2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用。下面列举的四种器件中，利用电磁感应原理工作的是（　 　） A．可变电容器 B．电磁炉 C．质谱仪 D．示波管 2．下列说法中正确的是（    ） A．如果将导线放入磁场中所受的安培力为零则该处磁感应强度为零 B．穿过线圈的磁通量为零，感应电动势也为零 C．金属探测器是利用被测金属中产生涡流来进行探测的 D．磁电式仪表运输时正负极短接是为了达到电磁驱动的目的 3．如图所示的几种电器，工作原理与其他几个不同的是（    ） A．金属探测器 B．无线充电器 C．高频焊接机 D．电热取暖扇 4．当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，线圈附近的导体中都会产生感应电流。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 5．如图1所示。一个可以自由转动的铝框放在U形磁铁的两个磁极间，铝框和磁铁均静止，其截面图如图2所示。转动磁铁，下列说法正确的是（　　） A．铝框与磁铁的转动方向相同，阻碍磁通量的变化 B．铝框与磁铁转动方向一致，转速相同 C．磁铁从图2位置开始转动时，铝框截面感应电流的方向为 D．磁铁停止转动后，如果没有空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动 6．磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，该刹车装置的原理图（从后朝前看）如图所示，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时铜片从强力磁铁间穿过，车很快停下来，关于该装置刹车原理，下列判断正确的是（　　） A．利用铜片与强力磁铁的摩擦刹车 B．利用铜片被磁化成磁体与强力磁铁作用刹车 C．利用铜片中涡流的磁场与强力磁铁作用刹车 D．利用铜片中涡流的磁场对涡流的安培力阻碍过山车运动刹车 7．如图所示，将一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，铝框可以绕竖直轴线自由转动．转动磁铁，会发现静止的铝框也会发生转动．下列说法正确的是　　 A．铝框与磁极转动方向相反 B．铝框始终与磁极转动的一样快 C．铝框是因为磁铁吸引铝质材料而转动的 D．铝框是因为受到安培力而转动的 8．下列说法正确的是（　　） A．图甲中放在小磁针正上方直导线通图示电流时，N极将垂直纸面向外转动 B．图乙中将有开口的圆环从S1处移至S2处，圆环中有感应电动势，无感应电流 C．丙图可以判断出只有带正电的粒子才能沿直线穿过速度选择器，带负电的粒子不行 D．图丁中灵敏电流表在运输过程时总要用导体将两个接线柱连接起来，利用了电磁驱动的原理 9．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　） A．图甲：金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属 B．图乙：摇动手柄使得蹄形磁体转动，则铝框会同向转动，但转速小于蹄形磁体转速 C．图丙：真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中会因为电流的热效应产生大量热量，从而冶炼金属 D．图丁：使用电磁炉加热食品可以用陶瓷锅 10．如图甲所示，一根足够长的空心铜管竖直放置，将一枚横截面直径略小于铜管内径、质量为的圆柱形强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，强磁铁与铜管内壁的摩擦和空气阻力可以忽略，强磁铁不会做自由落体运动，而是非常缓慢地穿过铜管，在铜管内下落时的最大速度为，重力加速度为。产生该现象的原因是变化的磁场在铜管内激发出了涡流，涡流反过来又对强磁铁产生了很大的阻力。虽然该情景中涡流的定量计算非常复杂，但我们不需要求解，却仍然可以用我们学过的知识来对下述问题进行分析，强磁铁下落过程中，可以认为铜管中的感应电动势大小与强磁铁下落的速度成正比，下列分析正确的是（　　） A．若把空心铜管切开一条竖直狭缝，如图乙所示，还将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，发现强磁铁做自由落体运动 B．图甲中，强磁铁受到铜管的作用力先向上后向下 C．图甲中，强磁铁达到最大速度后，铜管的热功率要小于 D．如果在图甲中强磁铁的上面粘一个质量为的绝缘橡胶块，则强磁铁下落的最大速度 二、多选题 11．下列说法中正确的是（　　） A．电磁炉中的线圈通高频电流时，在铁磁性金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物 B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，是为了防止产生电磁感应 C．可以通过增加线圈匝数或者插入铁芯来增大自感线圈的自感系数 D．车站的安检门探测人携带的金属物品的工作原理是电磁感应 12．下列关于电磁感应现象中说法正确的是（　　） A．图甲当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动 B．图乙真空冶炼炉能在真空环境下，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属 C．