2024-2025學年新教材高中物理第二章電磁感應(yīng)3渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動課時練習含解析新人教版選擇性必修2

PAGE7-渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.電磁爐具有無煙、無明火、無污染、不產(chǎn)生有害氣體、無微波輻射、高效節(jié)能等優(yōu)勢。電磁爐是利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場,當磁場的磁感線通過鐵質(zhì)鍋底部時,即會產(chǎn)生多數(shù)小渦流,使鍋體本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱鍋內(nèi)食物。下列相關(guān)說法中正確的是()A.鍋體可以用不導(dǎo)電的陶瓷制成B.鍋體中的渦流是由恒定的磁場產(chǎn)生的C.恒定磁場越強,電磁爐的加熱效果越好D.提高磁場改變的頻率,可提高電磁爐的加熱效果【解析】選D。鍋體中的渦流是由改變的磁場產(chǎn)生的。故A、B、C錯誤;提高磁場改變的頻率,可提高電磁爐的加熱效果。故D正確。2.電磁爐是利用渦流加熱的,它利用交變電流通過線圈產(chǎn)生改變磁場,當磁場內(nèi)的磁感線通過鍋底時,即會產(chǎn)生多數(shù)小渦流,使鍋體本身高速發(fā)熱,從而達到烹飪食物的目的。下列的鍋具或容器中,適用于電磁爐的是()A.煮中藥的瓦罐 B.不銹鋼鍋C.玻璃茶杯 D.塑料盆【解析】選B。煮中藥的瓦罐、玻璃茶杯、塑料盆都不是鐵質(zhì)鍋,不能被磁化,因而不能形成渦流(即電流),故不能用來加熱食物,故A、C、D錯誤,B正確。3.如圖所示,使一個銅盤繞其豎直的軸OO′轉(zhuǎn)動,且假設(shè)摩擦等阻力不計,轉(zhuǎn)動是勻速的?，F(xiàn)把一個蹄形磁鐵移近銅盤,則()A.銅盤轉(zhuǎn)動將變慢B.銅盤轉(zhuǎn)動將變快C.銅盤仍以原來的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動D.銅盤轉(zhuǎn)動速度是否改變,要依據(jù)磁鐵的上、下兩端的極性來確定【解析】選A。當蹄形磁鐵移近銅盤時,銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,由楞次定律可知感應(yīng)電流所受的安培力阻礙其相對運動,所以銅盤轉(zhuǎn)動將變慢。本題也可以從能量守恒的角度去分析,因為銅盤轉(zhuǎn)動切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,銅盤的機械能不斷轉(zhuǎn)化成電能,銅盤轉(zhuǎn)動會漸漸變慢,A項正確。4.金屬探測器是用來探測金屬的儀器,關(guān)于其工作原理,下列說法中正確的是 ()A.探測器內(nèi)的探測線圈會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場B.只有有磁性的金屬物才會被探測器探測到C.探測到金屬物是因為金屬物中產(chǎn)生了渦流D.探測到金屬物是因為探測器中產(chǎn)生了渦流【解析】選C。金屬探測器利用渦流探測金屬物品原理是:線圈中產(chǎn)生改變的磁場,會在金屬物品產(chǎn)生改變的感應(yīng)電流,而金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的改變的磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,引起線圈中電流發(fā)生改變,從而被探測到,故A、B、D錯誤,C正確。5.如圖所示,水平方向的磁場垂直于光滑曲面,閉合小金屬環(huán)從高h的曲面上端無初速度滑下,又沿曲面的另一側(cè)上升,則 ()A.若是勻強磁場,環(huán)在左側(cè)上升的高度小于hB.若是勻強磁場,環(huán)在左側(cè)上升的高度大于hC.若是非勻強磁場,環(huán)在左側(cè)上上升度等于hD.若是非勻強磁場,環(huán)在左側(cè)上升的高度小于h【解析】選D。若是勻強磁場,穿過小環(huán)的磁通量不變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,其機械能守恒,高度不變,則環(huán)在左側(cè)上升的高度等于h,故A、B錯誤;若是非勻強磁場,穿過小環(huán)的磁通量改變,小環(huán)中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,機械能減小,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,高度將減小,則環(huán)在左側(cè)上升的高度小于h,故C錯誤,D正確。6.物理課上,老師做了一個“奇妙”的試驗:如圖所示,將30cm長的銅管豎直放置,一磁性很強的磁鐵從上管口由靜止釋放,視察到磁鐵用較長時間才從下管口落出。