第二章 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册作业与测评word（人教版）

物理　选择性必修·第二册[人教版]作业与测评 3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 典型考点一　电磁感应现象中的感生电场的理解及应用 1．(多选)下列说法中正确的是(　　) 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，与静电场不同 答案：ACD 解析：磁场变化时在空间激发感生电场，其方向与垂直于磁场放置的闭合回路中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，因此感生电场的电场线是闭合曲线，与静电场不同，A、C、D正确，B错误。 2.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一电荷量为＋q的小球，已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是(　　) A．0 B.r2qk C．2πr2qk D．πr2qk 答案：D 解析：根据法拉第电磁感应定律可知，磁场变化产生的感生电动势为E＝πr2＝kπr2，小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小W＝qU＝qE＝πr2qk，故D正确。 3.现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁线圈通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感生电场，电子将在感生电场作用下加速。如图所示(上图为侧视图，下图为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，当电磁铁线圈通有图中所示的电流时(　　) A．若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 B．若电子沿顺时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流增大时，电子将加速 C．若电子沿逆时针方向运动，保持电流的方向不变，当电流减小时，电子将加速 D．被加速时电子做圆周运动的周期不变 答案：A 解析：当电磁铁线圈通有题图中所示的电流时，由安培定则可知真空室处将产生向上的磁场，当电磁铁线圈中电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真空室空间内产生顺时针方向的感生电场，若电子沿逆时针方向运动，电子将加速，A正确；同理分析可知，C错误；由题意知，电子在该真空室内不可能沿顺时针方向做圆周运动，B错误；由于电子被“约束”在半径为R的圆周上运动，由T＝可知，被加速时电子的速度增大，做圆周运动的周期减小，D错误。 [名师点拨]　定性分析电子感应加速器问题时，要兼顾两个角度：一是磁场变化产生的感生电场要使带电粒子加速，这里要用到楞次定律；二是磁场对带电粒子的洛伦兹力提供向心力，既要磁场的方向合适，又要磁场的大小合适(随着粒子速度增大，保持在原轨道上运动所需向心力增大，磁场增强)。 典型考点二　涡流的理解及应用 4．(多选)下列对涡流的认识正确的是(　　) A．大块金属中产生了涡流，但不一定产生了感应电动势 B．涡流大小与穿过金属的磁通量的大小有关 C．涡流的形成一定遵循法拉第电磁感应定律 D．涡流也有电流的热效应和磁效应 答案：CD 解析：涡流形成的原理是电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律，故有涡流一定有感应电动势，涡流大小与穿过金属的磁通量的变化率成正比，而与穿过金属的磁通量的大小无关，同其他所有电流一样，涡流也有电流的热效应和磁效应，A、B错误，C、D正确。 [名师点拨]　(1)涡流是整块导体内部自身形成闭合回路发生的电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律等。 (2)磁场变化越快，磁场中导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越强。 5.(多选)金属探测器已经广泛应用于安检场所，下列关于金属探测器的论述正确的是(　　) A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中 B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流 C．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流 D．探测过程中金属探测器与被测物体相对静止和相对运动时，探测效果相同 答案：CD 解析：金属探测器只能探测金属，不能用于探测混入食品中细小的砂石颗粒，A错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，B错误，C正确；由金属探测器的工作原理可知，探测过程中金属探测器与被测物体相对静止和相对运动时，探测效果相同，D正确。 6.如图所示，将绝缘导线绕在圆柱形铁块上，导线内通以交变电流，铁块内就会产生如虚线所示的感应电流，即涡流。当线圈中的电流方向如图所示且正在减小时，下列判断正确的是(　　) A．线圈内部空间的磁感线方向竖直向下 B．从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流方向为顺时针方向 C．为减小涡流，可以把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 D．为减小涡流，可以把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来 答案：D 解析：根据安培定则可知，线圈内部空间的磁感线方向竖直向上，故A错误；线圈中的电流正在减小，结合安培定则，则线圈中电流在线圈内部空间产生的磁场向上且减弱，根据楞次定律，从上往下看，铁块内沿虚线圆的涡流的方向为逆时针方向，故B错误；若把铁块沿横向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来，涡流仍沿原路径在每层铁片中流动，不会减小涡流，C错误；若把铁块沿纵向切成很薄的铁片，涂上绝缘层后叠放起来，绝缘层会阻断虚线圆涡流，则涡流减小，D正确。 典型考点三　电磁阻尼 7．(多选)关于电磁阻尼，下列说法正确的是(　　) A．当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体运动的现象称为电磁阻尼 B．磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数 C．电磁阻尼是导体因感应电流受到的安培力对导体做负功，阻碍导体运动 D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但同样遵循楞次定律 答案：ABC 解析：根据电磁阻尼的定义、应用和理解知，A、B、C正确；电磁阻尼现象实质上是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律，D错误。 