人教版 (2019)3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课时训练

涡流、电磁阻尼和电磁驱动

1．下列做法可能产生涡流的是(　　)

A．把金属块放在匀强磁场中

B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动

C．让金属块在匀强磁场中做变速运动

D．把金属块放在变化的磁场中

解析：选D　涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化。A、B、C选项中穿过金属块的磁通量不变化，所以A、B、C错误。把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确。

2．[多选]冶炼金属的高频感应炉的示意图如图所示。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。以下关于高频感应炉的说法正确的是(　　)

A．高频感应炉的线圈中必须通有变化的电流才会产生涡流

B．高频感应炉的线圈中通有恒定的电流也可以产生涡流

C．高频感应炉是利用线圈中的电流产生的焦耳热使金属熔化的

D．高频感应炉是利用炉内金属中的涡流的热效应使金属熔化的

解析：选AD　变化的电流才能产生变化的磁场，引起磁通量的变化，产生电磁感应现象；恒定的电流不会使感应炉中的磁通量发生变化，不会产生涡流；选项A正确，B错误。当感应炉内装入被冶炼的金属时，会在被冶炼的金属中产生涡流，利用涡流的热效应使金属熔化，而不是利用线圈中的电流产生的焦耳热使金属熔化，选项C错误，D正确。

3．金属探测器已经广泛应用于安检场所。下列关于金属探测器的说法正确的是(　　)

A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中

B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流

C．金属探测器探测金属时，被探测金属中感应出涡流

D．探测过程中金属探测器与被探测物体相对静止与相对运动的探测效果相同

解析：选C　金属探测器只能探测金属，不能探测细小的砂石颗粒，故A错误；金属探测器探测金属时，被探测金属中感应出涡流，故B错误，C正确；探测过程中金属探测器应与被探测物体相对运动，当相对静止时无法得出探测效果，故D错误。

4．某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通信储存设备。工作时，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中产生感应电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。则(　　)

A．被测金属物中产生的是恒定电流

B．被测金属物中产生的是交变电流

C．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报

D．违规携带的手机只有发出通信信号时才会被探测到

解析：选B　工作中的探测器靠近金属物体时，在金属物体中就会产生涡流，这种涡流是交变电流，故A错误，B正确；根据法拉第电磁感应定律，探测器产生的是变化的磁场，使靠近的金属物体产生涡流，探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，故C错误；探测器的制成原理是电磁感应现象，和手机是否发出通信信号无关，故D错误。

5．[多选]图甲为常见的家用电磁炉，图乙为电磁炉的工作原理图。当通以高频交变电流时，线圈产生的磁场会随电流的大小和方向的变化而变化，使电磁炉上方的铁锅产生感应电流，从而使其发热。下列说法正确的是(　　)

A．磁场变化的频率越高，电磁炉的加热效果越好

B．由上往下看，图乙中的线圈该时刻的电流方向为顺时针

C．电磁炉是利用电磁感应在锅体中产生涡流来工作的

D．普通陶瓷砂锅也可利用电磁炉来煲汤

解析：选AC　磁场变化的频率越高，磁通量变化率越大，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势越大，回路中的电流越大，加热效果越好，故A正确；由上往下看，根据右手螺旋定则可知，题图乙线圈中该时刻电流沿逆时针方向，故B错误；电磁炉的工作原理是利用交变电流通过线圈产生交变磁场，使金属锅自身产生无数小涡流从而加热锅内的食物，故C正确；交变磁场在普通陶瓷砂锅内不能形成涡流，则不能用来加热，故D错误。

6．某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图所示，若发现钻头M突然向右运动，则可能是(　　)

A．开关S由断开到闭合的瞬间

B．开关S由闭合到断开的瞬间

C．保持开关S闭合，滑动变阻器滑片P加速向右滑动

D．保持开关S闭合，滑动变阻器滑片P匀速向右滑动

解析：选A　若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管互相排斥，根据楞次定律可知，可能是开关S由断开到闭合的瞬间或开关S闭合且滑动变阻器滑片P向左滑动，选项A正确。

7．[多选]涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是(　　)

A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化

B．涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率

C．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力

D．待测工件可以是塑料或橡胶制品

解析：选ABC　涡流是感应电流，涡流的磁场总是阻碍穿过工件的磁通量的变化，而且涡流的频率与线圈中交流电的频率相等，A、B均正确；因待测工件中的涡流与通电线圈中的电流具有相同频率，因此二者间必有周期性的作用力，C正确；涡流只能在金属制品中产生，故选项D错误。

