞轮与磁铁间的相对运动，A正确；飞轮转速一定，磁铁越靠近飞轮，飞轮所在位置磁感应强度越大，产生的涡流越大，安培力就越大，B错误；磁铁与飞轮间距离一定时，飞轮的速度越大，磁通研变化越快，感应电动势越大，涡流越大，阻力越大，C错误，D正确。
9.答案：AD
解析：老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流从而阻碍磁通量的变化，A正确，B错误；线圈的匝数越多，受阻碍作用越明显，则线圈越容易停下来，C错误；如果材质是塑料的，则不会产生感应电流，则线圈不会受到磁场力作用，因此不会很快停下来，D正确.
10.答案：BD
解析：高频焊接利用髙频交变电流产生高频交变磁场，在待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知，电流变化的频率越高，磁通量的变化率越大，产生的电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，B正确，A错误.焊缝处的电阻大，电流相同时，焊缝处的热功率大，温度高，故C错误，D正确.
11.答案：BC
解析：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的频率，故B正确，A错误；因为线圈中的交流电是周期性变化的，故在工件中引起的电流也是周期性变化的，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。