图丙磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，使线框尽快停止摆动利用了电磁驱动原理 D．图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理 13．图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触，人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求（当拉紧旋钮拉线时可以减少磁铁与飞轮间的距离），下列说法正确的是 A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力 B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力越小 C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越小 D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越强 14．电阻不可忽略的导电圆盘的边缘用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕过圆心O的竖直轴转动，转动过程中接触处在转动时不会产生阻力，空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘圆心O、圆盘边缘导电材料、电阻和开关连接成闭合回路。如图甲，圆盘区域内有竖直向下的匀强磁场，闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定；如图乙，在A、O之间的一圆形区域内有竖直向下的匀强磁场（圆形磁场区域直径小于圆盘半径），闭合开关，经足够长时间，圆盘转速稳定。图甲和图乙中的两个磁场区域固定，其中的磁感应强度大小均为B。则（　　） A．从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动 B．转速稳定时，甲中圆盘转速比乙中圆盘转速大 C．若断开开关，甲中圆盘仍然匀速转动 D．若断开开关，乙中圆盘仍然匀速转动 15．电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在.电磁炉的工作原理是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身快速发热，然后再加热锅内食物，如图所示。下列相关说法正确的是（    ） A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的 B．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 C．磁场越强，电磁炉的加热效果越好 D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果 三、填空题 16．半圆形光滑曲面固定在竖直平面内，如图所示，最低点位于坐标原点处，下半部处在一个水平方向的垂直纸面向里匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中的虚线所示），一小金属块从圆弧顶端处以某一初速度沿圆轨道下滑。以x轴所在平面为重力势能零点，不计空气阻力，小金属块 （填“可能”或“一定”）会从另外一侧飞出轨道；最终小金属块 （填“静止在圆弧底端”或“在y=a以下来回摆动”）。 17．如图所示，图中甲为金属小球，乙为带电绝缘小球（可视为质点）。用绝缘细线挂在固定点O处，将小球从匀强磁场区域外静止释放，磁感线的方向垂直纸面向里，空气阻力不计。则在摆动过程中，摆角减小的是 （选填A．“甲”、B．“乙”），摆线拉力可能小于小球重力的是 （选填A．“甲”、B．“乙”）。    四、解答题 18．如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来. （1）试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系. （2）试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不是很热. 19．如图所示装置，可以用来演示电磁阻尼现象.把铜片悬挂在电磁铁的两极间，形成一个摆.在电磁铁线圈（图中未画出）未通电时，铜片可以自由摆动，要经过较长时间才会停下来.而电磁铁线圈通电后，铜片会很快稳定并停下来.为什么？ 20．在科技馆常看到这样的表演：磁铁在铝管中下落时，即使不受摩擦阻力和空气阻力，磁铁与铝管之间电磁感应作用而产生了感应电流，安培力的反作用力使磁铁运动受到阻碍而变得缓慢，这个力与速度成正比，记作f=kv，现有一个长为0.8m的铝管竖直放置，管侧有小孔可以观察到磁铁的运动，小孔分布均匀且间距均为0.1m，磁铁重50g，从管上端口由静止释放，经过第一个小孔已经进入匀速下落的稳定状态，测得磁铁经过两相邻小孔的时间为0.1s，重力加速度g=10m/s2，求： （1）f=kv中的k为多大？ （2）磁铁穿过铝管过程中系统产生的热量是多少？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C D D A C D B B D 题号 11 12 13 14 15 答案 ACD BD AD AC BD 1．