4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅動 同步訓練【含答案】

4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅動一、多選題(共16分)1(本題4分)如圖所示，三個長度、內徑、管壁厚度相同的木管，銅管，銀管豎直固定放置（相距較遠），其下端到地面的高度相同。在每個管正上方各有一個完全相同的圓柱形磁鐵，分別為a、b、c，它們下表面N極也在同一水平面上，現(xiàn)讓a、b、c同時由靜止釋放，它們分別穿過對應的管道，觀察到a、b、c不是同時到達地面，這種現(xiàn)象被戲稱為牛頓的夢。不考慮管間感應磁場的影啊，也不考慮磁鐵問的相互影響，已知銀的電阻率比銅的電阻率小。a、b、c從釋放到落到地面的過程（）A三根管中磁通量的變化量不同B從上往下看，銅管中感應電流的方向開始為逆時針方向，最后為順時針方向Ca最先落地，c最后落地Da、b、c落地時的速度大小關系為va>vc>vb2(本題4分)關于渦流、電磁阻尼、電磁驅動，下列說法正確的是（）A金屬探測器應用于安檢場所，探測器利用了渦流的原理B金屬探測器可用于大米裝袋，防止細小的砂石顆?；烊氪竺字蠧電磁爐利用電磁阻尼工作，錄音機在磁帶上錄制聲音利用電磁驅動工作D磁電式儀表中用來做線圈骨架的鋁框能起電磁阻尼的作用3(本題4分)某手持式金屬探測器如圖所示，它能檢查出考生違規(guī)攜帶的電子通訊儲存設備。工作時，探測環(huán)中的發(fā)射線圈通以正弦式電流，附近的被測金屬物中感應出電流，感應電流的磁場反過來影響探測器線圈中的電流，使探測器發(fā)出警報。則（）A被測金屬物中產生的是恒定電流B被測金屬物中產生的是交變電流C違規(guī)攜帶的手機只有發(fā)出通訊信號時才會被探測到D探測器與被測金屬物相對靜止時也能發(fā)出警報4(本題4分)電和磁現(xiàn)象在科技和生活中有著廣泛的應用，下列說法正確的是（）A圖中若該元件用金屬材料制作，則通入圖示的電流時，上表面電勢比下表面電勢低B圖示，閉合開關，用外力順時針（從左邊看）轉動銅盤，電路中會產生感應電流，通過R的電流自上而下C圖中如果線圈B不閉合，開關S斷開時將不會產生延時效果D圖中給電磁爐接通恒定電流，可以在鍋底產生渦流，給鍋中食物加熱二、單選題(共30分)5(本題3分)1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。實驗中將一個銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如圖所示，實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中以圓盤中心的豎直線為轉軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來，但略有滯后。下列說法正確的是（）A圓盤被磁針的磁場磁化后帶有了磁性，沒有產生感應電流B磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量沒有發(fā)生變化，圓盤內沒有產生感應電流C圓盤中電荷隨圓盤一起運動形成了電流，這個電流產生的磁場導致磁針轉動D圓盤轉動過程中，在圓盤內產生了感應電流，這個電流產生的磁場導致磁針轉動6(本題3分)如圖所示，豎直平面內過O點的豎直虛線左右兩側有垂直紙面大小相等、方向相反的水平勻強磁場，一導體圓環(huán)用絕緣細線連接懸掛于O點，將導體圓環(huán)拉到圖示a位置靜止釋放，圓環(huán)繞O點擺動，則（）A導體環(huán)從a運動到b位置的過程中，有順時針方向電流B導體環(huán)從b運動到c位置的過程中，電流總是順時針方向C導體環(huán)在b位置和c位置速度大小相等D導體環(huán)向右最多能擺到與a位置等高的位置7(本題3分)渦流、電磁驅動和電磁阻尼都是電磁感應現(xiàn)象，三者常常有緊密聯(lián)系。