2020版高中物理 第四章 7 渦流、電磁阻尼和電磁驅動練習（含解析）新人教版選修3-2

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1、7　渦流、電磁阻尼和電磁驅動 1.如圖為手機無線充電的原理圖,下列哪種裝置的工作原理與其相同(　A　) A.電磁爐 B.電動機 C.回旋加速器 D.速度選擇器 解析:手機無線充電及電磁爐均應用了電磁感應原理;而電動機是導線在磁場中受力;回旋加速器利用電場的加速及磁場中的偏轉;速度選擇器采用的是帶電粒子在復合場中的運動;故選項A正確. 2.(2019·山東滕州月考)物理課上,老師做了一個“電磁阻尼”實驗:如圖所示,彈簧上端固定,下端懸掛一個磁鐵,將磁鐵托起到某一高度后放開,磁鐵能上下振動較長時間才停下來;如果在磁鐵下方放一個固定的鋁制圓環(huán),使磁極上下振動時穿過它

2、,磁鐵就會很快地停下來.某同學另找器材再探究此實驗.他安裝好器材,經反復實驗后發(fā)現(xiàn):磁鐵下方放置圓環(huán),并沒有對磁鐵的振動產生影響,對比老師演示的實驗,其原因可能是(　D　) A.彈簧的勁度系數太小 B.磁鐵的質量太小 C.磁鐵的磁性太強 D.圓環(huán)的材料與老師用的不同 解析:只要能夠產生感應電流,都能對磁鐵的運動產生阻礙作用,選項A,B,C錯誤;若圓環(huán)的材料為非金屬材料,不能產生感應電流,無法對磁鐵產生阻礙作用,故選項D正確. 3.如圖所示,一個閉合的矩形金屬框abcd與一根絕緣輕桿B相連,輕桿上端O點是一個固定轉軸,轉軸與線框平面垂直,線框靜止時恰位于蹄形磁鐵的正中央,線框平面

3、與磁感線垂直.現(xiàn)將線框從靜止釋放,在左右擺動過程中,線框受到磁場力的方向是(　B　) A.向左擺動的過程中,受力方向向左;向右擺動的過程中,受力方向向右 B.向左擺動的過程中,受力方向向右;向右擺動的過程中,受力方向向左 C.向左擺動的過程中,受力方向先向左后向右;向右擺動的過程中,受力方向先向右后向左 D.擺動過程中始終不受力 解析:從阻礙相對運動的角度來看,由于磁通量的變化是由線框和磁場間做相對運動引起的,因此感應電流的磁場總是阻礙線框相對磁場的運動.要阻礙相對運動,磁場對線框因產生感應電流而產生的作用力——安培力一定和相對運動的方向相反,即線框向左擺動時受安培力方向向右,線

4、框向右擺動時受安培力方向向左,所以選項B正確. 4.(多選)電磁爐采用感應電流(渦流)的加熱原理,是通過電子線路產生交變磁場,把鐵鍋放在面板上時,在鐵鍋底部產生交變的電流.它具有升溫快、效率高、體積小、安全性好等優(yōu)點.下列關于電磁爐的說法中正確的是(　AD　) A.電磁爐面板可采用陶瓷材料,發(fā)熱部分為鐵鍋底部 B.電磁爐面板可采用金屬材料,通過面板發(fā)熱加熱鍋內食品 C.電磁爐可以用陶瓷器皿作為鍋具對食品加熱 D.可以通過改變電子線路的頻率來改變電磁爐的功率 解析:電磁爐是利用電磁感應加熱原理制成的烹飪器具.由高頻感應加熱線圈、高頻電力轉換裝置、控制器及鐵磁材料鍋底炊具等部分組成

5、.使用時,加熱線圈中通入交變電流,線圈周圍便產生一交變磁場,交變磁場的磁感線大部分通過金屬鍋體,在鍋底中產生大量渦流,從而產生烹飪所需的熱.所以電磁爐發(fā)熱部分為鐵鍋底部,不能用陶瓷材料,產生的熱量不通過面板加熱,故面板可采用陶瓷材料,選項A,D正確,B,C錯誤. 5.如圖所示,條形磁鐵從h高處自由下落,中途穿過一個固定的空心線圈,開關S斷開時,至落地用時t1,落地時速度為v1;開關S閉合時,至落地用時t2,落地時速度為v2,則它們的大小關系正確的是(　D　) A.t1>t2,v1>v2 B.t1=t2,v1=v2 C.t1v2 解析:當開關

