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

第二章 电磁感应 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课后练习 一、单项选择题 1.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说法正确的是（　　） 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必须与被测物体相对运动 2.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，右图为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是（　　） A.利用线圈中电流产生的焦耳热 B.利用线圈中电流产生的磁场 C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D.给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电 3.如图三个实验，图甲是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻R相连。图乙是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴无摩擦转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针。图丙是费曼圆盘，一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴无摩擦转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着若干带负电的金属小球，则（　　） A.法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电流通过R B.阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动；反之，转动小磁针，圆盘不动 C.费曼圆盘中，当开关闭合的一瞬间，圆盘会顺时针（俯视）转动 D.法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 4.关于教材中的四幅插图，下列说法正确的是（　　） A.图甲：当摇动手柄使得蹄形磁体转动，铝框会反向转动 B.图乙：给真空冶炼炉通入高频交变电流，炉内的金属会产生大量热量，从而冶炼金属 C.图丙：在蹄形磁体两极间自由转动的铜盘，如果忽略摩擦，铜盘会一直转动下去 D.图丁：微安表的表头在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起从而保护电表指针，这是利用了电磁驱动原理 5.甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同的角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止。若将铜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 6.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，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 7.如图甲所示，一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO'，接入电阻R构成回路。导体杆处于竖直向上的匀强磁场中，将导体杆从竖直位置拉开小角度由静止释放，导体杆开始下摆。当R=R0时，导体杆振动图像如图乙所示。若横、纵坐标皆采用图乙标度，则当R=2R0时，导体杆振动图像是（　　） 二、多项选择题 8.关于感生电动势和动生电动势的比较，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两端出现的电动势 B.动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体棒两端出现的电动势 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.感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化引起 9.安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。以下关于这个安检门的说法正确的是（　　） A.这个安检门也能检查出毒品 B.这个安检门只能检查出金属物品 C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品 D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 10.金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理。探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出涡流。涡流会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是（　　） A.欲使待检测物内部产生涡流，探测器需在待检测物上方不停地晃动 B.探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生涡流 C.若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D.若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中几乎没有能够自由移动的带电粒子 11.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体（与轮子不接触），人在健身时带动轮子转动，磁体会对轮子产生阻碍，磁体与轮子间的距离可以改变。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制轮内产生的感应电流受到的安培力 D.磁体与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越大 三、非选择题 12.如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动。如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？ 第二章 电磁感应 第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课后练习 一、单项选择题 1.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说法正确的是（　　） 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必须与被测物体相对运动 答案：C 解析：金属探测器只能探测金属，不能探测细小的砂石颗粒，选项A错误。金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，选项B错误，C正确。探测过程中金属探测器本身会产生变化的磁场，不用必须与被测物体相对运动，选项D错误。 2.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，右图为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是（　　） A.利用线圈中电流产生的焦耳热 B.利用线圈中电流产生的磁场 C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D.给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电 答案：C 解析：高频感应炉的原理：给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化。选项C正确，A、B、D错误。 3.如图三个实验，图甲是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻R相连。图乙是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴无摩擦转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针。图丙是费曼圆盘，一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴无摩擦转动，在圆盘的中部有一个线圈，圆盘的边缘固定着若干带负电的金属小球，则（　　） A.法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电流通过R B.阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动；反之，转动小磁针，圆盘不动 C.费曼圆盘中，当开关闭合的一瞬间，圆盘会顺时针（俯视）转动 D.