课时梯级训练(11) 涡流 电磁阻尼 电磁驱动（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

课时梯级训练(11)　涡流　电磁阻尼　电磁驱动 1．如图所示，关于下列器材的原理和用途，下列说法中正确的是(　　) A．变压器可以改变交流电压，但不能改变频率 B．扼流圈对交流有阻碍作用是因为线圈存在电阻 C．真空冶炼炉的工作原理是炉体产生涡流，涡流产生热量使炉内金属熔化 D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁驱动的作用 A　解析：变压器可以改变交流电压，但不能改变频率，A正确；扼流圈对交流有阻碍作用是因为线圈对交变电流存在感抗，B错误；真空冶炼炉的工作原理是电磁感应，在冶炼金属矿石中产生涡流，涡流产生热量使炉内金属熔化，C错误；磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用，D错误。 2.(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 ABC　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，故在工件中引起的涡流也是周期性变化的，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。 3．如图所示为实验室所用的某种灵敏天平，安装在天平臂一端(图中的右端)的金属片置于蹄形磁铁的两个磁极之间，该装置有利于振动的天平臂迅速平静下来，现因物体放置在秤上引起天平臂的摆动带动金属片上下运动，则以下说法正确的是(　　) A.当金属片上下运动时，由于穿过金属片的磁通量没有发生变化，因此金属片中没有感应电流 B．当金属片上下运动时，金属片中会产生逆时针方向的涡流 C．当金属片向上运动时，金属片受到向下的磁场力 D．由于当金属片在上下运动，受到的磁场力总是阻碍金属片的运动，使其机械能转化为内能，导致物体质量测量值偏小 C　解析：当金属片上下运动时，穿过金属片的磁通量发生变化，因此金属片中有感应电流，A错误；当金属片上下运动时，金属片中会产生方向相反的涡流，B错误；当金属片向上运动时，根据楞次定律可知，金属片受到向下的磁场力，C正确；由于当金属片在上下运动，受到的磁场力总是阻碍金属片的运动，使其机械能转化为内能，尽快平静下来，不会影响物体质量的测量，D错误。 4．灵敏电流计的零刻度位于刻度盘中央，为了使灵敏电流计的指针在零刻度附近快速停下，实验小组的同学设计利用“电磁阻尼”来实现这一目的。他们设计了如图所示的甲、乙两种方案，甲方案和乙方案中的相同磁场均位于零刻度线下方，甲方案在指针转轴上装上扇形铝板，乙方案在指针转轴上装上扇形铝框，下列说法正确的是(　　) A．因为铝框较铝板质量小，所以乙方案比甲方案更加合理 B．乙方案中，铝框小幅度摆动时一定会产生感应电流 C．甲方案中，即使铝板摆动幅度很小，铝板中也能产生涡流 D．因为穿过铝框的磁通量更大，所以乙方案更合理 C　解析：甲方案中，铝板摆动时，扇形铝板的半径切割磁感线，即使铝板摆动幅度很小，在铝板内也能形成涡流，起电磁阻尼的作用，指针能很快停下来；乙方案中，当指针偏转角度较小时，铝框中磁通量不变，不能产生感应电流，起不到电磁阻尼的作用，指针不能很快停下，因此甲方案更合理，C正确，ABD错误；故选C。 5.如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴顺时针匀速转动，现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，以下说法正确的是(　　) A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越不易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 D　解析：将金属圆盘看成由无数金属辐条组成，金属圆盘顺时针匀速转动时，根据右手定则判断可知：圆盘上的感应电流由圆心流向边缘，所以靠近圆心处电势低，A错误；根据法拉第电磁感应定律可知，金属圆盘产生的感应电动势为BLv，所以所加磁场越强，产生的感应电动势越大，感应电流越大，圆盘受到的安培力越大，而安培力是阻力，所以越易使圆盘停止转动，B错误；若所加磁场反向，只是产生的电流反向，根据楞次定律可知，安培力仍然阻碍圆盘的转动，所以圆盘还是减速转动，C错误；若所加磁场穿过整个圆盘时，圆盘在切割磁感线，产生感应电动势，相当于电路断开，则不会产生感应电流，不受安培力作用，所以圆盘将匀速转动，D正确。 6．(多选)神舟十二号乘组在与香港大中学生进行的天地连线中，聂海胜示范了太空踩单车。太空自行车是利用电磁力增加阻力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：其中圆形结构为金属圆盘，当航天员踩脚踏板时，金属圆盘随之旋转。则下列设计中可行的方案有(　　) 　　　 　　　 A．金属圆盘全部处于匀强磁场B中，如图甲所示 B．金属圆盘处于与其同心的环形匀强磁场B中，如图乙所示 C．