6、S斷開時,線圈中無感應電流,對磁鐵無阻礙作用,故磁鐵自由下落,a=g;當S閉合時,線圈中有感應電流阻礙磁鐵下落,故av2,選項D正確. 6.甲、乙兩個完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO′旋轉,當給以相同的初始角速度開始轉動后,由于阻力,經相同的時間后停止;若將環(huán)置于磁感應強度B大小相同的勻強磁場中,甲環(huán)的轉軸與磁場方向平行,乙環(huán)的轉軸與磁場方向垂直,如圖所示,當甲、乙兩環(huán)同時以相同的角速度開始轉動后,則下列判斷正確的是(　B　) A.甲環(huán)先停 B.乙環(huán)先停 C.兩環(huán)同時停下 D.無法判斷兩環(huán)停止的先后 解析:由于轉動過程中穿過甲環(huán)的磁通量不變,穿過乙環(huán)的變化,所

7、以甲環(huán)中不產生感應電流,乙環(huán)產生.乙環(huán)的機械能不斷地轉 化為電能,最終轉化為焦耳熱散失掉,所以乙環(huán)先停下來,故 B正確. 7.(多選)渦流檢測是工業(yè)上無損檢測的方法之一.如圖所示,線圈中通以一定頻率的正弦式交變電流,靠近待測工件時,工件內會產生渦流,同時線圈中的電流受渦流影響也會發(fā)生變化.下列說法中正確的是(　ABC　) A.渦流的磁場總是要阻礙穿過工件磁通量的變化 B.渦流的頻率等于通入線圈的交變電流的頻率 C.通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力 D.待測工件可以是塑料或橡膠制品 解析:根據楞次定律得知:感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化,故渦流的

8、磁場總是要阻礙穿過工件磁通量的變化,選項A正確;感應電流的頻率與原電流的頻率是相同的,渦流的頻率等于通入線圈的交變電流的頻率,選項B正確;因為線圈交變電流是周期變化的,故在工件中引起的交變電流也是周期性變化的,可知通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力,選項C正確;電磁感應只能發(fā)生在金屬物體上,故待測工件只能是金屬制品,選項D錯誤. 8.(2018·福建莆田期中)如圖所示,Ⅰ是豎直放置的閉合的接有毫安表的螺線管,Ⅱ是懸掛在彈簧下端的(不大)強磁鐵棒,現(xiàn)使之在Ⅰ中振動.試用能量轉化和守恒的觀點分析將會出現(xiàn)什么 現(xiàn)象,并說明原因. 答案:由于磁鐵棒Ⅱ在線圈中振動,線圈Ⅰ內磁通量不斷發(fā)

9、生變化,從而產生感應電流,毫安表指針偏轉.此過程中由于機械能向電能不斷轉化,磁鐵棒的振幅不斷減小,直至停止振動,原振動的能量全部轉化為電能在線圈中消耗. 9.(多選)如圖(甲)所示的是工業(yè)上探測物件表面層內部是否存在缺陷的渦流探傷技術,其原理是用線圈使物件內產生渦電流,借助探測線圈測定渦電流的改變,從而獲得物件內部是否斷裂及位置的信息.如圖(乙)所示的是一個帶鐵芯的線圈L、開關S和電源用導線連接起來的跳環(huán)實驗裝置,將一個套環(huán)置于線圈L上且使鐵芯穿過其中,閉合開關S的瞬間,套環(huán)將立刻跳起.關于對以上兩個運用實例的理解正確的是(　BC　) A.渦流探傷技術運用了互感原理,跳環(huán)實驗演示了

10、自感現(xiàn)象 B.能被探測的物件和實驗所用的套環(huán)必須是導電材料 C.渦流探傷技術中的線圈所連接電源必須是變化的交流電源 D.渦流探傷技術中的線圈所連接電源也可以是直流電源 解析:渦流探傷技術運用了互感原理,跳環(huán)實驗演示了互感現(xiàn)象,選項A錯誤;能被探測的物件和實驗所用的套環(huán)必須是導電材料,選項B正確;渦流探傷技術中的線圈所連接的必須是交流電源,選項C正確,D錯誤. 10.(多選)“電磁感應鋁箔封口機”被廣泛應用在醫(yī)藥、食品、化工等生產行業(yè)的產品封口環(huán)節(jié)中,一手持式封口機,它的工作原理是:當接通電源時,內置線圈產生磁場,當磁感線穿過封口鋁箔材料時,瞬間產生大量小渦流,致使鋁箔自行快速發(fā)熱,熔

11、化復合在鋁箔上的溶膠,從而粘貼在承封容器的封口處,達到迅速封口的目的.下列有關說法正確的是(　CD　) A.封口材料可用普通塑料來代替鋁箔 B.該封口機可用干電池作為電源以方便攜帶 C.封口過程中溫度過高,可適當減小所通電流的頻率來解決 D.該封口機適用于玻璃、塑料等多種材質的容器封口,但不適用于金屬容器 解析:由于封口機利用了電磁感應原理,故封口材料必須是金屬類材料,而且電源必須是交流電,A,B錯誤;減小內置線圈中所通電流的頻率可降低封口過程中產生的熱量,即控制溫度,C正確;封口材料應是金屬類材料,但對應被封口的容器不能是金屬,否則同樣會被熔化,只能是玻璃、塑料等材質,D正確.