B 【详解】A．可变电容器是改变极板间的正对面积进而改变电容的，故A错误； B． 电磁炉是利用锅底在磁场中产生涡流而产生的；故应用了电磁感应现象，故B正确； C． 质谱仪是利用了带电粒子在磁场中偏转而工作的；故C错误； D． 示波器是带电粒子在电场中偏转。故D错误。 故选B。 2．C 【详解】A．安培力大小为，其中α是电流与磁场方向的夹角，即如果通电导线在磁场中与磁场方向平行，安培力也为零，故A错误； B．感应电动势大小正比于磁通量的变化率，不是磁通量，故B错误； C．金属探测器中变化电流遇到金属物体，在被测金属中上产生涡流来进行探测，故C正确； D．磁电式仪表在运输的时候用导线把两个接线柱连一起，形成闭合回路，能快速将机械能转化成电能，对指针（与线圈在一起）的振动起到电磁阻尼作用，故D错误。 故选C。 3．D 【详解】金属探测器、无线充电器、高频焊接机工作原理均为电磁感应，电热取暖扇利用电流的热效应。 故选D。 4．D 【详解】A．线圈内部的磁场由通过线圈的电流产生，根据安培右手定则可知，其磁感线方向竖直向上，故A项错误； B．因为线圈中的电流正在减小，则线圈中电流产生的磁场减弱，根据楞次定律，涡流的方向为逆时针方向，故B项错误； CD．由于产生的感应电动势的大小一定，而要减小涡流，必修增大铁块电阻，根据电阻定律可知，可减小铁块的横截面积，故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，故C错误，D正确。 故选D。 5．A 【详解】AB．磁铁转动的过程中通过铝框截面的磁通量发生变化，因此在铝框内产生感应电流，根据楞次定律可知铝框受到安培力作用，导致铝框转动，阻碍磁通量的变化，铝框与磁铁转动方向相同，但不能阻止故快慢不相同，铝框的转速一定比磁铁的转速小，故A正确，B错误； C．磁铁从图乙位置开始转动时，导致通过铝框截面的磁通量增加，根据楞次定律可知感应电流方向为a→b→c→d→a，故C错误； D．当磁铁停止转动后，如果忽略空气阻力和摩擦阻力，由于铝框转动的过程中仍然能产生感应电流，所以铝笼会受到反方向安培力作用逐渐减速直到停止运动，故D错误。 故选 A。 6．C 【详解】A．铜片与强力磁铁不接触没有摩擦，故A错误， B．铜片不是铁磁性材料，不会被磁化，故B错误； C．铜片穿过磁场产生涡流，涡流的磁场与强力磁铁作用刹车，故C正确； D．强力磁铁的磁场对涡流的安培力阻碍过山车运动刹车，故D错误。 故选C。 7．D 【详解】AB、根据楞次定律可知，为阻碍磁通量增加，则导致铝框与磁铁转动方向相同，但快慢不一，故 AB错误； CD、转动磁铁时，导致铝框的磁通量增加，从而产生感应电流，出现安培力，导致铝框转动，所以铝框是因为受到安培力而转动的，故C错误，D正确； 故选D． 8．B 【详解】A．由安培定则可知，图甲中通电导线下方产生的磁场方向垂直于纸面向里，小磁针的N极将垂直于纸面向里转动，故A错误； B．图乙中将有开口的圆环从S1处移至S2处，穿过圆环的磁通量发生变化，产生感应电动势，由于圆环不闭合，没有感应电流，故B正确； C．粒子从左侧射入磁场与电场区域，由左手定则可知，带正电的粒子与带负电的粒子所受电场力与洛伦兹力方向都相反，带正电的粒子与带负电的粒子都可以沿直线通过，故C错误； D．图丁中灵敏电流表在运输过程时总要用导体将两个接线柱连接起来，利用了电磁阻尼，故D错误。 故选B。 9．B 【详解】A．金属探测器通过使用交变电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故A错误； B．摇动手柄使得蹄形磁体转动，铝框会同向转动产生电磁驱动现象，但铝框转速小于蹄形磁体转速，否则就不会有感应电流，也就没有安培力产生驱动，故B正确； C．真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，由于电磁感应，在金属块中产生涡流，从而产生热量进行冶炼金属。故C错误； D．使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以，故D错误； 故选B。 10．D 【详解】AB．图甲中，涡流的磁场对强磁铁有阻碍作用，即强磁铁始终受到向上的磁场力作用；若把空心铜管切开一条竖直狭缝，如图乙所示，此时铜管内仍然会形成涡流，所以将强磁铁从铜管上端管口处由静止释放，强磁铁做的不是自由落体运动，故AB错； C．图甲中，强磁铁达到最大速度后，做匀速运动，在匀速下落的过程中，可以认为减少的重力势能全部转化为热量，则 可得，铜管的热功率为 故C错误； D．由于强磁铁下落过程中铜管中的感应电动势大小E与强磁铁下落的速度v成正比，且强磁铁周围铜管的有效电阻R是恒定的。可知任一时刻的热功率为 则 强磁铁在匀速下落时，有 可得 所以，强磁铁下落的最大速度为 故D正确。 故选D。 11．ACD 【详解】A．电磁炉中的线圈通高频电流时，在铁磁性金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物，故A正确； B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，故B错误； C．可以通过增加线圈匝数或者插入铁芯来增大自感线圈的自感系数，故C正确； D．车站的安检门探测人携带的金属物品的工作原理是有交流电通过的线圈产生迅速变化的磁场，磁场在金属物体内部能感生涡电流;涡电流又会产生磁场，反过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声，故D正确。 