第2章 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动(word练习)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

训练十 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 [对应素能提升训练第27页] 1.（多选）下列说法正确的是 （　　） A.感生电场由变化的磁场产生 B.恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场 C.感生电场的方向也同样可以用楞次定律和安培定则来判定 D.感生电场的电场线是闭合曲线,其方向一定是沿逆时针方向 解析　磁场变化时在空间激发感生电场,其方向与所产生的感应电流方向相同,可由楞次定律和安培定则判断,故A、C正确,B、D错误。 答案　AC 2.为探讨磁场对脑部神经组织的影响及临床医学应用，某小组查阅资料得知：将金属线圈放置在头部上方几厘米处，给线圈通以上千安培、历时约几毫秒的脉冲电流，电流流经线圈产生瞬间的高强度脉冲磁场，磁场穿过头颅对脑部特定区域产生感生电场及感应电流，从而对脑神经产生电刺激作用，其装置如图所示。同学们讨论得出的下列结论正确的是（　　） A.脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电磁感应现象 B.脉冲磁场在线圈周围空间产生感生电场是电流的磁效应 C.若将脉冲电流改为恒定电流，可持续对脑神经产生电刺激作用 D.若脉冲电流最大强度不变，但缩短脉冲电流时间，则在脑部产生的感生电场及感应电流会增强 解析　脉冲电流流经线圈会产生高强度的脉冲磁场是电流的磁效应，故A错误；脉冲磁场在线圈周围空间产生感生电场是电磁感应现象，故B错误；若将脉冲电流改为恒定电流，恒定电流产生恒定的磁场，恒定磁场不会产生感生电场，故C错误；若脉冲电流最大强度不变，但缩短脉冲电流时间，脉冲电流产生的磁场变化加快，磁感应强度的变化率增大，感应电动势增大，在脑部产生的感生电场及感应电流会增强，故D正确。 答案　D 3.（多选）“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，一手持式封口机如图所示。它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是（　　） A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 C.封口过程中温度过高，可通过适当减小所通电流的频率来解决 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器 解析　由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电源，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确。 答案　CD 4.（多选）物理课上，老师做了一个“电磁阻尼摆”的实验：如图甲所示，A、B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。图乙是小明同学另找器材再来探究此实验的装置：C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，摆动应当迅速停止。他连接好电路，多次重复实验，均没出现摆动迅速停止的现象。对比老师的演示实验，下列四个选项中，正确的说法是 （　　） 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，B摆很长时间才停下来的原因是摆上没有产生感应电流 C.小明同学没有成功的原因可能是所选线圈的匝数过多 D.小明同学没有成功的原因可能是摆的材质是塑料的 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，故A正确；老师实验中，B摆是针状的，不易产生涡流，产生的感应电流可以忽略不计，所以B摆很长时间才停下来，故B错误；线圈的匝数越多，摆受到的阻碍作用应该越明显，则摆越容易停下来，故C错误；如果摆的材质是塑料的，则不会产生感应电流，摆不会受到磁场力作用，不会很快停下来，故D正确。 答案　AD 5.太空单车是利用电磁阻尼的一种体育锻炼器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计了这样的单车原理图：在铜质轮子的外侧有一些磁铁（与轮子不接触），人在健身时带动轮子转动，磁铁会对轮子产生阻碍，磁铁与轮子间的距离可以改变，则下列说法正确的是 （　　） A.轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关 B.若轮子用绝缘材料替换，也能保证相同的效果 C.轮子受到的阻力主要来源于铜质轮内产生的感应电流受到的安培力 D.磁铁与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越小 解析　轮子在磁场中做切割磁感线运动，会产生感应电动势和感应电流，轮子中感应电流受到安培力，阻碍轮子与磁场之间的相对运动，而安培力大小与材料电阻率有关，A错误，C正确；若轮子用绝缘材料替换，轮子中不能产生感应电流，B错误；磁铁与轮子间的距离不变时，轮子转速越大，产生的感应电流越大，轮子受到的阻力越大，D错误。故选C。 答案　C 6.如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上高为h的地方，无初速度释放一磁体B（可视为质点），B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动。设A、B的质量分别为M、m，最终A、B速度分别为vA、vB。求： （1）螺线管A将向哪个方向运动？ （2）全过程中整个电路所消耗的电能是多少？ 解析　（1）磁体B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动。 （2）全过程中，磁体减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，所以 mgh＝MvA2＋mvB2＋E电。 即E电＝mgh－MvA2－mvB2。 答案　（1）向右运动　（2）mgh－MvA2－mvB2 7.如图所示，磁性转速表是利用电磁驱动原理工作的。下列说法正确的是（　　） A.在电磁驱动的过程中，其他形式的能转化为机械能 B.