下列說法正確的是（）A圖甲中，如果在上下振動的磁鐵下固定一個鋁板，磁鐵會很快靜止下來，這屬于電磁阻尼現(xiàn)象B圖甲中，如果在上下振動的磁鐵下固定一個鋁板，磁鐵振動時，鋁板中會產生渦流，渦流對磁鐵總有排斥作用C圖乙中，豎直放置的蹄形磁鐵轉動后，同軸的閉合線圈會同向轉動，這屬于電磁阻尼現(xiàn)象D圖乙中，蹄形磁鐵勻速轉動時間足夠長，閉合線圈的轉速可以大于蹄形磁鐵的轉速8(本題3分)如圖所示，一輕質絕緣橫桿兩側各固定一粗細和大小相同的鋁環(huán)，B環(huán)封閉，A環(huán)有一個小缺口。橫桿可繞中心點自由轉動，老師拿條形磁鐵插向其中一個小環(huán)，同學們看到的現(xiàn)象及現(xiàn)象分析正確的是（）A磁鐵N極插向A環(huán)，A環(huán)上會產生順時針方向的感應電流B磁鐵N極插向B環(huán)，B環(huán)上會產生逆時針方向的感應電流C磁鐵插向A環(huán)，橫桿會發(fā)生轉動，這是電磁驅動現(xiàn)象D磁鐵插向B環(huán)，橫桿會發(fā)生轉動，這是電磁阻尼現(xiàn)象9(本題3分)中學實驗室使用的電流表是磁電式電流表，內部結構示意圖如圖所示，其最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈，兩磁極間裝有極靴（軟鐵），極靴中間又有一個鐵質圓柱（軟鐵），極靴與圓柱間有磁場區(qū)。當電流通過線圈時，線圈左右兩邊導線受到安培力的方向相反，于是安裝在軸上的線圈就要轉動，從線圈偏轉的角度就能判斷通過電流的大小。下列說法正確的是（）A為了使電流表表盤的刻度均勻，極靴與圓柱間的磁場為勻強磁場B線圈無論轉到什么位置，它的平面都跟磁感線平行C將線圈繞在閉合的鋁框上，可使指針擺動減慢D在運輸時用導線將電流表兩個接線柱連在一起，可減小線圈中因晃動而產生的感應電流10(本題3分)彈簧上端固定，下端掛一只條形磁鐵，使磁鐵上下振動，磁鐵的振動幅度不變。若在振動過程中把線圈靠近磁鐵，如圖所示，觀察磁鐵的振幅將會發(fā)現(xiàn)（）AS閉合時振幅逐漸減小，S斷開時振幅不變BS閉合時振幅逐漸增大，S斷開時振幅不變CS閉合或斷開，磁鐵的振動幅度不變DS閉合或斷開，磁鐵的振動幅度均發(fā)生變化11(本題3分)下列有關電磁感應的說法正確的是（）A法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象并且分析指出了法拉第電磁感應定律B閉合電路在磁場中做切割磁感線運動，電路中不一定會產生感應電流C線圈中磁通量變化越大，線圈中產生的感應電動勢一定越大D渦流的形成不遵循法拉第電磁感應定律12(本題3分)磁電式儀表的基本組成部分是磁鐵和線圈。纏繞線圈的骨架常用鋁框，鋁框、指針固定在同一轉軸上。線圈未通電時，指針豎直指在表盤中央；線圈通電時發(fā)生轉動，指針隨之偏轉，由此就能確定電流的大小。如圖所示，線圈通電時指針向右偏轉，在此過程中，下列說法確的是（）A俯視看線圈中通有逆時針方向的電流B穿過鋁框的磁通量減少C俯視看鋁框中產生逆時針方向的感應電流D使用鋁框做線圈骨架會使電流的測量值偏小13(本題3分)一機械式車速表可用來測量車輛瞬時速率，其結構簡圖如圖所示，主要由緊固在主動軸上的永久磁鐵，帶有指針的鋁制速度盤等組成。