金属圆盘的一半处于匀强磁场B中，如图丙所示 D．金属圆盘处于有矩形边界的匀强磁场B中，如图丁所示 CD　解析：磁场充满整个圆盘，一次圆盘转动过程中产生的涡流为0，A、B错误；金属圆盘看成无数金属辐条组成，根据右手定则判断可知，圆盘上的感应电流流向边缘，所以靠近圆心处电势低，圆盘中磁场不对称，故有感应电流，同时会产生阻力，C、D正确。 7．(多选)某健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一个电磁铁，示意图如图所示。人在健身时带动飞轮转动，则(　　) A．其他条件一定时，飞轮转速越大，阻尼越大 B．其他条件一定时，电磁铁所接电压越大，阻尼越大 C．其他条件一定时，飞轮材料电阻率越大，阻尼越小 D．其他条件一定时，飞轮材料密度越大，阻尼越小 ABC　解析：其他条件一定时，飞轮转速越大，切割磁感线产生的感应电动势越大，感应电流越大，所受安培力越大，阻尼越大，故A正确；其他条件一定时，电磁铁所接电压越大，电磁铁产生的磁场越强，飞轮所受安培力越大，阻尼越大，故B正确；其他条件一定时，飞轮材料电阻率越大，阻值越大，感应电流越小，所受安培力越小，阻尼越小，故C正确；阻尼与飞轮材料密度无关，故D错误。故选ABC。 8．(多选)如图所示是一个电磁阻尼现象演示装置，图甲中钢锯条上端固定在支架上，下端固定有强磁铁，将磁铁推开一个角度释放，它会在竖直面内摆动较长时间；如图乙所示，若在其正下方固定一铜块(不与磁铁接触)，则摆动迅速停止。关于该实验，以下分析与结论不正确的是(　　) A．如果将磁铁的磁极调换，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象 B．用闭合的铜制线圈替代铜块，重复实验将不能观察到电磁阻尼现象 C．在图2情况中，下摆和上摆过程中磁铁和锯条组成的系统机械能均减少 D．在摆动过程中铜块不受磁铁的作用力 ABD　解析：此实验的原理是：当磁铁在铜块上方摆动时，在铜块中产生涡流，涡流的磁场阻碍磁铁的运动。如果将磁铁的磁极调换，重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，A错误；用闭合的铜制线圈替代铜块，仍能在线圈中产生感应电流，从而对磁铁的运动产生阻碍作用，则重复实验仍能观察到电磁阻尼现象，B错误；在图2情况中，磁铁下摆和上摆过程中，铜块中均会产生涡流，从而消耗机械能，则磁铁和锯条组成的系统机械能均减少，C正确；在摆动过程中，铜块对磁铁有阻碍作用，同时铜块也要受磁铁的作用力，D错误。 9．磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图甲是平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。如图乙所示，通道尺寸a＝2.0 m、b＝0.15 m、c＝0.10 m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8.0 T的匀强磁场，沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99.6 V，海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率ρ＝0.20 Ω·m。 (1)船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向。 (2)船以vs＝5.0 m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5.0 m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd＝8.0 m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感。 (3)船行驶时，通道中海水两侧的电压按U′＝U－U感计算，海水受到的安培力的80%可以转化为对船的推力。当船以vs＝5.0 m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。 答案：(1)796.8 N，沿y轴正方向(向右) (2)9.6 V　(3)2 880 W 解析：(1)根据安培力公式，推力F1＝I1Bb，其中I1＝，R＝ρ 则F1＝Bb＝B＝×8.0 N＝796.8 N 由左手定则判断，通道内海水受到的安培力的方向，即对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)。 (2)此时海水切割磁感线的速度v感＝vd＝8.0 m/s，则有U感＝Bvdb 即U感＝8.0×8.0×0.15 V＝9.6 V。 (3)当船行驶时，通道中海水两侧的电压U′＝U－U感，则根据欧姆定律得 I2＝＝＝ A＝600 A 安培力F2＝I2Bb＝600×8.0×0.15 N＝720 N 海水对船的推力F＝80%F2＝80%×720 N＝576 N 海水推力的功率P＝Fvs＝576×5.0 W＝2 880 W。 学科网（北京）股份有限公司 $$