铝盘中产生感应电流，因受洛伦兹力作用而转动 C.永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者同速转动 D.永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两者转动方向相反 解析　在电磁驱动的过程中，通过安培力做功消耗电能转化为机械能，故A正确；当永久磁体随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中产生感应电流，这时永久磁体的磁场会对铝盘上的感应电流有安培力的作用，使指针转动，由于弹簧游丝的作用，指针会稳定在某一刻度上，故B错误；永久磁体固定在右侧转轴上，铝盘固定在指针所连左侧转轴上，铝盘和永久磁体不在同一转轴上，两者转动不是同步的，故C错误；该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，永久磁体转动后，铝盘的转动总是阻碍穿过铝盘的磁通量的变化，因此与永久磁体转动方向相同，故D错误。 答案　A 8.车速表是用来测量车辆瞬时速度的一种装置，其工作原理如图所示。永久磁体固定在驱动轴上，当车运动时，驱动轴会带动磁体转动，由于电磁感应，由金属做成的速度盘也会随之转动，从而带动指针指示出相应的速度。则下列说法正确的是（　　） A.速度盘和磁体将以相同的角速度同时转动 B.在速度盘转动过程中，穿过整个速度盘的磁通量发生了变化 C.速度盘中产生感应电流而受到安培力，驱使速度盘转动 D.速度盘中的感应电流是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的 解析　由电磁驱动原理知，当磁体开始转动时，速度盘也会随磁体发生转动，但会略有滞后，故A错误；在速度盘转动的过程中，穿过整个速度盘的磁通量不发生变化，故B错误；当磁体转动时，速度盘中会产生感应电流，在磁体产生的磁场中受到安培力，安培力驱使速度盘转动，故C正确；速度盘中的感应电流是由电磁感应产生的，不是速度盘中的自由电子随圆盘转动形成的，故D错误。故选C。 答案　C 9.为了防止电梯失控从高空坠落的事故发生，某课外研究性学习小组积极投入如何防止电梯坠落的设计研究中。所设计的防止电梯坠落的应急安全装置如图所示，在电梯轿厢上安装上永久磁体，电梯的井壁上铺设线圈，该学习小组认为能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是（　　） A.该小组设计原理有问题，当电梯突然坠落时，该装置不可能起到阻碍电梯下落的作用 B.当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中 C.当电梯坠落至永久磁体在图示位置时，闭合线圈A、B中电流方向相反 D.当电梯坠落至永久磁体在图示位置时，已经穿过闭合线圈A，所以闭合线圈A不会阻碍电梯下落，只有闭合线圈B阻碍电梯下落 解析　当电梯突然坠落时，线圈内的磁感应强度发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍永久磁体的相对运动，可起到阻碍电梯下落的作用，故A错误；该安全装置不能阻止永久磁体的运动，故B错误；当电梯坠落至永久磁体在题图位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，闭合线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知闭合线圈A、B中感应电流方向相反，故C正确；结合对A的分析可知，当电梯坠落至永久磁体在题图位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故D错误。 答案　C 10.（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　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,待测工件只能是金属制品,故D错误。 答案　ABC 11.某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图所示，若发现钻头M突然向右运动，则可能是（　　） A.开关S由断开到闭合的瞬间 B.开关S由闭合到断开的瞬间 C.保持开关S闭合，滑动变阻器的滑片P加速向右滑动 D.保持开关S闭合，滑动变阻器的滑片P匀速向右滑动 解析　若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管互相排斥，根据楞次定律可知，可能是开关S由断开到闭合的瞬间或开关S闭合且滑动变阻器的滑片P向左滑动，选项A正确。 答案　A 12.磁悬浮列车的原理如图所示，在水平面上，两根平行直导轨间有竖直方向且等距离的匀强磁场，大小分别为B1和B2，方向相反，导轨上有金属框abcd，当匀强磁场同时以速度v沿直线向右运动时，金属框也会沿直导轨运动。设直导轨间距为l＝0.4 m，B1＝B2＝1 T，磁场运动速度v＝5 m/s，金属框的电阻R＝2 Ω。试回答下列问题： （1）金属框为什么会运动？若金属框不受阻力，将如何运动？ （2）当金属框始终受到f＝1 N的阻力时，金属框的最大速度是多少？ （3）当金属框始终受到f＝1 N的阻力时，要使金属框维持最大速度，每秒钟需消耗多少能量？这些能量是谁提供的？ 解析　（1）因为磁场向右运动，金属框相对于磁场向左运动，于是金属框ad、bc两边切割磁感线产生感应电流，当金属框在题图中实线位置时，由右手定则和左手定则可知，产生逆时针方向的电流，金属框受到向右的安培力作用，所以金属框跟随匀强磁场向右运动。同理可知，如果金属框处于题图中虚线位置，则产生顺时针方向的感应电流，金属框所受安培力方向仍然是向右的，故只要两者处于相对运动状态，金属框就始终受到向右的安培力作用。金属框开始时处于静止状态（对地），受安培力作用后，向右做加速运动，若金属框不受阻力，当速度增大到5 m/s时，金属框相对磁场静止，做匀速运动。 （2）当金属框始终受到f＝1 N的阻力时，达到最大速度vm时受力平衡，有f＝F安＝2BIl，式中I＝，（v－vm）为磁场运动速度和金属框最大速度之差，即相对速度，所以vm＝v－＝1.875 m/s。 （3）消耗的能量一是转化为金属框的内能，二是克服阻力做功，所以消耗能量的功率为P＝I2R＋fvm，式中I＝＝A＝1.25 A， 所以P＝W＝5 W，则每秒钟需消耗5 J能量，这些能量是由磁场提供的。 答案　（1）见解析　（2）1.875 m/s　（3）5 J　能量是由磁场提供的 学科网（北京）股份有限公司 $$