不工作時，指針指在刻度盤最左側的零點位置。當車開始向前啟動時，主動軸帶動永久磁鐵轉動，速度盤隨之轉動，指針指示相應車速。下列說法正確的是（）A向前啟動時，主動軸的轉速可能小于指針轉速B倒車時指針指在零刻度C鋁制速度盤中的電流是由于盤的轉動形成D向前行駛時，速度盤中的安培力阻礙指針的偏轉14(本題3分)如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖。爐子的內部有一個金屬線圈，當電流通過線圈時，會產生磁場，這個磁場的大小和方向是不斷變化的，這個變化的磁場又會引起放在電磁爐上面的鐵質（或鋼質）鍋底內產生感應電流，由于鍋底有電阻，所以感應電流又會在鍋底產生熱效應，這些熱能便起到加熱物體的作用從而煮食。因為電磁爐是以電磁感應產生電流，利用電流的熱效應產生熱量，所以不是所有的鍋或器具都適用。以下說法正確的是（）A最好使用鋁鍋或銅鍋B最好使用平底不銹鋼鍋或鐵鍋C最好使用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋D在電磁爐與鐵鍋之間放一層白紙后無法加熱三、解答題(共54分)15(本題13分)在方向豎直向下、磁感應強度B=5T的勻強磁場中，兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內，相距L=1m，質量m1=2kg，電阻R=1的金屬導體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上，與軌道接觸良好，軌道端點M、P間接有一直流電源，電動勢E=36V。導體棒ab通過滑輪提升質量m2=8kg的重物，不計電源內阻，不計導軌電阻，不計滑輪軸處的摩擦，g=10m/s2（1）簡述此電動機的能量轉化情況；（2）當ab棒速度為v=2m/s時，求通過棒的電流I的大??；（3）當ab棒速度為v=2m/s時，求通過棒的加速度a的大小；（4）棒最終勻速運動的速度vmax。16(本題14分)磁懸浮列車的原理如圖所示，在水平面上，兩根平行直導軌間有豎直方向且等距離的勻強磁場，大小分別為B1和B2，方向相反，導軌上有金屬框abcd，當勻強磁場B1和B2同時以速度v沿直線向右運動時，金屬框也會沿直導軌運動.設直導軌間距為，磁場運動速度，金屬框的電阻.試回答下列問題：（1）金屬框為什么會運動？若金屬框不受阻力，將如何運動？（2）當金屬框始終受到的阻力時，金屬框的最大速度是多少？（3）當金屬框始終受到的阻力時，要使金屬框維持最大速度，每秒鐘需消耗多少能量？這些能量是誰提供的？17(本題13分)某種超導磁懸浮列車利用超導體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時通過周期性地變換磁極方向而使列車獲得推進動力.其推進原理可以簡化為如圖所示的模型：在水平面上相距b的兩根平行直導軌間，有豎直方向等距離分布的勻強磁場，大小分別為B1和B2，方向相反，且，每個磁場的長都是a，相間排列，所有這些磁場都以速度·向右勻速運動這時跨在兩導軌間的長為b、寬為a的金屬框MNOP（懸浮在導軌正上方）在磁場力作用下也將會向右運動設金屬框的總電阻為R，運動中所受到的阻力恒為f.（1）求列車在運動過程中金屬框產生的最大電流；（2）求列車能達到的最大速度；（3）簡述要使列車停下可采取哪些可行措施.18(本題14分)隨著航空領域的發(fā)展，實現(xiàn)火箭回收利用，成為了各國都在重點突破的技術。