對于這個試驗現(xiàn)象同學們經(jīng)分析探討作出相關(guān)的推斷,你認為正確的是(下落過程中不計空氣阻力,磁鐵與管壁沒有接觸) ()A.假如磁鐵的磁性足夠強,磁鐵會停留在銅管中,恒久不落下來B.磁鐵在銅管中運動的過程中,由于不計空氣阻力,所以機械能守恒C.假如磁鐵的磁性足夠強,磁鐵在銅管中運動時間更長,但肯定會落下來D.假如將銅管換成塑料管,磁鐵從塑料管中出來也會用較長時間【解析】選C。假如磁鐵的磁性足夠強,磁鐵在銅管中運動受到阻力更大,緣由:當磁鐵運動時才會導(dǎo)致銅管的磁通量發(fā)生改變,才出現(xiàn)感應(yīng)磁場阻礙原磁場的改變,所以運動時間變長,但肯定會落下,故A錯誤,C正確;磁鐵在銅管中運動的過程中,雖不計空氣阻力,但在過程中,出現(xiàn)安培力做功產(chǎn)生熱能,所以機械能不守恒,故B錯誤;假如將銅管換成塑料管,磁鐵不會受到安培力阻力,做自由落體運動,故D錯誤。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.(12分)電吉他是利用電磁感應(yīng)原理工作的一種樂器。如圖1所示為電吉他的拾音器的原理圖,在金屬弦的下方放置有一個連接到放大器的螺線管。一條形磁鐵固定在管內(nèi),當撥動金屬弦后,螺線管內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化后可將電信號轉(zhuǎn)為聲音信號。(1)金屬弦的作用類似“探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象”試驗中鐵芯的作用,則被撥動后靠近螺線管的過程中,通過放大器的電流方向為________(以圖像為準,選填“向上”或“向下”)。

(2)下列說法正確的有________。

A.金屬弦上下振動的周期越大,螺線管內(nèi)感應(yīng)電流的方向改變也越快B.金屬弦上下振動過程中,經(jīng)過相同位置時速度越大,螺線管中感應(yīng)電動勢也越大C.電吉他通過拾音器發(fā)出的聲音隨感應(yīng)電流強度增大而變響,增減螺線管匝數(shù)會起到調(diào)整音量的作用D.電吉他通過拾音器發(fā)出的聲音頻率和金屬弦振動頻率相同(3)若由于金屬弦的振動,螺線管內(nèi)的磁通量隨時間的改變?nèi)鐖D2所示,則對應(yīng)感應(yīng)電流的改變?yōu)閳D3中的________。

【解析】(1)金屬弦靠近螺線管時,線圈中磁場變強,依據(jù)楞次定律可得通過放大器的電流方向為向下。(2)感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的改變率有關(guān),與線圈匝數(shù)有關(guān),所以選項B、C正確;電吉他通過拾音器發(fā)出的聲音頻率與感應(yīng)電流的頻率相同,即與金屬弦振動頻率相同,故A錯誤,D正確。(3)依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,感應(yīng)電動勢的大小取決于磁通量的改變率,所以感應(yīng)電流的大小取決于磁通量的改變率,所以選項D正確。答案:(1)向下(2)B、C、D(3)D8.(12分)如圖是生產(chǎn)中常用的一種延時繼電器的示意圖,鐵芯上有兩個線圈A和B,線圈A與電源連接,線圈B的兩端和電阻連成一個閉合電路,在斷開開關(guān)S時,彈簧K并不能馬上將銜鐵D拉起,即連接著工作電路的觸頭C要經(jīng)過一段時間后才能離開。依據(jù)所學的學問,說明這種繼電器的工作原理?！窘馕觥坑深}意可知,當S接通后,線圈A中產(chǎn)生磁場,穿過線圈B的磁通量要增加,依據(jù)楞次定律:增反減同,結(jié)合右手螺旋定則可知,B中產(chǎn)生與圖示方向相反的感應(yīng)電流,當將S斷開,導(dǎo)致穿過線圈B的磁通量減小變慢,依據(jù)楞次定律可知,產(chǎn)生延時釋放D的作用。答案:見解析(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)關(guān)于渦流,下列說法中正確是()A.高頻感應(yīng)冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置B.家用電磁爐是利用渦流來加熱食物的C.阻尼擺搖擺時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能增大渦流【解析】選A、B、C。高頻感應(yīng)冶煉爐是用渦流來熔化金屬對其進行冶煉的,爐內(nèi)放入被冶煉的金屬,線圈內(nèi)通入高頻交變電流,這時被冶煉的金屬中產(chǎn)生渦流就能被熔化,故A正確;電磁爐利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場,當含鐵質(zhì)鍋具放置爐面時,在鍋具底部產(chǎn)生渦流來加熱食物,故B正確;阻尼擺搖擺時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動,當金屬板從磁場中穿過時,金屬板板內(nèi)感應(yīng)出的渦流會對金屬板的運動產(chǎn)生阻礙作用,故C正確;在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象,要損耗能量,變壓器的鐵芯不用整塊的硅鋼鐵芯,其目的是減小渦流,故D錯誤。