2.3 涡流 电磁阻尼 电磁驱动基础巩固 2021—2022 学年高中物理教科版 （2019）选择性必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．如图所示，甲、乙为形状与大小均相同且内壁光滑的圆筒，竖直固定在相同高度。两块相同的钕铁硼 强磁铁，从甲、乙上端筒口同一高度同时无初速度释放，穿过乙筒的磁铁先落到地面。关于两圆筒的制作 材料，下列可能正确的是（　　） A．甲—塑料，乙—铝 B．甲—铜，乙—胶木 C．甲—玻璃，乙—塑料 D．甲—毛竹，乙—木头 2．下列用电器工作原理涉及到涡流现象应用的是( A．电吹风 B．电磁灶 ) C．电冰箱 D．电视机 3．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。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。对这些现象做出正确解释的是（　　） A．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈不产生感应电动势 B．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 C．接上导线后，表针晃动明显减弱是因为表内线圈产生感应电动势 D．接上导线后，表针晃动明显减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 4．如图所示是一种焊接方法的原理示意图．将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种 电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊接 工件就焊接在一起了．我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的．下列说法中正确的是（ ） A．这种焊接方法的原理是电流的磁效应 B．线圈中通入的交流电频率越高，焊缝处温度升高的越快 C．线圈中的电流是很强的恒定电流 D．待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反 5．下列电器工作时主要利用涡流使物体发热的是 A．电熨斗 B．电磁炉 C．电饭锅 D．电热水器 6．当穿过导体或线圈的磁通量发生变化时，在导体或线圈中就会产生感应电流，看起来像水中的涡旋， 所以把它叫做涡电流，简称涡流．下列情况中不是利用涡流工作的是（ ） A．变压器用电阻率较大且相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯 B．用来冶炼合金的高频感应炉 C．用探雷器来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷 D．在机场、车站和重要活动场所的安检门探测人身携带的金属物品 7．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为高频感应炉的示意图．冶炼炉内盛有待冶炼 的金属，线圈通入高频交变电流．这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金 属中，因此适用于冶炼特种金属和贵重金属，该炉的加热原理是 （ A．利用线圈电流产生的焦耳热 B．利用线圈电流产生的红外线 C．利用线圈电流的磁场在炉内产生的涡流 D．利用线圈电流的磁场激发的微波 ） 8．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，电磁炉工作时产生的 电磁波，是由线圈内高频变化的电流产生的且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使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的 B．电磁炉里电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的 C．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 D．目前家庭购买的电磁炉加热食物时通常用的是铁质铜，不用铝锅的原因是铝锅放在电磁炉上锅底不会 产生涡流 9．下列说法正确的是( ) A．处于静电平衡的导体,内部的电场强度和电势均为零 B．电势、电势差、电势能都是电能的概念,都与放入电场中的电荷无关 C．电动势数值上就等于电源正负极之间的电压 D．金属中的涡流会产生热量,生活中的电磁炉是利用这原理而工作的 10．半圆形导轨竖直放置，不均匀磁场水平方向并垂直于轨道平面，一个金属环在轨道内来回滚动，如图 所示，若空气阻力不计，则 A．金属环做等幅振动 B．金属环做减幅振动 C．金属环做增幅振动 D．无法确定 11．如图所示为游乐场中过山车的“磁力刹车装置”．在过山车两侧安装铜片，停车区的轨道两侧安装强力 磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与强力磁铁的相互作用使过山车能很快地停下，下列说法中错误的是 A．过山车进入停车区时其动能转化成电能 B．过山车进入停车区的过程中两侧的铜片中会产生感应电流 C．把铜片换成有机玻璃片，也能达到相同的刹车效果 D．过山车进入停车区的过程中铜片受到的安培力使过山车减速 12．将圆柱形强磁铁吸在干电池的负极，强磁铁的 S 极朝上 N 极朝下，金属导线折成上端有一支点，下端 开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源的正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框 就可以绕电池旋转起来．下列判断正确的是（ ） A．线框能旋转起来，是因为惯性 B．导线框将上下振动 C．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率 D．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转 13．下列关于涡流的说法中正确的是(　　) A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的 B．涡流不是感应电流，而是一种区别于感应电流的特殊电流 C．涡流有热效应，但没有磁效应 D．在硅钢中不能产生涡流 14．如图所示，轻质弹簧一端固定在天花板上，另一端栓接条形磁铁，一个铜盘放在条形磁铁的正下方的 绝缘水平桌面上，控制磁铁使弹簧处于原长，然后由静止释放磁铁，不计磁铁与弹簧之间的磁力作用，且 磁铁运动过程中未与铜盘接触，下列说法中正确的是 A．磁铁所受弹力与重力等大反向时，磁铁的加速度为零 B．磁铁下降过程中，俯视铜盘，铜盘中产生顺时针方向的涡旋电流 C．磁铁从静止释放到第一次运动到最低点的过程中，磁铁减少的重力势能等于弹簧弹性势能 D．磁铁从静止释放到最终静止的过程中，磁铁减少的重力势能大于铜盘产生的焦耳热 15．.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，关于这个安检门的以下 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 二、填空题（共 4 题） 16．电磁灶是利用________原理制成的，它在灶内通过交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产 生________而发热． 17．涡流：当线圈中的______随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的 感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作______，简称______。 18．当导体在______中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是______导体的运动，这 种现象称为电磁阻尼。 19．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 24.5 33.8 37.8 4 （_____ 5 6 7 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？（______） 三、综合题（共 4 题） 20．如图所示，Ⅰ是竖直放置的闭合的接有毫安表的螺线管，Ⅱ是悬挂在弹簧下端的(不大)强磁铁棒，现 使之在Ⅰ中振动．试用能量转化和守恒的观点分析将会出现什么现象，并说明原因． 21．如图所示，一狭长的铜片能绕 O 点在纸面平面内摆动，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。 22．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．如果在磁体下端放一个固定的闭合线圈，使磁体上下振动时穿过它（如图所示），磁体就会很快停下 来，解释这个现象。 23．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉 来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。 参考答案 1．B 2．B 3．D 4．B 5．B 6．A 7．C 8．C 9．D 10．B 11．C 12．D 13．A 14．D 15．B 16．电磁感应、涡流 17．电流 涡电流 18．磁场 阻碍 19．AB 39.0 涡流 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。 20．由于磁铁棒Ⅱ在线圈中振动，线圈Ⅰ内磁通量不断发生变化，从而产生感应电流，毫安表指针偏转． 此过程中由于机械能向电能的不断转化，磁铁棒的振幅不断减小，直至停止振动，原振动的能量全部转化 为电能在线圈中消耗． 21． 没有开长缝的铜片绕 O 点在纸面内摆动时，由于磁场有圆形边界，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片 内产生较大的涡流，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时，就可以把涡流限制在缝与缝之间的铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小， 所以铜片就可以摆动较多的次数。 22． 当磁体穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁体靠近或离开线 圈，也就使磁体振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需