其中有一技術難題是回收時如何減緩對地的碰撞，為此設計師在返回火箭的底盤安裝了電磁緩沖裝置。該裝置的主要部件有兩部分：緩沖滑塊，由高強絕緣材料制成，其內部邊緣繞有閉合單匝矩形線圈abcd；火箭主體，包括絕緣光滑緩沖軌道MN、PQ和超導線圈（圖中未畫出），超導線圈能產生方向垂直于整個緩沖軌道平面的勻強磁場。當緩沖滑塊接觸地面時，滑塊立即停止運動，此后線圈與火箭主體中的磁場相互作用，火箭主體一直做減速運動直至達到軟著陸要求的速度，從而實現(xiàn)緩沖?，F(xiàn)已知緩沖滑塊豎直向下撞向地面時，火箭主體的速度大小為v0，經(jīng)過時間t火箭著陸，速度恰好為零；線圈abcd的電阻為R，其余電阻忽略不計；ab邊長為l，火箭主體質量為m，勻強磁場的磁感應強度大小為B，重力加速度為g，一切摩擦阻力不計，求：（1）緩沖滑塊剛停止運動時，線圈ab邊兩端的電勢差Uab；（2）緩沖滑塊剛停止運動時，火箭主體的加速度大??；（3）火箭主體的速度從v0減到零的過程中系統(tǒng)產生的電能。答案答案1BC【詳解】A圓柱形磁鐵a、b、c的初、末位置相同，三根管長度、內徑相等，三根管中磁通量的變化量相同，A錯誤；B根據(jù)楞次定律，從上往下看，銅管中感應電流的方向開始為逆時針方向，最后為順時針方向，B正確；Ca下落過程中，木管中沒有感應電流，a做自由落體運動，a最先落地，b、c下落過程中，銅管、銀管中都有感應電流，由楞次定律得b、c受到的磁場力都向上，由于銀管的電阻小，銀管中的平均感應電流大，銀管受到的平均安培力大，由牛頓第三定律得c受到平均磁場力大，c的加速度最小，c比b后落地，C正確；D由于C受到平均磁場力大，磁場力對c做負功，a、b、c運動的過程根據(jù)動能定理有mghW磁=mv2其中Wa磁=0，Wb磁<Wc磁解得a、b、c落地時的速度大小關系為va>vb>vcD錯誤。故選BC。2AD【詳解】A金屬探測器在探測金屬時，由于在被測金屬中產生的渦流從而使報警器工作，故A正確；B金屬探測器探測原理是在被探測物體中由于電磁感應在被探測物中產生渦流來進行工作，食品中的砂石不是金屬，所以不能產生渦流，故B錯誤；C電磁爐利用渦流工作，錄音機在磁帶上錄制聲音時，是利用了電流的磁效應，使磁帶上的磁粉被磁化，故C錯誤；D磁電式儀表中用來做線圈骨架的鋁框中可以產生感應電流能起電磁阻尼的作用，故D正確。故選AD。3BD【詳解】AB探測環(huán)中的發(fā)射線圈通以正弦式電流，被測金屬物中產生的是交變電流，故A錯誤，B正確；C違規(guī)攜帶的物品只要是金屬就會被探測到，故C錯誤。D因為探測環(huán)中的發(fā)射線圈通以正弦式電流，被測金屬物中的磁通量也是變化的，所以探測器與被測金屬物相對靜止時也能發(fā)出警報，故D正確；故選BD。4AC【詳解】A圖中若該元件用金屬材料制作，導電粒子為電子，根據(jù)左手定則可知，電子向上偏轉，上表面電勢比下表面電勢低，故A正確；B圖示，閉合開關，用外力順時針（從左邊看）轉動銅盤，電路中會產生感應電流，根據(jù)右手定則可以判斷，通過R的電流自下而上，故B錯誤；C圖中如果線圈B不閉合，開關S斷開時B中不會產生感應電流，將不會產生延時效果，故C正確；D圖中給電磁爐接通恒定電流，不會產生變化的磁場，不會產生渦流，故D錯誤。故選AC。5D【詳解】圓盤在徑向的金屬條切割磁感線過程中，內部距離圓心遠近不同的點電勢不等，從而形成渦流，渦流產生的磁場又導致磁針轉動故選D。