故选ACD。 12．BD 【详解】A．图甲当蹄形磁体顺时针转动时，由于电磁驱动作用，铝框将朝相同方向转动，选项A错误； B．图乙真空冶炼炉能在真空环境下，高频交流电源使炉内的金属产生涡流，产生很高的温度，从而炼化金属，选项B正确； C．图丙磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，使线框尽快停止摆动利用了电磁阻尼原理，选项C错误； D．图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，选项D正确。 故选BD。 13．AD 【详解】A、飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，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，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，故A正确； B、拉紧旋钮拉线，磁铁越靠近飞轮，飞轮处于的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故B错误； CD、控制旋钮拉线不动时，则有磁铁和飞轮间的距离一定，飞轮转速越大，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，内部的涡流越强，故D正确，C错误； 故选AD． 【点睛】金属飞轮在磁场中运动的过程中产生感应电流，与磁场之间产生相互作用的电磁阻力，由此分析即． 14．AC 【详解】A．根据左手定则可知，从上往下看（俯视），圆盘都沿逆时针方向转动，故A正确； B．两盘稳定后，感应电流与电路中的电流相等，则有 甲的磁场区域大，切割磁感线的半径长，所以稳定后甲的转速小，故B错误； C．断开开关，由于甲的磁场充满整个圆盘，沿圆盘每条半径方向的感应电动势都一样大，电荷只在盘心和盘边缘处积累，不会形成涡流，所以甲中圆盘仍然匀速转动，故C正确； D．由于乙的磁场只存在一部分区域，断开开关，乙盘中会形成涡流，所以乙中圆盘受到安培阻力作用，不能做匀速转动，故D错误。 故选AC。 15．BD 【详解】AB.电磁炉接交流电，其锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项A错误，B正确； C.电磁炉的加热效果与磁场的强弱无关，只与磁场的变化快慢有关，选项C错误； D.根据发热原理可知，提高磁场变化的频率，可增强涡流，提高电磁炉的加热效果，选项D正确。 故选BD。 16． 可能 在y=a以下来回摆动 【详解】开始时金属块在进出磁场的过程中有电磁阻尼，能量有损耗，大小不确定，所以小金属块会不会飞出轨道不确定，但在另一侧上升的高度一定变小，若干次来回摆动后，当金属块到达y=a以下时不再有机械能的损耗，最终小金属块在y=a以下来回摆动，机械能守恒。 17． A B 【详解】[1]对于金属小球甲，当金属球进出磁场时，由于磁通量发生改变，金属球中会产生涡流，进而产生焦耳热，根据能量守恒可知，金属球的机械能将会减小，因此随着金属球的摆动，小球所能达到的最大高度减小，所以摆角会越来越小，当完全在磁场中来回摆动时，磁通量不再发生改变，摆角不再变化；对于金属小球乙，由于小球是带电绝缘小球，因此小球在进出磁场时其内部不会产生涡流，运动过程中机械能守恒，因此摆角不变。 故选A。 [2]设甲、乙两金属球摆动过程中，绳子与竖直方向的夹角为，则对于金属球甲，由牛顿第二定律有 解得 对于金属小球乙，设小球带电量为正，磁场强度为，小球从磁场向外摆动或由外界进入磁场的过程中要受到洛伦兹力的作用，且洛伦兹力的方向始终垂直于小球速度的方向，根据左手定则可知，当小球从D点向磁场外摆动的过程中，洛伦兹力的方向始终与绳子拉力的方向相同，则由牛顿第二定律有 解得 对比分析可知，摆线拉力可能小于小球重力的是乙。 故选B。 18．见解析 【详解】（1）线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率也越大，焊接越快。 （2）B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，此种接触电阻很大，电流的热功率也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不是很热。 【点睛】涡流现象产生的热效应取决于产生电流的强弱及电阻的大小，而电流的强弱又取决于感应电动势的大小，感应电动势的大小又受线圈交变电流变化快慢的影响，即受交变电流频率的影响。 19．见解析 【详解】当电磁铁被励磁之后，由于穿过运动的钢片的磁通量发生变化，铜片内将产生感应电流。根据楞次定律，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。因此铜片的摆动便因受到阻力而迅速停止，这就是电磁阻尼作用的结果。 20．（1）0.5kg/s；（2）0.375J 【详解】（1）磁铁从管上端由静止释放，释放后很快进入稳定状态，即磁铁匀速下落，匀速时的速度为 此时，磁铁受力平衡，则有 得 （2）磁铁下落高度为0.8m，由能量守恒，全过程产生热量为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $