高中物理第四章电磁感应第节涡流电磁阻尼和电磁驱动课时作业新人教版选修.doc

第7节涡流、电磁阻尼和电磁驱动
[随堂检测]
1.如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均可以自由绕OO′轴
转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁铁绕轴转动时，铜盘将( )
A．以相同的转速与磁铁同向转动
B．以较小的转速与磁铁同向转动
C．以相同的转速与磁铁反向转动
D．静止不动
解析：选B.因磁铁的转动，引起铜盘中磁通量发生变化而产生感应电流，进而受安培力作用而发生转动，由楞次定律可知安培力的作用是阻碍相对运动，所以铜盘与磁铁同向转动，又由产生电磁感应的条件可知，线圈中能产生电流的条件必须是磁通量发生变化，故铜盘转动方向与磁铁相同而转速小，所以正确选项是B.
2.(2018·重庆第二外国语学校月考)如图所示，一金属铜球用绝
缘细线挂于O点，将铜球拉离平衡位置并释放，铜球摆动过程中经过
有界的水平匀强磁场区域，若不计空气阻力，则( )
A．铜球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度
B．在进入和离开磁场时，铜球中均有涡流产生
C．铜球进入磁场后离最低点越近速度越大，涡流也越大
D．铜球最终将静止在竖直方向的最低点
解析：选B.铜球向右进入和穿出磁场时，会产生涡流，铜球中将产生焦耳热，根据能量守恒知铜球的机械能将转化为电能，所以回不到原来的高度了，故A错误；当铜球进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，均会产生涡流，故B正确；整个铜球进入磁场后，磁通量不发生变化，不产生涡流，即涡流为零，机械能守恒．离平衡位置越近速度越大，故C错误；在铜球不断经过磁场，机械能不断损耗过程中圆环越摆越低，最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动，因为在此区域内没有磁通量的变化(一直是最大值)，所以机械能守恒，即铜球最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，而不是静止在最低点，故D错误．
3.弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动
幅度不变．若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将
会发现( )
A．S闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变
B．S闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变
C．S闭合或断开，振幅变化相同
D ．S 闭合或断开，振幅都不发生变化
解析：选A.若S 断开，磁铁振动时穿过线圈的磁通量发生变化，但线圈中无感应电流，故振幅不变；若S 闭合，有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小，故选A.
4.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程
为y ＝x 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y
＝a 的直线(如图中的虚线所示)，一个小金属块从抛物线上y ＝b (b >a )处
以速度v 沿抛物线下滑，假设曲面足够长，则金属块在曲面上滑动的过
程中产生的焦耳热总量是( )
A ．mgb
B.12mv 2 C ．mg (b －a ) D ．mg (b －a )＋12mv 2
解析：选D.金属块在进出磁场过程中要产生感应电流，感应电流转化为内能，机械能要减少，上升的最大高度不断降低，最后刚好滑不出磁场，做往复运动永不停止，根据能量转化与守恒，整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失，即Q ＝ΔE ＝12mv 2
＋mg (b －a )，故D 正确．
[课时作业]
一、单项选择题
1．(2018·海南华侨中学三亚学校期末)下列做法中可以减小涡流产生的是( )
A ．在电动机、变压器的线圈中加入铁芯
B ．电动机、变压器内部铁芯都是由相互绝缘的硅钢片组成
C ．在电磁冶金中，把交变电流改成直流
D ．一些大型用电器采用特制的安全开关
解析：选B.在电动机、变压器中的线圈中加入铁芯，是为了增强线圈的磁通量，与涡流无关．故A 错误；在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，用相互绝缘的硅钢片叠合而成，其目的是为了减小涡流，故B 正确；在电磁冶金中，是利用涡流产生的热量，把交变电流改成直流则不能使用．故C 错误；一些大型用电器采用特制的安全开关是为了防止断电时由于自感产生的高压，与涡流无关，故D 错误．
2．(2018·甘肃天水一中月考)电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是( )
A ．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B ．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗
解析：选A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故A正确；直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故B错误；锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误．
3.甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO′旋转，当给两环
以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经过相同的时间后便
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：选B.由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变，穿过乙环的磁通量变化，所以甲环中不产生感应电流，乙环中产生感应电流．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．
4.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：选A.磁铁转动时，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．
5.如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以自由转动的铜盘(不计各
种摩擦)．现让铜盘转动，下面对观察到的现象描述及解释正确的是
( )
A．铜盘中既没有感应电动势又没有感应电流，铜盘将一直转动下去
B．铜盘中有感应电动势而没有感应电流，铜盘将一直转动下去
C．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下
D．铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
解析：选C.铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到电磁阻尼作用，机械能转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，C正确，A、B、D错误．
6．(2018·河南永年一中月考)安检门是一个用于安全检査的“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，关于这个安检门的以下说法正确的是( ) 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
解析：选B.安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中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，故D错误．
7.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，当磁铁按图示方向绕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：选C.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力矩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．如果转速相等，线圈中的磁通量不再变化，起“驱动”作用的安培力将消失．
二、多项选择题
8.如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A
点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确
的是( )
A．A、B两点在同一水平线上
B．A点高于B点
C．A点低于B点
D．铜环最终将做等幅摆动
解析：选BD.铜环在进入和穿出磁场的过程中，穿过环的磁通量发生变化，环中有感应电流产生，将损耗一定的机械能，所以A点高于B点，铜环的摆角会越来越小，最终出不了磁场，而做等幅摆动．
9．(2018·陕西西安一中期末)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( )
A．1是磁铁，在2中产生涡流
B．2是磁铁，在1中产生涡流
C．该装置的作用是使指针能很快地稳定
D．该装置的作用是使指针能够转动
解析：选BC.该装置为电磁阻尼，2是磁铁，1为闭合线框，当1切割磁感线在1中产生涡流，将动能转化成内能，从而使1很快的稳定，故B、C正确，A、D错误．
10.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，现将两圆管竖直固定在相同高度，将两个带相同磁性的小球同时从A管和B
管上端管口处无初速度释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．下
列对于两管的描述中可能正确的是( )
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：选AD.磁性小球穿过金属圆管过程中，将圆管看做许多金属圆环，小球的磁场使每个圆环中产生感应电流，根据楞次定律可知，小球向下运动的加速度小于重力加速度；小球在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．由以上分析可知，B
管中的小球后落地，说明磁性小球使B管产生了涡流，即B管一定是用金属导体材料制成的．故选项A、D正确．
11.(2018·河南驻马店联考)低频电涡流传感器可用来测量自动
化生产线上金属板的厚度．如图所示，在线圈L1中通以低频交变电流，
它周围会产生交变磁场，其正下方有一个与电表连接的线圈L2，金属
板置于L1、L2之间．线圈L1产生的变化磁场透过金属板，L2中会产生
感应电流．由于金属板厚度不同，吸收电磁能量强弱不同，导致L2
中感应电流的强弱不同．则( )
A．金属板吸收电磁能量，是由于穿过金属板的磁场发生变化，板中产生涡流
B．金属板越厚，涡流越弱
C．L2中产生的是直流电
D．L2中产生的是与L1中同频率的交变电流
解析：选AD.线圈L1产生的变化磁场使金属板产生涡流，所以A正确；金属板越厚，在变化的磁场作用下产生涡流越强，即B错误；线圈L1产生的是变化磁场，所以L2中产生的是与L1中同频率的交流电，故C错误，D正确．
12．(2018·江苏石庄高级中学期末)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．下列说法中正确的是( )
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：选ABC.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．
13．(2018·福建惠安嘉惠中学月考)电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流．它具有升温快、
效率高、体积小、安全性好等优点．下列关于电磁炉的说法中正确的是( )
A．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
C．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
D．可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率
解析：选AD.电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具．由高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成．使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生一交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热．所以电磁炉发热部分需要用铁锅底部，而不能用陶瓷材料，产生的热量可通过面板加热，故面板可采用陶瓷材料，A、D正确，B、C错误．
14．如图所示，金属球从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设球的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则( )
A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，球滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h
解析：选BD.若是匀强磁场，金属球从一侧滚上另一侧过程中，穿过金属球的磁通量没发生变化，所以金属球内无涡流产生，也就没有机械能的损失，在另一侧就能滚上原来的高度，故B正确，A错误．若是非匀强磁场，金属球滚动过程中，穿过金属球的磁通量发生变化，所以金属球内产生涡流，机械能损失转化为内能，故另一侧不能到达原来的高度，所以C错误，D正确．。