6B【詳解】A導體環(huán)從a運動到b位置的過程中，磁通量不變，沒有感應電流，A錯誤；B導體環(huán)從b運動到c位置的過程中，垂直紙面向里的磁場對應的磁通量在減小，根據(jù)楞次定律，感應電流方向為順時針方向，垂直紙面向外的磁場對應的磁通量在增大，根據(jù)楞次定律，感應電流方向為順時針方向，所以電流總是順時針方向。B正確；CD導體環(huán)在b位置和c位置速度大小不相等，該過程重力不做功，但是發(fā)生電磁感應，動能轉化為電能，速度減小。也因此，導體環(huán)不能擺到與a位置等高的位置。CD錯誤。故選B。7A【詳解】AB圖甲中，磁鐵振動時鋁板中磁通量會發(fā)生變化，會產生感應電流即渦流，根據(jù)楞次定律，渦流對磁鐵運動有阻礙作用，即靠近時排斥，遠離時吸引，這是電磁阻尼的具體實例，故A正確，B錯誤；CD圖乙中，蹄形磁鐵逆時針轉動時，穿過閉合線圈的磁通量會變化，會產生感應電流，感應電流阻礙它們之間的相對運動，所以同軸的閉合線圈也逆時針轉動，這是電磁驅動；閉合線圈的轉速一定小于蹄形磁鐵的轉速，不然就不會有感應電流，也就不會有動力，故CD錯誤；故選A。8B【詳解】ACA環(huán)不閉合，磁鐵插向A環(huán)時，不產生感應電流，環(huán)不受力，橫桿不轉動，AC錯誤；BB環(huán)閉合，磁鐵插向B環(huán)時，環(huán)內產生感應電流，環(huán)受到磁場的作用，橫桿轉動；根據(jù)楞次定律可知，阻礙相對運動，橫桿逆時針轉動，B正確D磁鐵插向B環(huán)，橫桿逆時針轉動，這是電磁驅動，不是電磁阻尼現(xiàn)象，D錯誤。故選B。9B【詳解】A極靴與圓柱間的磁場是均勻地輻向分布，并不是勻強磁場；這樣即可保證線圈轉動過程中各個位置的磁感應強度的大小不變，從而使電流表表盤刻度均勻，故A錯誤；B由圖看出，蹄形磁鐵和鐵芯之間的磁場是均勻輻射分布，不管線圈轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，故B正確；C將線圈繞在閉合的鋁框上，當線圈在磁場中轉動時，導致鋁框的磁通量變化，從而產生感應電流，出現(xiàn)安培阻力，使其很快停止擺動，故C錯誤；D在運輸時用導線將電流表的兩個接線柱連在一起，電流表短路，產生的感應電流，從而減緩線圈的晃動，故D錯誤；故選B。10A【詳解】當S閉合后，線圈構成閉合回路，當條形磁鐵豎直運動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，從而使線圈產生感應電流，由楞次定律可得，感應電流的磁場阻礙磁鐵的運動，使振幅減小，不閉合線圈，不會產生感應電流，振幅不變故選A。11B【詳解】A法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，法拉第電磁感應定律是紐曼、韋伯在對理論和實驗資料進行嚴格分析后總結出來的，故A錯誤；B閉合電路在磁場中做切割磁感線運動，穿過回路的磁通量若不變，則不產生感應電流，故B正確；C根據(jù)法拉第電磁感應定律知磁通量的變化量大，磁通量的變化率不一定大，感應電動勢不一定大，故C錯誤；D渦流是一種特殊的電磁感應現(xiàn)象，遵循法拉第電磁感應定律，故D錯誤。故選B。12C【詳解】A根據(jù)指針的偏轉方向，鋁框右邊受到的安培力向下，左邊受到的安培力向上，根據(jù)左手定則可知，俯視看線圈中通有順時針方向的電流，故A錯誤；B根據(jù)圖可知，鋁框轉動時，穿過鋁框的磁通量增大，故B錯誤；C線框轉動，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，俯視看產生的感應電流為逆時針方向，故C正確；D由于鋁框轉動時會產生感應電流，所以鋁框要受安培力，安培力阻礙鋁框的轉動使其快速停止轉動；即發(fā)生電阻尼，當鋁框停止轉動后，就沒有感應電流產生，故不影響電流的測量，故D錯誤。