1、7涡流、电磁阻尼和电磁驱动A组(15分钟)1.电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流,使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确的是()A.锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B.电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C.金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D.电磁炉的上表面一般都用金属材料制成,以加快热传递、减少热损耗解析:涡流是高频交变电流产生的磁场引起的电磁感应现象,故选项A正确,B错误;电磁炉表面一般用绝缘材料制成,避免产生涡流,锅体用金属制成,利用涡流加热物体,故选项C、D错误。答案:A2.如图所示,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水,给
2、线圈通入电流一段时间后,一个容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是()A.恒定直流、小铁锅B.恒定直流、玻璃杯C.变化的电流、小铁锅D.变化的电流、玻璃杯解析:通入恒定电流时,所产生的磁场不变,不会产生感应电流。通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,在空间产生感生电场,铁锅是导体,感生电场在导体内产生涡流,电能转化为内能,使水温升高。涡流是由变化的磁场在导体内产生的,所以玻璃杯中的水不会升温,故C正确。答案:C3.如图所示,蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕OO轴转动,当磁铁按图示方向绕OO轴转动,线圈的运动情况是()A.俯视,线圈顺时针转动,转速与磁铁相同B.俯视
3、,线圈逆时针转动,转速与磁铁相同C.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁的转速D.线圈静止不动解析:磁铁相对线圈转动,通过线圈的磁通量发生变化,线圈中产生感应电流,则线圈受安培力作用,阻碍两者的相对运动,由“来拒去留”可知线圈跟着磁铁同方向转动。如果转速相同,则没有相对运动,线圈中不产生感应电流,线圈不受安培力作用,则线圈不会转动,所以线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁转速。答案:C4.导学号01150043如图所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO转动,且各种摩擦等阻力不计。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则()A.铜盘转动将变慢B.铜盘转动将变快C.铜盘仍以原来的转速转动D.铜盘的转动速度是否变
4、化,要根据磁铁的上下两端的极性来决定解析:当一个蹄形磁铁移近铜盘时,铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,由楞次定律可知其感应电流受的安培力阻碍其相对运动,所以铜盘的转动将变慢。本题也可以从能量守恒的角度去分析,因为铜盘转动切割磁感线,产生感应电流,铜盘的机械能不断转化成电能,铜盘转动会逐渐变慢,故正确选项为A。答案:A5.导学号01150044(多选)如图所示,电表中的指针和电磁阻尼器的结构,下列说法中正确的是()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:这是涡流的典型应用之一。当指针摆动时,1随之转动,2是
5、磁铁,那么在1中产生涡流,2对1的安培力将阻碍1的转动。不管1向哪个方向转动,2对1的效果总起到阻尼作用。所以它能使指针很快地稳定下来。答案:AD6.(多选)如图所示,abcd是一小金属块,用一根绝缘细杆挂在固定点O,使金属块绕在直线OO两边来回摆动,O的正下方有一水平方向的匀强磁场区域,磁感线方向跟纸面垂直,若摩擦和空气阻力均不计,则()A.金属块进入或离开磁场区域时,都会产生感应电流B.金属块完全进入磁场区域后,金属块中无感应电流C.金属块开始摆动后,摆角会越来越小,摆角小到某一值后将不再减小D.金属块摆动过程中,机械能会完全转化为金属块中产生的电能解析:在小金属块进入或离开磁场时有感应电
6、流产生,完全进入磁场后无感应电流,故可知小金属块最终将做一个等幅摆动。答案:ABC7.导学号01150045(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,
7、根据楞次定律,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:AD8.(多选)如图所示,在光滑水平面上固定一条形磁铁,有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动,如果发现小球做减速运动,则小球的材料可能是()A.铁B.木C.铜D.铝答案:CDB组(15分钟)1.如图所示,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过。现将环从位置释放,环经过磁铁到达位置。设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为FT1和FT2,重力加速度大小为g,则
