1、7涡流、电磁阻尼和电磁驱动课时过关能力提升基础巩固1.(多选)下列器具的工作原理与涡流有关的是()A.家用电磁炉B.家用微波炉C.变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起D.风扇转动时扇叶与空气摩擦发热解析:家用电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的,故A正确;家用微波炉是利用微波加热食物的,微波炉内有很强的电磁波,这种波的波长很短,食物分子在它的作用下剧烈振动,使得其内能增加,温度升高,和涡流无关,故B错误;变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起,能有效地减小涡流,故C正确;风扇转动时扇叶与空气摩擦发热,是通过摩擦将机械能转化为内能的,与涡流无关,故D错误。答案:AC2.(多选)下列
2、磁场垂直加在金属圆盘上能产生涡流的是()解析:根据涡流的产生条件可知,只有变化的磁场能使金属圆盘产生涡流。答案:BCD3.右图为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,变化的电流通过线圈产生变化的磁场,当变化的磁场通过铁质锅的底部时,即会产生无数小涡流。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铁质锅吸收,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
3、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解析:电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场,变化的磁场通过铁质锅的底部产生无数小涡流,使锅体温度升高后加热食物,故选项A、D错误,B正确;而选项C是微波炉的加热原理,C错误。答案:B4.(多选)如图所示,一闭合铝环套在一根光滑平杆上,当条形磁铁靠近它时,下列结论正确的是()A.N极靠近铝环时,铝环将向左运动B.S极靠近铝环时,铝环将向左运动C.N极靠近铝环时,铝环将向右运动D.S极靠近铝环时,铝环将向右运动解析:条形磁铁靠近闭合铝环,无论哪个磁极靠近,都会在铝环中产生感应电流,以阻碍它们的相对运动,所以本题属于电磁驱
4、动类问题。答案:AB5.(多选)右图是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流,感应电流通过焊缝时产生大量热量,将金属熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分发热很少。下列说法正确的是()A.电流变化的频率越高,焊缝处的温度升高得越快B.电流变化的频率越低,焊缝处的温度升高得越快C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析:线圈中通以高频电流时,待焊接的金属工件中就会产生感应电流,感应电流的大小与感应电动势有关。电流变化的频率越高,感应电动势越大,感应电流越大,结合焦耳定律可知,选项A正确,选
5、项B错误;工件上焊缝处的电阻大,所以感应电流通过时产生的热量多,选项C错误,选项D正确。答案:AD6.(多选)右图是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图,下列说法正确的是()A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场B.只有具有磁性的金属物才会被探测器探测到C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流解析:金属探测器是利用涡流产生的原理进行工作的。答案:AD7.(多选)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.
6、小车先加速后减速解析: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,选项C正确。答案:BC8.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程为y=x2,其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(如图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y=b(ba)处以速度v沿抛物线下滑,假设曲面足够长,则金属块在曲面上滑动的
7、过程中产生的焦耳热总量是()A.mgbB.12mv2C.mg(b-a)D.mg(b-a)+12mv2解析:金属块进出磁场时,会产生涡流,部分机械能转化成焦耳热,所能达到的最高位置越来越低,当所能达到的最高位置为y=a时,由于金属块中的磁通量不再发生变化,金属块中不再产生涡流,机械能也不再损失,金属块会在磁场中往复运动。整个过程中减少的机械能全部转化为内能,即Q=mg(b-a)+12mv2,所以D项正确。答案:D9.有一个铜盘,轻轻拨动它,能长时间地绕轴自由转动,如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘,但并不与铜盘接触(如图),铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。解析:把磁铁加
8、在铜盘边缘,铜盘内就会产生涡流,起到电磁阻尼作用。答案:铜盘转动时如果加上磁场,则在铜盘中产生涡流,磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动,故铜盘能在较短的时间内停止转动。能力提升1.下列关于涡流的说法正确的是()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,而是一种有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解析:涡流的本质是电磁感应现象,只不过是由金属块自身构成回路,它既有热效应,也有磁效应,所以A正确,B、C错误。硅钢中产生的涡流较小,并不是不能产生涡流,D错误。答案:A2.(多选)1824年,法国科学家阿拉果