故選C。13B【詳解】AC由于電磁感應，永久磁鐵將在鋁制速度盤中產生渦流，渦流在永久磁鐵磁場的驅動下，使指針產生偏轉，因此主動軸的轉速一定比指針轉速大，且電流是渦流，故AC錯；D安培力作用使指針偏轉，故D錯誤；B因倒車時安培力反向作用，指針仍指在左側零刻度，故B正確。故選B。14B【詳解】AB鋁和銅不是導磁材料，所以電磁爐不能用這兩種材料制作的鍋具，最好使用平底不銹鋼鍋或鐵鍋，選項A錯誤，B正確；C因為陶瓷、玻璃在一般情況下不導磁也不導電，在磁場中不會產生感應電流，則不能使用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋，選項C錯誤；D因為磁感線能穿過白紙，鐵質鍋具有足夠的磁感線穿過，故電磁爐能正常工作，選項D錯誤。故選B。15（1）電能轉化為機械能；（2）26A；（3）；（4）4m/s【詳解】（1）電流通過在磁場中的導體棒產生安培力，拉動物體運動，所以電動機將電能轉化為機械能。（2）導體棒切割磁感線產生反電動勢電路中的電流代入數(shù)據(jù)解得（3）以導體棒和重物構成的系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律代入數(shù)據(jù)得（4）最終ab棒勻速運動，速度為，重物和導體棒受力平衡通過導體棒的電流即解得16（1）見解析 （2）1.875m/s （3）每秒鐘消耗5J的能量，這些能量是由磁場提供的【詳解】（1）因為磁場B1、B2向右運動，金屬框相對于磁場向左運動，于是金屬框ad、bc兩邊切割磁感線產生感應電流。當線框在題圖中實線位置時，由右手定則知，產生逆時針方向的電流，受到向右的安培力作用，所以金屬框跟隨勻強磁場向右運動。如果線框處于題圖中虛線位置，則產生順時針方向的感應電流，由左手定則知，所受安培力方向仍然是水平向右的。故只要兩者處于相對運動狀態(tài)，線框就始終受到向右的安培力作用。線框開始處于靜止狀態(tài)（對地），受安培力作用后，向右做加速運動。若金屬框不受阻力，當速度增大到5m/s時，金屬框相對磁場靜止，做勻速運動。（2）當金屬框始終受到的阻力時，達最大速度時受力平衡，有：，式中，為磁場速度和線框最大度之差，即相對速度，所以（3）消耗的能量由兩部分組成，一是轉化為線框的內能，二是克服阻力做的功，所以消耗能量的功率為式中所以則每秒鐘需消耗5J能量，這些能量是由磁場提供的。17（1）（2）（3）切斷電源、改變磁場的方向、增大阻力【分析】電磁阻尼和電磁驅動問題的本質仍然是電磁感應。因此分析求解本題時，應把動生電動勢跟相關力學知識結合起來?！驹斀狻浚?）開始時金屬框產生的電流最大，設為Im，則由題意得（2）分析列車受力可得當列車速度增大時，安培力變小，加速度變小，當時，列車速度達到最大，有F為棒MP和NQ所受安培力之和而聯(lián)立解得（3）要使列車停下可采取切斷電源、改變磁場的方向、增大阻力的措施。18（1）（2）（3）【詳解】(1)ab邊產生電動勢：EBLv0，因此(2)安培力，電流為，對火箭主體受力分析可得：Fabmgma解得：(3)設下落t時間內火箭下落的高度為h，對火箭主體由動量定理：mgt0mv0即mgt0mv0化簡得h根據(jù)能量守恒定律，產生的電能為：E代入數(shù)據(jù)可得：