10.(7分)(多選)科技的發(fā)展使得電能的無線傳輸成為可能,下圖是某品牌手機無線充電的原理圖,通過對原理圖的理解,下列說法正確的是()A.無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是“電磁感應(yīng)”B.只有將充電座接到溝通電源上才能對手機進行充電C.接收線圈中交變電流的頻率與放射線圈中交變電流的頻率相同D.只要有無線充電底座,全部手機都可以進行無線充電【解析】選A、B、C。由工作圖易知,無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是“電磁感應(yīng)”,即A項正確;只有將充電座接到溝通電源上才能產(chǎn)生交變電磁場,進而在接收線圈中產(chǎn)生電流,從而對手機充電,即B項正確;由電磁感應(yīng)定律易知,接收線圈中交變電流的頻率與放射線圈中交變電流的頻率相同,即C項正確;手機內(nèi)部應(yīng)有與圖中接收線圈功能相同的裝置,否則無法進行無線充電,即D項錯誤。【補償訓(xùn)練】(多選)如圖所示,一金屬銅盤緊靠U形磁鐵的兩極而不接觸,U形磁鐵在銅盤正中心。當磁鐵旋轉(zhuǎn)起來,會帶動銅圓盤跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動,這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動,在圓盤轉(zhuǎn)動過程中下列說法正確的是()A.圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致U形磁鐵轉(zhuǎn)動C.在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中,U形磁鐵的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了改變D.圓盤轉(zhuǎn)動方向與磁鐵方向相反【解析】選A、B。銅盤中有自由電子,在磁場運動時,這些電子受到洛倫茲力,會沿半徑方向運動,圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,從而形成渦流。這個渦流反過來又會受到磁場的作用力,使得銅盤隨著磁極轉(zhuǎn)動。故A、B正確;依據(jù)對稱性原理,U形磁鐵的磁場穿過整個圓盤的磁通量不變,故C錯誤;依據(jù)楞次定律可知,圓盤會阻礙磁鐵的相對運動,所以圓盤以較小的轉(zhuǎn)速與磁鐵同向轉(zhuǎn)動。故D錯誤。11.(7分)(多選)如圖所示為電磁爐的加熱原理圖,爐體支板的下方埋有線圈,電流通過線圈產(chǎn)生磁場,磁場的磁感線通過鍋底部時產(chǎn)生多數(shù)小渦流,使鍋體快速發(fā)熱,從而加熱鍋中的食物。下列關(guān)于電磁爐說法正確的是()A.可以接入穩(wěn)恒電源使其工作B.可以將陶瓷材料制作的鍋放在爐面上加熱C.其他條件不變,線圈中電流的有效值越大,對同一個鍋體產(chǎn)生的熱功率越大D.其他條件不變,線圈中電流的頻率越高,對同一個鍋體產(chǎn)生的熱功率越大【解析】選C、D。穩(wěn)恒電源在線圈中產(chǎn)生恒定的電流,激發(fā)恒定的磁場,穿過金屬鍋的磁通量不變,不會發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,沒有渦流產(chǎn)生,故A錯誤;要使鍋底能產(chǎn)生渦流,鍋必需是導(dǎo)電性能好的金屬,故不行以將陶瓷材料制作的鍋放在爐面上加熱,故B錯誤;其他條件不變,線圈中電流的有效值越大,磁場的改變量就越大,線圈中磁通量的改變率越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大,渦流越大,對同一個鍋體產(chǎn)生的熱功率也就越大,故C正確;其他條件不變,線圈中電流的頻率越高,線圈中磁通量的改變率越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大,渦流越大,對同一個鍋體產(chǎn)生的熱功率越大,故D正確。12.(19分)如圖所示,在光滑的水平面上有一半徑r=10cm、電阻R=1Ω、質(zhì)量m=1kg的金屬環(huán),以速度v=10m/s向一有界勻強磁場滑去。勻強磁場方向垂直于紙面對里,B=0.5T。從環(huán)剛起先進入磁場算起,到剛好有一半進入磁場時圓環(huán)釋放了32J的熱量,求:(1)此時圓環(huán)中電流的瞬時功率。(2)此時圓環(huán)運動的加速度?！窘馕觥?1)取金屬環(huán)為探討對象,從剛進入磁場至一半進入磁場的過程中,由能量守恒定律可知,環(huán)削減的動能全部轉(zhuǎn)化為熱能,設(shè)此時的速