8.如图所示，上端开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置。小磁体先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁体(不计空气阻力)(　　) A．在P和Q中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在P中的下落时间比在Q中的长 D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大 答案：C 解析：小磁体下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁体受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中运动时只受到重力，在Q中做自由落体运动，A错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁体机械能减少，在Q中下落时，小磁体机械能守恒，B错误；在P中运动时小磁体受到向上的磁场力，故在P中下落时间较长，C正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故落至底部时在P中的速度比在Q中的小，D错误。 典型考点四　电磁驱动 9．(多选)关于电磁驱动，下列说法正确的是(　　) A．磁场相对于导体转动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动 B．在电磁驱动中，通过安培力做功使电能转化为导体的机械能 C．在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相反 D．电磁驱动是由于磁场运动引起磁通量变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力的作用而运动 答案：ABD 解析：根据电磁驱动的定义和理解可知，A、B、D正确；在电磁驱动中，主动部分与被动部分的运动(或转动)方向相同，且被动部分的速度(或角速度)较小，C错误。 10．一机械式车速表可用来测量车辆瞬时速率，其结构简图如图所示，主要由紧固在主动轴上的永久磁体、带有指针的铝制速度盘等组成。不工作时，指针指在刻度盘最左侧的零点位置。当车开始向前启动时，主动轴带动永久磁体转动，速度盘随之转动，指针指示相应车速。下列说法正确的是(　　) A．向前启动时，主动轴的转速可能小于指针转速 B．倒车时指针指在零刻度 C．铝制速度盘中的电流是由于盘的转动形成 D．向前行驶时，速度盘所受的安培力阻碍指针的偏转 答案：B 解析：主动轴带动永久磁体转动，由于电磁感应，在铝制速度盘中产生涡流，铝制速度盘在永久磁体磁场的安培力驱动下转动，以阻碍磁通量的变化，使指针发生偏转，且主动轴的转速一定比指针转速大，故A、C、D错误；倒车时速度盘受到的安培力反向，但由于受到限制不能转动，指针仍指在左侧零刻度，故B正确。 [名师点拨]　电磁阻尼和电磁驱动都是楞次定律的推广应用，因感应电流而受到的安培力的作用效果都是阻碍相对运动，一要注意是阻碍“相对运动”而不是阻碍“运动”，二要注意是“阻碍”而不是“阻止”。 1．(多选)关于感生电动势和动生电动势，下列说法正确的是(　　) A．感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体内出现的电动势 B．动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体两端出现的电动势 C．在动生电动势产生的过程中，洛伦兹力对自由电荷做功 D．有感生电动势产生时一定有感应电流 答案：AB 解析：由感生电动势和动生电动势的产生机理，可知A、B正确；在动生电动势产生的过程中，洛伦兹力沿导体方向的分力对自由电荷做正功，垂直导体方向的分力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力不做功，C错误；有感生电动势产生时，电路闭合才有感应电流，D错误。 2．(多选)下列关于涡流的利用与防止说法正确的是(　　) A．真空冶炼炉和探雷器是利用涡流工作的 B．变压器的铁芯用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成是为减小涡流 C．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅是为增大涡流 D．电动机的铁芯要用整块金属是为增大涡流 答案：ABC 解析：真空冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化，而探雷器线圈中通有变化电流，在靠近金属制品时，金属中会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警，A正确；变压器和电动机的铁芯用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，而不用整块金属，是为了减小涡流，以减少能量损失和防止损坏电器，B正确，D错误；电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅，是为了增大涡流，以快速加热，C正确。 3．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 答案：B 解析：根据题中所述安检门的工作原理可知，安检门只能检查出金属物品，所以安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出旅客携带的水果刀，A错误，B正确；根据安检门的工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，C错误；安检门工作时，主要利用了电流的磁效应原理，而不是电流的热效应原理，D错误。 4．如图所示为高频电磁炉的工作示意图。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。关于电磁炉，以下说法正确的是(　　) A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的 B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底部产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的 C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的 D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的 答案：B 解析：电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，故A、D错误，B正确；而C项是微波炉的加热原理，与电磁炉无关，C错误。 