高中物理 4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课时训练（含解析）新人教版选修32.doc

涡流、电磁阻尼和电磁驱动题组一涡流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、玻璃杯解析:通入恒定电流时,所产生的磁场恒定不变,不会产生感应电流;通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,在空间产生感生电场。铁锅是导体,感生电场在导体内产生涡流,电能转化为内能,使水温升高。涡流是由变化的磁场在导体内产生的,所以玻璃杯中的水不会升温,故选项c正确。答案:c2.如图所示是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的,它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场,当变化的磁场通过含铁质锅的底部时,即会产生无数小涡流,使锅体本身自行高速升温,然后再加热锅内食物。电磁炉工作时产生的电磁波,完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收,不会泄漏,对人体健康无危害。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的b.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流,使含铁质锅底迅速升温,进而对锅内食物加热的c.电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的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的解析:电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场,变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流,使锅体温度升高后加热食物,故选项a、d错误,选项b正确;而选项c是微波炉的加热原理,选项c错误。答案:b3.(多选题)机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品,安检门中接有线圈,线圈中通以交变电流,关于其工作原理,以下说法正确的是()a.人身上携带的金属物品会被地磁场磁化,在线圈中产生感应电流b.人体在线圈交变电流产生的磁场中运动,产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流c.线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流d.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解析:一般金属物品不一定能被磁化,且地磁场很弱,即使金属被磁化磁性也很弱,作为导体的人体电阻很大,且一般不会与金属物品构成回路,故选项a、b错误;安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是:线圈中交变电流产生交变磁场,使金属物品中产生涡流,故选项c正确;该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流,而线圈中交变电流的变化可以被检测到,故选项d正确。答案:cd题组二电磁阻尼4.如图所示,一个闭合的矩形金属框abcd与一根绝缘轻杆b相连,轻杆上端o点是一个固定转轴,转轴与线框平面垂直,线框静止时恰位于蹄形磁铁的正中央,线框平面与磁感线垂直。现将线框从静止释放,在左右摆动过程中,线框受到磁场力的方向是()a.向左摆动的过程中,受力方向向左;向右摆动的过程中,受力方向向右b.向左摆动的过程中,受力方向向右;向右摆动的过程中,受力方向向左c.向左摆动的过程中,受力方向先向左后向右;向右摆动的过程中,受力方向先向右后向左d.摆动过程中始终不受力解析:从阻碍相对运动的角度来看,由于磁通量的变化是由线框和磁场间做相对运动引起的,因此感应电流的磁场总是阻碍线框相对磁场的运动。要阻碍相对运动,磁场对线框因产生感应电流而产生的作用力安培力一定和相对运动的方向相反,即线框向左摆动时受安培力方向向右,线框向右摆动时受安培力方向向左,所以选项b正确。答案:b5.(多选题)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b.利用涡流c.起电磁阻尼的作用d.起电磁驱动的作用解析:线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,就是涡流。涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后尽快停下来,所以,这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用。答案:bc6.一个半径为r、质量为m、电阻为r的金属圆环,用一根长为l的绝缘细绳悬挂于o点,离o点下方l2处有一宽度为l4、垂直纸面向里的匀强磁场区域,如图所示。现使圆环从与悬点o等高位置a处由静止释放(细绳伸直,忽略空气阻力),摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场,则在达到稳定摆动的整个过程中金属环产生的热量是()a.mglb.mg(l2+r)c.mg(34l+r)d.mg(l+2r)解析:线圈在进入磁场和离开磁场时,磁通量发生变化,产生感应电流,机械能减少。最后线圈在磁场下面摆动,机械能守恒。在整个过程中减少的机械能转变为焦耳热,在达到稳定摆动的整个过程中,金属环减少的机械能为mg(34l+r),选项c正确。答案:c7.如图所示,四根等长的铝管和铁块(其中c中铝管不闭合,其他两根铝管和铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内,分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放,忽略空气阻力,则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是()a.tatb=tc=tdb.tc=ta=tb=tdc.tcta=tb=tdd.tc=tatb=td解析:a中闭合铝管不会被磁铁磁化,但当磁铁穿过铝管的过程中,铝管可看成很多圈水平放置的铝圈,据楞次定律知,铝圈将发生电磁感应现象,阻碍磁铁的相对运动;因c中铝管不闭合,所以磁铁穿过铝管的过程不发生电磁感应现象,磁铁做自由落体运动;铁块在b中铝管和d中铁管中均做自由落体运动,所以磁铁和铁块在管中运动时间满足tatc=tb=td,选项a正确。答案:a题组三电磁驱动8.如图所示是著名物理学家费曼设计的一个实验,在一块绝缘板中部安装一个线圈,并接有电源,板的四周有许多带负电的小球,将整个装置悬挂起来,当接通开关瞬间,整个圆盘将()a.