8．如图所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球(　　)

A．整个过程匀速运动

B．进入磁场过程中做减速运动，穿出磁场过程中做加速运动

C．整个过程都做匀减速运动

D．穿出磁场时的速度一定小于初速度

解析：选D　小球在进出磁场过程中穿过小球的磁通量发生变化，有涡流产生，要受到阻力。小球在磁场中运动时，穿过小球的磁通量不变，小球匀速运动，故小球在整个过程中先减速运动，后匀速运动，再减速运动，故D正确。

9．如图所示，闭合线框ABCD和abcd可分别绕轴线OO′转动。当接有电源的线框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

解析：选A　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abcd的相对转动，因此线框ABCD也随abcd逆时针转动，只不过稍微慢了些，选项A正确。

10．如图所示，条形磁铁用细线悬挂在O点，O点正下方固定一个水平放置的铝线圈。让磁铁在同一竖直面内摆动，在一次完整摆动的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．线圈内感应电流的方向改变两次

B．线圈对磁铁的作用力为斥力

C．线圈对磁铁的作用力始终是阻力

D．线圈对磁铁的作用力有时是阻力，有时是动力

解析：选C　磁铁向下摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生逆时针方向的感应电流(从上往下看)，感应电流激发的磁场阻碍磁铁靠近，则磁铁受到的作用力为斥力；磁铁向上摆动时，根据楞次定律可判断，线圈中产生顺时针方向的感应电流(从上往下看)，感应电流激发的磁场阻碍磁铁远离，则磁铁受到的作用力为引力，所以磁铁在一次完整摆动的过程中，电流方向改变四次。由楞次定律可知，感应电流对它的作用力始终是阻力，故C正确，A、B、D错误。

11．[多选]图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触)，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离。下列说法正确的有(　　)

A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力

B．飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到的阻力越小

C．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，受到的阻力越小

D．磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，内部的涡流越强

解析：选AD　根据题意，人用力蹬车带动飞轮旋转时，磁铁会对飞轮产生阻碍作用，飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，选项A正确；飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮受到安培力越大，即阻力越大，选项B错误；磁铁和飞轮间的距离一定时，飞轮转速越大，磁通量的变化率越大，则飞轮内部的涡流越强，产生的安培力越大，受到的阻力越大，选项C错误，D正确。

12．如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸面内摆动，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？

解析：没有开长缝的铜片在磁场中摆动时，铜片内将产生较大的涡流，铜片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，就可以把涡流限制在缝与缝之间的各部分铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片可以摆动较多的次数后才停止摆动。

答案：见解析

13．磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图甲是平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。如图乙所示，通道尺寸a＝2．0 m、b＝0.15 m、c＝0.10 m。工作时，在通道内沿z轴正方向加B＝8．0 T的匀强磁场，沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U＝99．6 V，海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率ρ＝0.20 Ω·m。

(1)船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向。

(2)船以vs＝5．0 m/s的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以5．0 m/s的速率涌入进水口，由于通道的截面积小于进水口的截面积，在通道内海水速率增加到vd＝8．0 m/s。求此时两金属板间的感应电动势U感。

(3)船行驶时，通道中海水两侧的电压按U′＝U－U感计算，海水受到的安培力的80%可以转化为对船的推力。当船以vs＝5．0 m/s的速度匀速前进时，求海水推力的功率。

解析：(1)根据安培力公式，推力F1＝I1Bb，其中I1＝，R＝ρ

则F1＝Bb＝B＝×8．0 N＝796．8 N

由左手定则判断，通道内海水受到的安培力的方向，即对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)。

(2)此时海水切割磁感线的速度v感＝vd＝8．0 m/s，则有U感＝Bvdb

即U感＝8．0×8．0×0.15 V＝9．6 V。

(3)当船行驶时，通道中海水两侧的电压U′＝U－U感，则根据欧姆定律得

I2＝＝＝ A＝600 A

安培力F2＝I2Bb＝600×8．0×0.15 N＝720 N

海水对船的推力F＝80%F2＝80%×720 N＝576 N

海水推力的功率P＝Fvs＝576×5．0 W＝2 880 W。

答案：(1)796．8 N，沿y轴正方向(向右)　(2)9．6 V　(3)2 880 W