8、()A.FT1mg,FT2mgB.FT1mg,FT2mg,FT2mgD.FT1mg解析:由楞次定律推论可知,圆环在磁铁上端和下端附近时,均受到磁铁向上的安培力作用,由牛顿第三定律可知,圆环对磁铁的作用力均向下,故FT1mg,FT2mg,A项正确。答案:A2.导学号01150046一个半径为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.m
9、g(L2+r)C.mg(34L+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焦耳热,在达到稳定摆动的整个过程中,金属环减少的机械能为mg(34L+r)。答案:C3.(多选)机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品,安检门中接有线圈,线圈中通以交变电流,关于其工作原理,以下说法正确的是()A.人身上携带的金属物品会被地磁场磁化,在线圈中产生感应电流B.人体在线圈交变电流产生的磁场中运动,产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流C.线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交
10、变的感应电流D.金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流解析:一般金属物品不一定能被磁化,且地磁场很弱,即使金属被磁化磁性也很弱,作为导体的人体电阻很大,且一般不会与金属物品构成回路,故A、B错误;安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是线圈中交变电流产生交变磁场,使金属物品中产生涡流,故C正确;该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流,而线圈中交变电流的变化可以被检测到,故D正确。答案:CD4.导学号01150047如图所示,著名物理学家费曼设计的一个实验,在一块绝缘板中部安装一个线圈,并接有电源,板的四周有许多带负电的小球,将整个装置悬挂起来,当闭合开关瞬间,整个圆盘将()A.
11、顺时针转动一下B.逆时针转动一下C.顺时针不断转动D.逆时针不断转动解析:开关闭合瞬间,穿过带电小球所在空间向下的磁通量突然增加,由楞次定律知,在带电小球所处空间将产生逆时针方向(从上往下看)的电动势(确切讲,应为逆时针方向电场),从而使带负电小球受到顺时针方向作用力,由于该变化是瞬间的,故选项A正确。答案:A5.高频电磁炉的工作示意图如图所示,它是采用电磁感应原理产生涡流加热的,它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场,当变化的磁场通过含铁质锅的底部时,即会产生无数小涡流,使锅体本身自行高速升温,然后再加热锅内食物。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含铁质锅所吸收,不会
12、泄漏,对人体健康无危害。关于电磁炉,以下说法中正确的是()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,使含铁质锅底迅速升温,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,变化的磁场通过含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,选项C错误。答案:B6.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的,如图为冶炼金属的高频感应炉的示
13、意图,炉内放入被冶炼的金属,线圈通入高频交变电流,这时被冶炼的金属就能被熔化。这种冶炼方法速度快,温度易控制,并能避免有害杂质混入被炼金属中,因此适于冶炼金属。该炉的加热原理是()A.利用线圈中电流产生的焦耳热B.利用线圈中电流产生的磁场C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D.给线圈通电的同时,给炉内金属也通了电解析:高频感应炉的原理:给线圈通以高频交变电流后,线圈产生高频变化的磁场,磁场穿过金属,在金属内产生强涡流,由于电流的热效应,可使金属熔化。故只有C正确。答案:C7.(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是()A.防止涡流B.利用涡流C.起
14、电磁阻尼的作用D.起电磁驱动的作用解析:线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,就是涡流,涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后较快停下来。所以,这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用。故B、C正确。答案:BC8.导学号01150048桌面上放一铜片,如图所示,一条形磁铁的N极自上而下接近铜片的过程中,铜片对桌面的压力()A.增大B.减小C.不变D.无法判断是否变化解析:磁铁的N极接近时,自上而下穿过铜片的磁通量增大,在铜片内会产生逆时针方向绕行的感应电流(如图所示),使铜片上方呈现N极,阻碍磁铁接近。根据牛顿第三定律知,磁铁对铜片有同样大小的作用力,使铜片增加
15、对桌面的压力。答案:A9.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M=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=12Mv02-12Mv2-12mv2=1.7 J。答案:(1)铝环向右偏(2)1.7 J7