训练十 涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测素能提升训练（人教版2019）

训练十 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 基础练了见固应周 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 A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔 和安培定则来判定 B.该封口机可用干电池作为电源以方便携带 D.感生电场的电场线是闭合曲线，其方向 C.封口过程中温度过高，可通过适当减小 一定是沿逆时针方向 所通电流的频率来解决 2.为探讨磁场对脑部神经组织的影响及临床 D.该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质 医学应用，某小组查阅资料得知：将金属线 的容器封口，但不适用于金属容器 圈放置在头部上方几厘米处，给线圈通以上 4.(多选)物理课上，老师做了一个“电磁阻尼 千安培、历时约几毫秒的脉冲电流，电流流 摆”的实验：如图甲所示，A、B两摆在通过 经线圈产生瞬间的高强度脉冲磁场，磁场穿 磁场时，A摆很快停下来，B摆摆动了很长 过头颅对脑部特定区域产生感生电场及感 的一段时间。图乙是小明同学另找器材再 应电流，从而对脑1个 来探究此实验的装置：C是由摆片和细杆组 神经产生电刺激作 成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之 用，其装置如图所 示。同学们讨论得 间，当绕在电磁铁上的励磁线圈未通电时， 出的下列结论正确的是 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 A.脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场 连接好电路，多次重复实验，均没出现摆动 是电磁感应现象 迅速停止的现象。对比老师的演示实验，下 B.脉冲磁场在线圈周围空间产生感生电场 列四个选项中，正确的说法是 () 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 电源 电流时间，则在脑部产生的感生电场及 感应电流会增强 3.(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用 甲 在医药、食品、化工等生产行业的产品封口 A.老师实验中，A摆很快停下来的原因是 环节中，一手持式封口机如图所示。它的工 摆上产生了感应电流 作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁 B.老师实验中，B摆很长时间才停下来的原 场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产 因是摆上没有产生感应电流 生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔 C.小明同学没有成功的原因可能是所选线 化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容 圈的匝数过多 器的封口处，达到迅速封口的目的。下列有 D,小明同学没有成功的原因可能是摆的材 关说法正确的是 质是塑料的 37 ●高中物理·选择性必修第二册（人教版 5.太空单车是利用电磁阻尼的一种体育锻炼： 能力练了素养提升 器材。某同学根据电磁学的相关知识，设计 7.如图所示，磁性转速表是利用电磁驱动原理 了这样的单车原理图：在铜质轮子的外侧有 工作的。下列说法正确的是 () 一些磁铁（与轮子不接触），人在健身时带动 A.在电磁驱动的过 ,指针 永久磁体转轴 轮子转动，磁铁会对轮子产生阻碍，磁铁与 程中，其他形式 轮子间的距离可以改变，则下列说法正确的 是 的能转化为机 械能 A.轮子受到的阻力大 游丝 铝盘 小与其材料电阻率铜质轮 B.铝盘中产生感应电流，因受洛伦兹力作 无关 用而转动 B.若轮子用绝缘材料 C.永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两 替换，也能保证相 磁铁「 者同速转动 同的效果 D.永久磁体和铝盘应装在同一转轴上，两 C.轮子受到的阻力主要来源于铜质轮内产 者转动方向相反 生的感应电流受到的安培力 8.车速表是用来测量车辆瞬时速度的一种装 D.磁铁与轮子间距离不变时，轮子转速越 置，其工作原理如图所示。永久磁体固定在 大，受到的阻力越小 驱动轴上，当车运动时，驱动轴会带动磁体 6.如图所示，光滑弧形轨道 转动，由于电磁感应，由金属做成的速度盘 和一足够长的光滑水平轨 也会随之转动，从而带动指针指示出相应的 道相连，水平轨道上方有 速度。则下列说法正确的是 () 一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线 指针 管A。在弧形轨道上高为h的地方，无初速 速度盘 度释放一磁体B(可视为质点)，B下滑至水 永久磁体 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 累动轴 度分别为vA、阳。求： (1)螺线管A将向哪个方向运动？ A.速度盘和磁体将以相同的角速度同时 (2)全过程中整个电路所消耗的电能是 转动 多少？ 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 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 () 28 A.该小组设计原理有问 线圈A 会沿直导轨运动。设直导轨间距为= 题，当电梯突然坠落时， 0.4m,B1=B2=1T,磁场运动速度v= 该装置不可能起到阻碍 5m/s,金属框的电阻R=22。试回答下 线圈B 电梯下落的作用 列问题： B.当电梯突然坠落时，该 B B2 6 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 (1)金属框为什么会运动？若金属框不受 D.当电梯坠落至永久磁体在图示位置时， 阻力，将如何运动？ 已经穿过闭合线圈A,所以闭合线圈A (2)当金属框始终受到f=1N的阻力时， 不会阻碍电梯下落，只有闭合线圈B阻 金属框的最大速度是多少？ 