顺时针转动一下b.逆时针转动一下c.顺时针不断转动d.逆时针不断转动解析:开关接通瞬间,穿过带电小球所在空间向下的磁通量突然增加,由楞次定律知,在带电小球所处空间将产生逆时针方向(从上往下看)的电动势(确切讲,应为逆时针方向电场),从而使带负电小球受到顺时针方向作用力,由于该变化是瞬间的,故选项a正确。答案:a9.(多选题)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、开关相连,如图所示。线圈上端与电源正极相连,闭合开关的瞬间,铝环向上跳起。若保持开关闭合,则()a.铝环不断升高b.铝环停留在某一高度c.铝环跳起到某一高度后将回落d.如果电源的正、负极对调,观察到的现象不变解析:当线圈中电流增强时,铝环中的磁通量增大,使铝环中产生感应电流,感应电流受的安培力总是阻碍磁通量变化,所以铝环要受到向上的安培力,与原线圈中电流的方向无关,所以即使电源的正、负极对调,观察到的现象也不变,选项d正确;刚开始铝环受安培力大于重力,加速上升,但远离线圈后磁通量的变化率减小,磁场也减弱,安培力减小,所以铝环跳起到某一高度后将回落,选项c正确,选项a、b错误。答案:cd10.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。解析: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=ebl。答案:ebl(建议用时:30分钟)1.下列关于涡流的说法中正确的是()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发生变化而产生的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发生变化时产生的,所以选项a对,选项b错;涡流不仅有热效应,同其他电流一样也有磁效应,选项c错;硅钢电阻率大,产生的涡流较小,但仍能产生涡流,选项d错。答案:a2.(多选题)下列应用与涡流有关的是()a.家用电磁炉b.家用微波炉c.真空冶炼炉d.探雷器解析:家用电磁炉、真空冶炼炉、探雷器都是利用涡流工作,而家用微波炉是利用微波直接作用于食物。答案:acd3.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的,如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图,炉内放入被冶炼的金属,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.利用线圈中电流产生的磁场c.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流d.给线圈通电的同时,给炉内金属也通了电解析:高频感应炉的线圈通入高频交变电流时,产生变化的磁场,变化的磁场就能使金属中产生涡流,利用涡流的热效应加热进行冶炼。故选项c正确,选项a、b、d错误。答案:c4.(多选题)涡流电导仪利用涡流原理工作,当通有交变电流的检测线圈靠近被检工件时,工件表面出现电磁涡流,该涡流同时产生一个磁场,作用于检测线圈。若金属工件存在缺陷,就会改变涡流磁场的强度及分布,导致检测线圈电流发生变化,通过检测这个变化就可发现材料有无缺陷。关于涡流电导仪,以下说法正确的是()a.涡流电导仪也可以用于绝缘体的检测b.导体中产生的涡流,其频率与检测线圈中交变电流频率相同c.若金属工件存在裂缝,涡流磁场的强度会增大d.涡流产生磁场的同时,材料中也会产生电热解析:绝缘体中没有涡流产生,涡流电导体不能用于绝缘体的检测,选项a错误;根据法拉第电磁感应定律可知,导体中产生的涡流,其频率与检测线圈中交变电流频率相同,选项b正确;若金属工件存在裂缝,电阻增加,涡流磁场的强度减小,选项c错误;涡流产生磁场的同时,根据焦耳定律,材料中也会产生电热,故选项d正确。答案:bd5.(多选题)如图所示,光滑金属球从高h的曲面滚下,又沿曲面的另一侧上升,设金属球初速度为零,曲面光滑,则()a.若是匀强磁场,金属球滚上的高度小于hb.若是匀强磁场,金属球滚上的高度等于hc.若是非匀强磁场,金属球滚上的高度等于hd.若是非匀强磁场,金属球滚上的高度小于h解析:若磁场为匀强磁场,穿过金属球的磁通量不变,不产生感应电流,即无机械能向电能转化,机械能守恒,故选项a错误,选项b正确;若磁场为非匀强磁场,金属球内要产生电能,机械能减少,故选项d正确。答案:bd6.如图所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁铁,四个磁极之间的距离相等,当两块磁铁匀速向右通过线圈时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是()a.先向左、后向右b.先向左、后向右、再向左c.一直向右d.一直向左解析:根据楞次定律的“阻碍变化”和“来拒去留”,当两磁铁靠近线圈时,线圈要阻碍其靠近,线圈有向右移动的趋势,受木板的摩擦力向左,当磁铁远离时,线圈要阻碍其远离,仍有向右移动的趋势,受木板的摩擦力方向仍是向左的,故选项d正确。答案:d7.如图所示,条形磁铁从h高处自由下落,中途穿过一个固定的空心线圈,开关s断开时,至落地用时t1,落地时速度为v1;开关s闭合时,至落地用时t2,落地时速度为v2,则它们的大小关系正确的是()a.t1t2,v1v2b.t1=t2,v1=v2c.t1t2,v1v2d.t1v2解析:当开关s断开时,线圈中无感应电流,对磁铁无阻碍作用,故磁铁自由下落,a=g;当s闭合时,线圈中有感应电流阻碍磁铁下落,故ag所以t1v2,选项d正确。答案:d8.如图所示,蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕oo轴转动,当磁铁按如图所示方向绕oo轴转动时,线圈的运动情况是()a.俯视,线圈顺时针转动,转速与磁铁相同b.俯视,线圈逆时针转动,转速与磁铁相同c.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁的转速d.线圈静止不动解析:当磁铁转动时,由楞次定律知,线圈中有感应电流产生,以阻碍磁通量的增加,即感应电流的方向必定是使其受到的安培力的方向与磁铁转动方向相同,以减小磁通量的增加,因而线圈跟着转起来,但转速小于磁铁的转速,选项c正确。答案:c9.如图所示,质量m1=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m2=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,铝环向右偏转(阻碍相对运动)。(2)根据能量守恒,由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出穿过后的速度v=3.62hg=9m/s,w电=12m2v02-12m2v2-12m1v2=1.7j。答案:(1)铝环向右偏(2)1.7 j10.如图所示,质量为m、边长为l的正方形线框,从有界的匀强