12、11.(2019·河南焦作檢測)如圖所示,一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細線懸掛于O點,將圓環(huán)拉離平衡位置并釋放,使圓環(huán)在豎直平面內擺動,擺動過程中經過有界的水平勻強磁場區(qū)域,A,B為該磁場的豎直邊界,不計空氣阻力,則(　B　) A.圓環(huán)穿過磁場后,還能擺至原來的高度 B.在進入和離開磁場時,圓環(huán)中均有感應電流 C.圓環(huán)進入磁場后離平衡位置越近速度越大,感應電流也越大 D.圓環(huán)最終將靜止在平衡位置 解析:當金屬環(huán)擺動的范圍超出磁場時,金屬環(huán)進出磁場時,穿過環(huán)的磁通量變化,產生感應電流,從而產生焦耳熱,損失機械能,擺動幅度越來越小,選項A錯誤,B正確.當金屬環(huán)完全在磁場中運動時,穿過金屬環(huán)的

13、磁通量不發(fā)生變化,環(huán)中無感應電流,機械能無損失,擺動幅度不再變化,選項C,D錯誤. 12.著名物理學家弗曼曾設計過一個實驗,如圖所示.在一塊絕緣板的中部安裝一個線圈,線圈接有電源,板的四周有許多帶負電的小球,整個裝置支撐起來,忽略各處的摩擦,當電源接通的瞬間,下列關于圓盤的說法中正確的是(　A　) A.圓盤將逆時針轉動 B.圓盤將順時針轉動 C.圓盤不會轉動 D.無法確定圓盤是否會動 解析:線圈接通電源瞬間,產生向上的磁場,向上增大的磁場產生順時針方向的感生電場,因為小球帶負電,小球受到的電場力與電場方向相反,則有逆時針方向的電場力,故圓盤將沿逆時針方向轉動.A正確. 13.

14、在水平面上放置兩個完全相同的帶中心軸的金屬圓盤,它們彼此用導線把中心軸和對方圓盤的邊緣相連接,組成電路如圖所示,一勻強磁場穿過兩圓盤垂直向外,若不計一切摩擦,當a盤在外力作用下做逆時針轉動時,轉盤b(　B　) A.沿與a盤相同的方向轉動 B.沿與a盤相反的方向轉動 C.轉動的角速度可能大于a盤的角速度 D.轉動的角速度可能等于a盤的角速度 解析:如圖所示,金屬圓盤可看做由多根金屬輻條組成,a盤在外力作用下逆時針轉動時,圓盤切割磁感線,由右手定則知,電動勢方向為由O1→A,在閉合電路中有方向為O1AO2BO1的感應電流,而對b盤,由左手定則和能的轉化和守恒定律知,b盤順時針轉動且其

15、轉動的角速度一定小于a盤的角速度,選項B正確. 14.如圖所示,一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落,穿過一根豎直懸掛的條形磁鐵(質量為m),銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸始終保持重合,則懸掛磁鐵的繩子中拉力F隨時間t變化的圖象可能是(　B　) 解析:銅環(huán)閉合,銅環(huán)在下落過程中,穿過銅環(huán)的磁通量不斷變化,銅環(huán)中產生感應電流;由楞次定律可知,感應電流總是阻礙磁體間的相對運動,當銅環(huán)在磁鐵上方時,感應電流阻礙銅環(huán)靠近磁鐵,給銅環(huán)一個向上的安培力,因此拉力大于重力;當銅環(huán)位于磁鐵下方時,銅環(huán)要遠離磁鐵,感應電流阻礙銅環(huán)的遠離對銅環(huán)施加一個向上的安培力,則拉力大于重力;當銅環(huán)處于磁鐵中部

16、時,磁通量不變,則沒有感應電流,沒有安培力,因此拉力等于重力,故A,C,D錯誤,B正確. 15.如圖所示,水平放置的光滑導軌MN,PQ上放有長為L、電阻為R、質量為m的金屬棒ab,導軌左端與內阻不計、電動勢為E的電源組成回路,整個裝置放在豎直向上的勻強磁場中,磁感應強度為B,導軌電阻不計且足夠長,并與開關S串聯(lián).求閉合開關后,金屬棒可達到的最大速度. 解析:閉合開關后,金屬棒在安培力的作用下向右運動.當金屬棒的速度為v時,產生的感應電動勢E=BLv,它與電源電動勢方向相反,從而導致電路中的電流減小,安培力減小,金屬棒的加速度減小,即金屬棒做加速度越來越小的變加速運動.當加速度為零時,金屬棒的速度達到最大值,金屬棒產生的感應電動勢與電源電動勢大小相等,回路中電流為零,此后導體棒將以這個最大的速度做勻速直線運動.金屬棒速度最大時,有E=BLvm,解得vm=. 答案: - 6 -