碍电梯下落 (3)当金属框始终受到f=1N的阻力时， 10.(多选)涡流检测是工业上 要使金属框维持最大速度，每秒钟需消耗 无损检测的方法之一。如 多少能量？这些能量是谁提供的？ 图所示，线圈中通以一定频 率的正弦交流电，靠近待测 待测工件 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 11.某同学设计了一个电 中 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 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。沿直线向右运动时，金属框也 29Bw,,圆环所受的安培力F要=BI·2πR,圆环的加速 a=mB-F,m=d·2mR·w2,则a=g-°,C错度( 误；当重力等于安培力时圆环速度达到最大，此时 a=0, 0=gd,D正确。可得 9.AC 由题意可知，两棒组成的系统动量守恒，由动量守 2,恒定律得 mv?=2mv,最终两棒共速，速度为- ,此时电 路中电流为0,故C正确，D错误；由C知，I不是线性变 化，又由II=p(R 为每个棒的电阻)知，v不是线性变,化,v?是逐渐减小到v?是逐渐增大到 ,故 A正确， B错误。 10.AD 棒匀速上升的过程有三个力做功：恒力F做正 功、重力G做负功、安培力 F。做负功。根据动能定理 得W=W,+W?+W安=0,故 A正确，B错误；恒力F 与重力G的合力所做的功等于棒克服安培力做的功， 而棒克服安培力做的功等于回路中电能(最终转化为 焦耳热)的增加量，克服安培力做功与焦耳热不能重复 考虑，故C错误，D正确。 11.BC 由于金属杆进入两个磁场的速度相等，而穿出磁 场后金属杆做加速度为g的匀加速运动，所以金属杆 进入磁场时应做减速运动，加速度方向竖直向上，A错 误，B正确；从进入磁场I瞬间到进入磁场Ⅱ瞬间过程 中，根据能量守恒，金属杆减少的机械能全部转化为焦 耳热，所以Q?=mg·2d,所以穿过两个磁场过程中产 生的热量为4mgd,C正确；若金属杆进入磁场做匀速 R-mg=0,得o=mgR,运动，则 ,因金属杆进入磁 Be,场做减速运动，则金属杆进入磁场的速度大于 ,根 据h= h>2BR=得金属杆进入磁场的高度 2BsF,D错误。 12.解析(1)当导体棒的速度为v时，导体棒产生的感应 电动势为 E=Bdv, I=R+r=Rdr。根据闭合电路欧姆定律可得 L2(2)当列车前进 时，设速度为 v?,根据动量定理可得 -BI?d·t?=mv?-mto, 又a=-t 联立解得v?=0-2mB(R+ (3)列车从进入磁场到停止运动，根据动量定理可得 -BIdt=0-mv?, 又q=i=Rdr, a=mG'R+。联立解得 Rdr(2)-2m(R+r(3)mCR+”答案(1) 训练十 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 1.AC 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。 2.D 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。 3.CD 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。 4.AD 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。 5.C 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。 6.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 34 mgh=2Moa2+2mv,2+E。 即Ee=mgh-1Mo,2-2mvg2。 答案(1)向右运动(2)mgh--Mo2-2mv2 7.A 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。 8.C 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。 9.C 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。 10.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。 11.A 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。 12.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5m/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=1N的阻力时，达到最大速 度 vm时受力平衡，有f= F委=2BI,式中 I= BR—0,(v—vm)为磁场运动速度和金属框最大速 vm=0-4Bp=1.875m/s。度之差，即相对速度，所以 (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 =2BR-m)=2×1×0.4×(5-1.875)A=1.25 A, 所以P=[(1.25)2×2+1×1.875] W=5W,则每秒 钟需消耗5J能量，这些能量是由磁场提供的。 答案(1)见解析(2)1.875m/s (3)5J 能量是由磁场提供的 训练十一 互感和自感 1.CD 自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电 动势的大小、电流变化快慢无关，A、B错误。根据楞次 定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当 原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，C正确。 根据法拉第电磁感应定律，电流变化越快，磁通量变化 越快，自感系数不变，自感电动势越大，D正确。 2.C 根据楞次定律，当原电流增大时，感应电动势与原 电流方向相反；当原电流减小时，感应电动势与原电流 方向相同，故 A错误。在自感系数一定的条件下，根据 法拉第电磁感应定律，则有：通过导体的电流的变化率 越大，产生的自感电动势越大，与电流大小及电流变化 的大小无关，故B错误，C正确。自感系数由线圈自身 决定，与其他因素无关，故D错误。 35