法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现 答案：C 解析：把法拉第圆盘看成由径向的金属条组成，圆盘运动过程中，金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，故有感应电流流过R，选项A错误。阿拉果圆盘实验中，转动圆盘或小磁针，都产生感应电流，因安培力的作用，另一个物体也会跟着转动，选项B错误。开关闭合瞬间，线圈中产生向下的磁场，根据电磁场理论可知，产生逆时针（俯视）方向的电场，负电荷受到的静电力与电场方向相反，圆盘会顺时针（俯视）转动，选项C正确。如果磁场相对于导体运动，在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，这种作用就是电磁驱动，显然法拉第圆盘是机械能转化为电能的过程，并不是电磁驱动，选项D错误。 4.关于教材中的四幅插图，下列说法正确的是（　　） A.图甲：当摇动手柄使得蹄形磁体转动，铝框会反向转动 B.图乙：给真空冶炼炉通入高频交变电流，炉内的金属会产生大量热量，从而冶炼金属 C.图丙：在蹄形磁体两极间自由转动的铜盘，如果忽略摩擦，铜盘会一直转动下去 D.图丁：微安表的表头在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起从而保护电表指针，这是利用了电磁驱动原理 答案：B 解析：题图甲，当摇动手柄使得蹄形磁体转动，导致铝框的磁通量发生变化，从而产生感应电流，受到安培力，铝框会同向转动，选项A错误。题图乙，给真空冶炼炉通入高频交变电流，炉内的金属中会产生涡流，会产生大量热量，从而冶炼金属，选项B正确。题图丙，在蹄形磁体两极间自由转动的铜盘，就算摩擦极小，也会因产生感应电流，在电磁阻尼的作用下很快停下，选项C错误。题图丁，微安表的表头在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，运输过程中与指针相连的线圈转动切割磁感线产生感应电流，线圈受到的安培力会阻碍线圈的转动，可以保护电表指针，这是利用了电磁阻尼原理，选项D错误。 5.甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同的角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止。若将铜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：当两铜环转动时，乙环一直与磁场方向平行，穿过乙环的磁通量为零，穿过甲环的磁通量不断变化，甲环中有感应电流产生，一定受到安培力，安培力阻碍铜环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动，选项A正确。 6.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，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，该磁场变化产生的感生电动势为E=·S=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=qE=πr2qk，选项D正确。 7.如图甲所示，一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO'，接入电阻R构成回路。导体杆处于竖直向上的匀强磁场中，将导体杆从竖直位置拉开小角度由静止释放，导体杆开始下摆。当R=R0时，导体杆振动图像如图乙所示。若横、纵坐标皆采用图乙标度，则当R=2R0时，导体杆振动图像是（　　） 答案：B 解析：导体杆切割磁感线时，回路中产生感应电流，由楞次定律可得，导体杆受到的安培力总是阻碍导体杆的运动。当电阻R从R0变为2R0时，回路中的电阻增大，则电流减小，导体杆所受安培力减小，即导体杆在摆动时所受的阻力减弱，所以杆从开始摆动到停止，运动的路程和经历的时间变长，选项B正确，A、C、D错误。 二、多项选择题 8.关于感生电动势和动生电动势的比较，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两端出现的电动势 B.动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使导体棒两端出现的电动势 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.感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化引起的 答案：ABD 解析：由感生电动势和动生电动势的产生原理可知，选项A、B正确。在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由电荷做正功，另一方向上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力不做功，选项C错误。感生电动势和动生电动势实质上都是电磁感应现象中产生的电动势，都是由于磁通量的变化引起的，选项D正确。 9.安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。以下关于这个安检门的说法正确的是（　　） A.这个安检门也能检查出毒品 B.这个安检门只能检查出金属物品 C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品 D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 答案：BD 解析：这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品，选项A错误，B正确。若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品，选项C错误。安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，选项D正确。 10.金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理。探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出涡流。涡流会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是（　　） A.欲使待检测物内部产生涡流，探测器需在待检测物上方不停地晃动 B.探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生涡流 C.若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D.若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中几乎没有能够自由移动的带电粒子 答案：BD 解析：因为金属探测器中是大小与方向快速变化的电流，所以产生快速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物的上方，待检测物中依然有感应电流产生，选项A错误，B正确。因为塑料制品是绝缘体，导电性能极差，所以检测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料内部几乎没有可自由移动的带电粒子，而使得待检测物中无感应电流或电流太小不能引起报警，选项C错误，D正确。 11.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体（与轮子不接触），人在健身时带动轮子转动，磁体会对轮子产生阻碍，磁体与轮子间的距离可以改变。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制轮内产生的感应电流受到的安培力 D.磁体与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越大 答案：CD 解析：轮子（导体）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，因此不能用绝缘材料替换，选项B错误。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，根据楞次定律可知，磁场会对运动的轮子产生阻力，以阻碍轮子与磁场之间的相对运动，所以轮子受到的阻力主要来源于磁体对它的安培力，安培力的大小与轮子材料的电阻率有关，选项A错误，C正确。磁体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，选项D正确。 三、非选择题 12.如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动。如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么？ 答案：没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动。如果在铜片上开有多条长缝，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可以摆动多次后才停止摆动。 学科网（北京）股份有限公司 $