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

第3节 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 跟踪检测 一、选择题: 1．如图所示是冶炼金属的感应炉的示意图。感应炉中装有待冶炼的金属，当线圈中通有电流时，通过产生涡流来熔化金属。以下关于感应炉的说法中正确的是(　　) A．感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流 B．感应炉的线圈中通有恒定的电流，也可以产生涡流 C．感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔化的 D．感应炉是利用线圈中电流产生的磁场使金属熔化的 2．安检门是一个用于安全检查的“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 3．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 4．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　) 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 6. 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 7. 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 8．(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 9．(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 10．(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 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 二、计算题(要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位) 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)求电子轨道处磁感应强度B随时间的变化率。 参考答案： 1.答案　A解析　变化的电流才能产生变化的磁场，引起感应炉中磁通量的变化，产生涡流，恒定电流不会使感应炉中的磁通量发生变化，不会有涡流产生，A正确，B错误；当感应炉内装入待冶炼的金属时，会在待冶炼的金属中直接产生涡流来加热金属，而不是利用线圈中电流产生的焦耳热，也不是利用线圈中电流产生的磁场加热，C、D错误。 2.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。 3.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。 4.答案　A解析　底盘上的紫铜薄板出现扰动时，其扰动方向不确定，在选项C这种情况下，紫铜薄板出现上下或左右扰动时，穿过薄板的磁通量难以改变，不能发生电磁感应现象，没有阻尼效应；在选项B、D这两种情况下，紫铜薄板出现上下扰动时，也没有发生电磁阻尼现象；选项A这种情况下，不管紫铜薄板出现上下或左右扰动，都发生电磁感应现象，产生电磁阻尼效应，选项A正确。 5.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。 6.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。 7.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。 8.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。 9.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。 10.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。 11.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.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)电子的切向加速度大小at＝＝ 由洛伦兹力提供向心力可知evB＝m 得v＝ 根据加速度的定义，切向加速度大小at＝＝· 可解得电子轨道处磁感应强度B随时间的变化率＝。 学科网（北京）股份有限公司 $