9、完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示。实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后。下列说法正确的是()A.圆盘上产生了感应电动势B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动解析:圆盘转动时产生了感应电动势,圆盘本身构成闭合回路,形成涡电流,涡电流产生的磁场导致磁针转动,选项A、B正确,D错误;圆盘转动过程中磁针的磁场穿过圆盘的磁通量没有变
10、化,选项C错误。答案:AB3.甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转,当给以相同的初始角速度开始转动后,由于阻力,经相同的时间后便停止;若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中,甲环的转轴与磁场方向平行,乙环的转轴与磁场方向垂直,如图所示,当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后,则下列判断正确的是()A.甲环先停B.乙环先停C.两环同时停下D.无法判断两环停止的先后解析:由于转动过程中穿过甲环的磁通量不变,穿过乙环的磁通量变化,所以甲环中不产生感应电流,乙环中产生。乙环的机械能不断地转化为电能,最终转化为焦耳热散失掉,所以乙环先停下来。答案:B4.(多选)电表中的指针和电磁阻尼器如图所
11、示,下列说法正确的是()A.2是磁铁,在1中产生涡流B.1是磁铁,在2中产生涡流C.该装置的作用是使指针能够转动D.该装置的作用是使指针能很快地稳定解析:1在2中转动产生感应电流,感应电流受到安培力作用阻碍1的转动,A、D正确。答案:AD5.(多选)变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是为了()A.增大涡流,提高变压器的效率B.减小涡流,提高变压器的效率C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量D.增大铁芯中的电阻,以减少发热量解析:不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁芯中的电阻,阻断涡流回路,来减少电能转化成铁芯的内能,提高效率,是防止涡流而采取的措
12、施。本题正确选项是B、D。答案:BD6.(多选)如图所示,A、B为大小、形状均相同且内壁光滑,但用不同材料制成的圆管,竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球,同时从A、B管上端的管口无初速度释放,穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管描述可能正确的是()A.A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的B.A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的C.A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是用胶木制成的,B管是用铝制成的解析:磁性小球穿过金属圆管过程中,将圆管看作由许多金属圆环组成,小球的磁场使每个圆环中产生感应电流,据楞次定律,该电流阻碍磁性小球的下落,小球向下运动的加速度小于重力加
13、速度;小球在塑料、胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流,小球仍然做自由落体运动,穿过塑料、胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少。答案:AD7.一个半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环,用一根长为l的绝缘细绳悬挂于O点,离O点下方l2处有一宽度为l4、垂直于纸面向里的匀强磁场区域,如图所示。现使圆环从与悬点O等高位置A处由静止释放(细绳张直,忽略空气阻力),摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁场,则在达到稳定摆动的整个过程中,金属环产生的热量是()A.mglB.mgl2+rC.mg34l+r D.mg(l+2r)解析:线圈在进入磁场和离开磁场时,磁通量发生变化,产生感应电流,机械能减少,最后线
14、圈在磁场下面摆动,机械能守恒。在整个过程中减少的机械能转变为内能,在达到稳定摆动的整个过程中,金属环减少的机械能为mg34l+r。答案:C8.如图所示,质量m=100 g的铝环,用细线悬挂起来,环中央距地面高度h=0.8 m,有一质量m0=200 g的小磁铁(长度可忽略),以 10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环,落地点距铝环原位置的水平距离为3.6 m,则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动):(1)铝环向哪边偏斜?(2)若铝环在磁铁穿过后速度为2 m/s,在磁铁穿过铝环的整个过程中,环中产生了多少电能?(g取10 m/s2)解析:(1)由楞次定律可知,当小磁铁向右运动时,铝环向右偏斜(阻碍相对运动)。(2)由能量守恒可得,由磁铁穿过铝环飞行的水平距离可求出磁铁穿过后的速度v=x2hg=9 m/sE电=12m0v02-12m0v2-12mv2=1.7 J。答案:(1)铝环向右偏(2)1.7 J