2.3 涡 流 、 电 磁 阻 尼 和 电 磁 驱 动 同 步 训 练 2021—2022 学 年 高 中 物 理 人 教 版 （2019）选择性必修第二册 一、单选题 1．电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了很多电器设备， 下列电器设备中利用电磁感应原理工作的是（　　） A．微波炉 B．电磁炉 C．充电宝 D．白炽灯 2．如图所示，这是机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情形， 其基本原理是当探测线圈靠近金属物体时，会在金属物体中感应出电流。下列科技实 例的工作原理，与金属探测器的工作原理不同的是（　　） A． C． 真空冶炼炉 回旋加速器 B． 交流感应电动机 D． 电子感应加速器 3．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上放一小铁锅冷水。现接通交流电源， t0 几分钟后，锅中的水沸腾起来， 时刻的电流方向已在图中标出，且此时电流正在增 大，下列说法正确的是（　　） A．线圈中电流变化越大，自感电动势越大，自感系数也增大 B．小铁锅中产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来 t0 C． 时刻，从上往下看，小铁锅中的涡流沿逆时针方向 D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流 4．如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。小磁块先后在两管中 从相同高度处由静止释放，并落至底部。则关于小磁块，下列说法正确是（　　） A．小磁块下落时间长的管是塑料管 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动 D．小磁块落至底部时速度大小相等 5．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的。下列关于电磁炉的 说法，正确的是（　　） A．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热 B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部 C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品 D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流 6．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。如图所示，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真 空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体 线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（　　） A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强 C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是 电场力 7．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的．下列关于电磁炉的 说法，正确的是（　　） A．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部 B．电磁炉面板采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品 C．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热 D．改变电子线路的频率不能改变电磁炉的功率 8．如图所示，将三个相同的圆柱形永磁体 A、B、C，同时从等高的竖直放置的空心 铜管、空心侧面不闭合的铜管（有从上到下的裂缝）、空心塑料管上端口处由静止释 放，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．永磁体 A 先到达管底 B．永磁体 B 先到达管底 C．永磁体 C 先到达管底 D．永磁体 B、C 同时到达管底 二、多选题 9．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师 建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快 停止。下列说法正确的是（　　） A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势 B．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势 C．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 10．钕磁铁也称为钕铁硼磁铁，因其在磁能积上的优越性被广泛地应用于电子产品。 如图所示，为一电磁阻尼实验装置，将一质量为 m 的小块钕磁铁从铜管上端由静止释 放，可观察到磁铁下落的速度明显放缓，现测得铜管长为 L，磁铁通过铜管的时间为 t，磁铁离开铜管时的速度为 v，不计空气阻力及电磁辐射，以下说法正确的是（　 　） A．将铜管改为塑料管也能观察到类似现象 B．磁铁在铜管中做匀加速运动 1 2 C．该过程，系统因涡流产生的热量为 mgL  mv 2 D．在 t 时间内铜管对磁铁的平均作用力为 mg  mv t 11．一根上端固定的弹簧，其下端挂一条形磁铁，磁铁在上下振动，由于空气阻力很 小，磁铁的振动幅度几乎保持不变。如图所示，若在磁铁振动过程中把一导电线圈靠 近磁铁下方，则关于磁铁上下震动的幅度，下列说法中正确的是（　　） A．S 闭合时磁铁的振动幅度迅速减小，S 断开时磁铁的振动幅度几乎不变 B．S 闭合时磁铁的振动幅度迅速增大，S 断开时磁铁的振动幅度几乎不变 C．S 闭合或断开，磁铁的振动幅度变化相同 D．S 闭合，磁铁上下振动时会有机械能转化成电能 12．下列哪些措施是为了防止涡流的危害（　　） A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅 B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品 C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成 D．变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层 三、实验题 13．磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是____ ____（填“防止”或“利用”）涡流而设计的，起________（填“电磁阻尼”或“电磁驱动”）的 作用。 14．某同学探究磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图所示， 打点计时器的电源为 50Hz 的交流电。 （1）下列实验操作中，正确的有______； A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方 B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面 C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落 D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 （2）该同学按照正确的步骤进行实验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出 一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为 O 点，每隔一个计时点取一个计数 点，标为 1、2、3、…、8。用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到 O 点的距离，记 录在纸带上，如图所示。 计算相邻计时点间的平均速度 v ，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表，请将表中 的数据补充完整。 位置 v /  cm / s  1 2 3 4 5 6 7 8 24.5 33.8 37.8 （______） 39.5 39.8 39.8 39.8 （3）分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况 是___________；磁铁受到阻尼作用的变化情况是______________________。 （4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为“实 验②”），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是 为了说明什么？对比实验①和②的结果得到什么结论？（______） 四、解答题 15．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件 中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。 参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。 16．磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具，如图（a）所示。它的驱动系统可 简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形金属框，电阻为 R 的金 属框置于 xOy 平面内，MN 长为 l 平行于 y 轴，NP 宽为 d 平行于 x 轴，如图（b）所 示。轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度 B 沿 Ox 方向按波长为的 正弦规律分布，如图（c）所示。整个磁场以一定的速率沿 Ox 方向匀速平移，忽略一 切阻力，列车在驱动系统作用下沿 Ox 方向加速行驶。 （1）简要叙述列车运行中获得驱动力的原理。 （2）为使列车获得最大驱动力，MN、PQ 边应处于磁场中的什么位置？ 17．涡流产生的热会使变压器的铁芯温度升高，降低工作效率。为此，变压器中常用 电阻率较大的硅钢作为铁芯材料，如图所示，并把整块金属的铁芯替换成由许多互相 绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯。请结合相关知识说明上述改进措施的原理。 18．电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全的辅助制动装置，其缓冲原理可简化 为如下情形：如图所示（小车在平直公路上行驶的俯视图），小车内的装置产生方向 竖直向下的匀强磁场；水平地面固定 n=10 匝的矩形线圈 abcd，线圈的总电阻为 R=5Ω，ab 边长为 L=0.5m，ad 边长为 2L。当小车（无动力）水平通过线圈上方时， 线圈与小车中的磁场发生相互作用，使小车做减速运动，从而实现缓冲。已知小车的 总质量为 m=1.0kg，受到地面的摩擦阻力恒为 Ff=0.8N；小车磁场刚到线圈 ab 边时 速度大小为 v0=2m/s；当小车磁场刚到线圈 cd 边时速度减为零。整个缓冲过程中流 过线圈 abcd 的电荷量为 q=1.6C，求： （1）匀强磁场的磁感应强度的大小 B； （2）缓冲过程中线圈产生的热量 Q。 参考答案 1．B 2．C 3．B 4．C 5．B 6．B 7．A 8．D 9．ABD 10．CD 11．AD 12．CD 13．利用 14．AB 电磁阻尼 39.0 速度逐渐增大到 39.8cm / s 后做匀速直线运动 逐渐增大到等于重力 为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用。磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻 尼作用。 15．金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时， 该金属中会感应出涡流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关 信息。 16．（1）由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于 电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到安培力即为驱动力。；（2）NM、PQ 应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方 17．变压器的铁芯，在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象， 要损耗能量，把整块的硅钢铁芯替换成由许多互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯，其目的是 增大电阻，从而为了减小涡流，减小发热量，提高变压器的效率。 18．（1）1.6T；（2）1.2J