4.7涡流,电磁阻尼,电磁驱动练习题1

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绝密★启用前 高中物理人教版 选修3-2 第四章 电磁感应 7.涡流、电磁阻尼和电磁驱动 试卷副标题 注意事项： 1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息 2．请将答案正确填写在答题卡上 第I 卷（选择题） 请点击修改第I 卷的文字说明 一、选择题 1．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确的是（ ） A ．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关 B ．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作 C ．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物 D ．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗 2．如图所示，一质量为m 的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过。现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ。设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T 1和T 2，重力加速度大小为g ，则（ ） A ．T 1>mg ，T 2>mg B ．T 1mg ，T 2mg 3．电磁炉（或电磁灶）是采用电磁感应原理产生涡流加热的，如图所示，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。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，以下说法中正确的是（ ）

…………………………○…………线※※在※※装※※※题※※ …………………………○…………线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．物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示，她把一个带铁芯的线圈L 、开关S 和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L 上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S 的瞬间，套环立刻跳起。

某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是（ ）

A ．线圈接在了直流电源上

B ．电源电压过高

C ．所选线圈的匝数过多

D ．所用套环的材料与老师的不同

5．在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图所示。现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的A 点以某一初速度向磁铁滑去。各滑块在未接触磁铁前的运动情况将是（ ）

A ．都做匀速运动

B ．甲、乙做加速运动

C ．甲、乙做减速运动

D ．乙、丙做匀速运动

二、多选题

6．位于光滑水平面的小车上放置一螺线管，一个比螺线管长的条形磁铁沿着螺线管的轴线以初速度v 水平穿过，如图所示，在此过程中（ ）

A ．磁铁做匀速直线运动

B ．磁铁做减速运动

C ．小车向右做加速运动

D ．小车先加速后减速

7．如图所示，闭合金属环从光滑曲面上h 高处滚下，又沿曲面的另一侧上升。设环的初速度为0，不计摩擦，曲面处在图中磁场中，则（ ）

………○……………○……：_

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…………○…… A ．若是匀强磁场，环滚上的高度小于h B ．若是匀强磁场，环滚上的高度等于h C ．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于h D ．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h 8．如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（ ）

A ．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同

B ．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小

C ．线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流

D ．线圈转动时感应电流的方向始终是abcd

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第II卷（非选择题）

请点击修改第II卷的文字说明

三、填空题

9．高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示。将半径为10 cm的待焊

接的圆形金属工件放在导线做成的1 000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，

线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B的变化率为

π T/s。焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍。工件非焊接部分每单位长

度上的电阻为R0＝10－2πΩ·m－1，焊接的缝宽非常小。则焊接过程中焊接处产生的热

功率为________。（计算中可取π2＝10，不计温度变化对电阻的影响，结果保留一位有

效数字）

10．在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控

准确、安全性好、清洁卫生等特点。利用以下材料并结合已学习的电磁学知识分析、讨

论相关问题。

上图是描述电磁炉工作原理的示意图。电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈

时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是随电流不断变化的，这个变化的磁场又会使

放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电

流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用。

因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或

器具都适用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用

的有陶瓷锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。

综合以上材料分析下列问题：

（1）在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有（回答三个即可）：

①；

②；

③。

（2）电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是；

电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是。

四、计算题

11．如图所示，电阻为R、质量为m的矩形导线框ABCD自某一高度自由落下，通过一

………○……………○…_

____

__

___ …

…

…

○

…

…………○…产生的焦耳热是多少？已知AB 、CD 边长均为l ，AD 、BC 边长均为h ，磁场区域宽度为h 。 12．如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A 。在弧形轨道上高为h 的地方，无初速释放一磁铁B （可视为质点），B 下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A 的中心轴运动，设A 、B 的质量分别为M 、m ，若最终A 、B 速度分别为v A 、v B 。 （1）螺线管A 将向哪个方向运动？ （2）全过程中整个电路所消耗的电能。