5．(多选)如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少。以下说法正确的是(　　) A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高越快 B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 答案：AD 解析：电流变化的频率越高，则产生的感应电流越大，升温越快，故A正确，B错误；工件上各处电流相同，电阻大处产生的热量多，故C错误，D正确。 6．甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止。若将圆环置于如图所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是(　　) A．甲环先停下 B．乙环先停下 C．两环同时停下 D．两环都不会停下 答案：A 解析：当铜环转动时，乙环一直与磁场方向平行，穿过乙环的磁通量始终为零，不产生感应电流；穿过甲环的磁通量不断变化，不断有感应电流产生，一定受到安培力，安培力阻碍圆环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动，A正确。 7.物理课上，老师做了一个“电磁阻尼”实验：如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁体，将磁体托起到某一高度后放开，磁体能上下振动较长时间才停下来；如果在磁体下方放一个固定的铝质圆环，使磁极上下振动时穿过它，磁体就会很快地停下来。某同学另找器材再探究此实验。他安装好器材，经反复实验后发现：磁体下方放置圆环，并没有对磁体的振动产生影响。对比老师演示的实验，其原因可能是(　　) A．弹簧的劲度系数太小 B．磁体的质量太小 C．磁体的磁性太强 D．圆环的材料与老师用的不同 答案：D 解析：只要圆环中能够产生感应电流，就能对磁体的运动产生阻碍作用，A、B、C错误；若圆环的材料不是导体材料，则不能产生感应电流，无法对磁体的运动产生阻碍作用，D正确。 8．如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁体，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁体的一端且给它们一个相同的初速度，让其向磁体滚去，观察小球的运动情况是(　　) A．都做匀速运动 B．甲、乙做加速运动 C．甲做加速运动，乙做减速运动，丙做匀速运动 D．甲做减速运动，乙做加速运动，丙做匀速运动 答案：C 解析：铁球被磁化后与磁体之间产生相互吸引力，将做加速运动；铝是不会被磁化的，在向磁体滚动过程中，穿过铝球的磁通量发生变化，铝球内产生了感应电流，感应电流产生的磁场阻碍其与磁体的相对运动，即铝球将做减速运动；木球既不能被磁化，也不能产生感应电流，所以磁体对木球不产生力的作用，木球将做匀速运动，故C正确。 9.如图所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO′转动。当线框abcd绕OO′轴逆时针转动时(俯视图)，下列关于线框ABCD的转动情况的说法正确的是(　　) A．线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些 B．线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微快了些 C．线框ABCD顺时针转动，只不过稍微慢了些 D．线框ABCD顺时针转动，只不过稍微快了些 答案：A 解析：由于线框abcd旋转时会使线框ABCD中产生感应电流，根据楞次定律可知，线框ABCD中的感应电流将阻碍其与abcd的相对运动，因此线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些，A正确。 10．(多选)如图所示是磁电式电流表的结构图，极靴和铁质圆柱间的磁场均匀辐向分布，矩形绝缘线圈绕在铝框上，当线圈中通入电流时，指针向右摆动，连接在转轴和铝框上的螺旋弹簧会发生形变，反抗线圈的转动。下列说法正确的是(　　) A．通入电流瞬间，铝框中会产生电流阻碍指针向右摆动 B．通入电流瞬间，铝框中会产生电流促使指针向右摆动 C．由于铝框中电流的作用，会导致电流测量不准确 D．铝框中电流的作用不会影响电流测量的准确性 答案：AD 解析：通入电流瞬间，指针向右摆动时，穿过铝框的磁通量变化，铝框中产生电流，由楞次定律的推论可知，铝框中产生的电流将阻碍指针向右摆动，A正确，B错误；指针稳定时，铝框中没有感应电流，线圈受到的安培力与螺旋弹簧的弹力平衡，所以铝框中电流的作用不会影响电流测量的准确性，C错误，D正确。 11．(多选)健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一电磁铁，示意图如图所示。人在健身时带动飞轮转动，则(　　) A．飞轮转速越大，阻尼越大 B．电磁铁所接电压越大，阻尼越大 C．飞轮材料电阻率越大，阻尼越大 D．飞轮材料密度越大，阻尼越大 答案：AB 解析：飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，所以会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，飞轮受到的阻力主要来源于磁场对它的安培力。飞轮转速越大，感应电流越大，阻尼越大，A正确；电磁铁所接电压越大，磁感应强度越强，在飞轮转速一定时，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，阻尼越大，B正确；飞轮材料的电阻率越大，电阻越大，产生的电流越小，阻尼越小，C错误；由以上分析可知，阻尼大小与飞轮材料密度无关，D错误。 12．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室。图乙为真空室的俯视图。电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生变化的磁场，变化的磁场在环形真空室内感生出同心环状的感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，并在洛伦兹力的作用下做圆周运动。已知电子的质量为m、电荷量为e，做圆周运动的轨道半径为R。某段时间内，电磁铁线圈产生的磁场方向向上，磁场分布如图甲所示，磁场是非匀强磁场，呈中心对称分布。已知穿过电子圆形轨道所围平面的磁通量随时间变化的关系为Φ＝Φ0＋kt(k>0，且为已知量)。电子加速过程中忽略相对论效应。 (1)若在电子轨道上放置一等大的金属细圆环，求金属圆环的感生电动势E感； (2)求电子运动轨道处感生电场的场强大小E； (3)求电子从静止加速到动能Ek转过的圈数n。 答案：(1)k　(2)　(3) 解析：(1)金属圆环的感生电动势E感＝＝k。 (2)电子运动轨道处感生电场的场强大小 E＝＝＝。 (3)根据动能定理有eE感·n＝Ek－0， 解得n＝。 11 学科网（北京）股份有限公司 $