参考答案

1．A

【解析】涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象，故选项A 正确、B 错误；电磁炉表面一般用绝缘材料制成，避免产生涡流，锅体用金属制成利用涡流加热物体，故选项C 、D 错误。

【答案】A

【解析】由楞次定律推论可知，圆环在磁铁上端和下端附近时，均受到磁铁向上的安培力作用，由牛顿第三定律可知，圆环对磁铁的作用力均向下，故T 1>mg ，T 2>mg ，A 项正确。

【答案】B

【解析】由题意知，电磁炉的原理是利用涡流加热的，交变电流通过线圈产生变化的磁场，在锅体底部产生涡流，使锅体被加热、然后加热锅内食物，故选项A 、C 、D 错，B 对。

【答案】D

【解析】金属套环跳起来的原因是开关S 闭合时，套环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的，线圈接在直流电源上时，金属套环也会跳起。电压越高线圈匝数越多，S 闭合时，金属套环跳起越剧烈。若套环是非导体材料，则套环不会跳起，故A 、B 、C 选项错误，D 选项正确。

【答案】C

【解析】铜块、铝块向磁铁靠近时，穿过它们的磁通量发生了变化，因此在其内部产生涡流，反过来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用，所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻而减速，所以选项C 正确。有机玻璃为非金属，不产生涡流现象，一直做匀速运动。只有选项C 正确。

【答案】BC

【解析】磁铁水平穿入螺线管时，管中将产生感应电流，由楞次定律的扩展知产生的相互作用力阻碍磁铁的运动。同理，磁铁穿出时产生的相互作用力也阻碍磁铁的运动，故整个过程中，磁铁做减速运动，选项B 是正确的；而对于小车上螺线管来说，在此过程中，螺线管受到的安培力都是水平向右，这个安培力使小车向右运动，且一直做加速运动，C 项对。

7．BD

【解析】若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A 错，B 正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故C 错，D 正确。

8．BC

【解析】当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转，导致线圈abcd 中磁通量一会儿正向穿过增大或减小，一会儿反向穿过增大或减小，所以线圈中产生大小、方向周期性变化的电流，故C 对，D 错；由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度。如果两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生，所以选项B 正确，A 错误。

【答案】1 W

【解析】金属工件中产生的感应电动势E 由法拉第电磁感应定律计算：E ＝t Φ??＝B t ??πr 2

金属工件的电阻R ＝2πr·R 0＋99×2πr·R 0＝2 Ω

金属元件中的电流I ＝E R ＝2

A 所以焊接处的热功率

P ＝I 2×99×2πr·R 0＝1 W

【答案】（1）①电流的磁效应（或电生磁）；②电磁感应现象（或磁生电）；③电流的热效应（或焦耳定律）。

（2）陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低。

【解析】（1）①电流的磁效应（或电生磁）；②电磁感应现象（或磁生电）；③电流的热效应（或焦耳定律）。

（2）陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低。

【答案】2mgh

【解析】法一：以矩形导线框为研究对象。设线框匀速运动的速度为v ，则线框穿过磁场的时间t ＝2h v

由平衡条件可知，线框匀速穿过磁场时，所受重力与安培力大小相等。设线框中的电流为I ，则有

BIl ＝mg

由闭合电路欧姆定律，有I ＝E R ＝Blv R 由焦耳定律，可知线框中产生的热量

Q ＝I 2

Rt ＝2222B l v R ·R·2h v ＝2·B·Blv R lh ＝2BIlh ＝2mgh 法二：由能量转化与守恒定律可知，线框匀速通过磁场时，重力做的功全部转化为焦耳热，因线框重心下降的距离是2h ，所以Q ＝mg·2h＝2mgh

12．（1）向右 mgh －（12M 2A v ＋12

m 2B v ） 【解析】（1）磁铁B 向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A 向右运动。

（2）全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A 、B 的动能和螺线管中的电能，所以 mgh ＝12M 2A v ＋12m 2B

v ＋E 电 即E 电＝mgh －（

12M 2A v ＋12m 2B v ）