4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动 同步训练【含答案】

4.7涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、多选题(共16分)1(本题4分)如图所示，三个长度、内径、管壁厚度相同的木管，铜管，银管竖直固定放置（相距较远），其下端到地面的高度相同。在每个管正上方各有一个完全相同的圆柱形磁铁，分别为a、b、c，它们下表面N极也在同一水平面上，现让a、b、c同时由静止释放，它们分别穿过对应的管道，观察到a、b、c不是同时到达地面，这种现象被戏称为牛顿的梦。不考虑管间感应磁场的影啊，也不考虑磁铁问的相互影响，已知银的电阻率比铜的电阻率小。a、b、c从释放到落到地面的过程（）A三根管中磁通量的变化量不同B从上往下看，铜管中感应电流的方向开始为逆时针方向，最后为顺时针方向Ca最先落地，c最后落地Da、b、c落地时的速度大小关系为vavcvb2(本题4分)关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法正确的是（）A金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理B金属探测器可用于大米装袋，防止细小的砂石颗粒混入大米中C电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作D磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用3(本题4分)某手持式金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通讯储存设备。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感应出电流，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违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到D探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报4(本题4分)电和磁现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（）A图中若该元件用金属材料制作，则通入图示的电流时，上表面电势比下表面电势低B图示，闭合开关，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自上而下C图中如果线圈B不闭合，开关S断开时将不会产生延时效果D图中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热二、单选题(共30分)5(本题3分)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一个铜圆盘水平放置，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以圆盘中心的竖直线为转轴旋转时，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圆盘被磁针的磁场磁化后带有了磁性，没有产生感应电流B磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量没有发生变化，圆盘内没有产生感应电流C圆盘中电荷随圆盘一起运动形成了电流，这个电流产生的磁场导致磁针转动D圆盘转动过程中，在圆盘内产生了感应电流，这个电流产生的磁场导致磁针转动6(本题3分)如图所示，竖直平面内过O点的竖直虚线左右两侧有垂直纸面大小相等、方向相反的水平匀强磁场，一导体圆环用绝缘细线连接悬挂于O点，将导体圆环拉到图示a位置静止释放，圆环绕O点摆动，则（）A导体环从a运动到b位置的过程中，有顺时针方向电流B导体环从b运动到c位置的过程中，电流总是顺时针方向C导体环在b位置和c位置速度大小相等D导体环向右最多能摆到与a位置等高的位置7(本题3分)涡流、电磁驱动和电磁阻尼都是电磁感应现象，三者常常有紧密联系。下列说法正确的是（）A图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁会很快静止下来，这属于电磁阻尼现象B图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁振动时，铝板中会产生涡流，涡流对磁铁总有排斥作用C图乙中，竖直放置的蹄形磁铁转动后，同轴的闭合线圈会同向转动，这属于电磁阻尼现象D图乙中，蹄形磁铁匀速转动时间足够长，闭合线圈的转速可以大于蹄形磁铁的转速8(本题3分)如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一粗细和大小相同的铝环，B环封闭，A环有一个小缺口。横杆可绕中心点自由转动，老师拿条形磁铁插向其中一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是（）A磁铁N极插向A环，A环上会产生顺时针方向的感应电流B磁铁N极插向B环，B环上会产生逆时针方向的感应电流C磁铁插向A环，横杆会发生转动，这是电磁驱动现象D磁铁插向B环，横杆会发生转动，这是电磁阻尼现象9(本题3分)中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴（软铁），极靴中间又有一个铁质圆柱（软铁），极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（）A为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场B线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行C将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动减慢D在运输时用导线将电流表两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流10(本题3分)弹簧上端固定，下端挂一只条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变。若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图所示，观察磁铁的振幅将会发现（）AS闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变BS闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变CS闭合或断开，磁铁的振动幅度不变DS闭合或断开，磁铁的振动幅度均发生变化11(本题3分)下列有关电磁感应的说法正确的是（）A法拉第发现了电磁感应现象并且分析指出了法拉第电磁感应定律B闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中不一定会产生感应电流C线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大D涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律12(本题3分)磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈。缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上。线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小。如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法确的是（）A俯视看线圈中通有逆时针方向的电流B穿过铝框的磁通量减少C俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流D使用铝框做线圈骨架会使电流的测量值偏小13(本题3分)一机械式车速表可用来测量车辆瞬时速率，其结构简图如图所示，主要由紧固在主动轴上的永久磁铁，带有指针的铝制速度盘等组成。不工作时，指针指在刻度盘最左侧的零点位置。当车开始向前启动时，主动轴带动永久磁铁转动，速度盘随之转动，指针指示相应车速。下列说法正确的是（）A向前启动时，主动轴的转速可能小于指针转速B倒车时指针指在零刻度C铝制速度盘中的电流是由于盘的转动形成D向前行驶时，速度盘中的安培力阻碍指针的偏转14(本题3分)如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图。炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。以下说法正确的是（）A最好使用铝锅或铜锅B最好使用平底不锈钢锅或铁锅C最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅D在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热三、解答题(共54分)15(本题13分)在方向竖直向下、磁感应强度B=5T的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距L=1m，质量m1=2kg，电阻R=1的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，轨道端点M、P间接有一直流电源，电动势E=36V。导体棒ab通过滑轮提升质量m2=8kg的重物，不计电源内阻，不计导轨电阻，不计滑轮轴处的摩擦，g=10m/s2（1）简述此电动机的能量转化情况；（2）当ab棒速度为v=2m/s时，求通过棒的电流I的大小；（3）当ab棒速度为v=2m/s时，求通过棒的加速度a的大小；（4）棒最终匀速运动的速度vmax。16(本题14分)磁悬浮列车的原理如图所示，在水平面上，两根平行直导轨间有竖直方向且等距离的匀强磁场，大小分别为B1和B2，方向相反，导轨上有金属框abcd，当匀强磁场B1和B2同时以速度v沿直线向右运动时，金属框也会沿直导轨运动.设直导轨间距为，磁场运动速度，金属框的电阻.试回答下列问题：（1）金属框为什么会运动？若金属框不受阻力，将如何运动？（2）当金属框始终受到的阻力时，金属框的最大速度是多少？（3）当金属框始终受到的阻力时，要使金属框维持最大速度，每秒钟需消耗多少能量？这些能量是谁提供的？17(本题13分)某种超导磁悬浮列车利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而使列车获得推进动力.其推进原理可以简化为如图所示的模型：在水平面上相距b的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场，大小分别为B1和B2，方向相反，且，每个磁场的长都是a，相间排列，所有这些磁场都以速度向右匀速运动这时跨在两导轨间的长为b、宽为a的金属框MNOP（悬浮在导轨正上方）在磁场力作用下也将会向右运动设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f.（1）求列车在运动过程中金属框产生的最大电流；（2）求列车能达到的最大速度；（3）简述要使列车停下可采取哪些可行措施.18(本题14分)随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈abcd；火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ和超导线圈（图中未画出），超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为v0，经过时间t火箭着陆，速度恰好为零；线圈abcd的电阻为R，其余电阻忽略不计；ab边长为l，火箭主体质量为m，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，求：（1）缓冲滑块刚停止运动时，线圈ab边两端的电势差Uab；（2）缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体的加速度大小；（3）火箭主体的速度从v0减到零的过程中系统产生的电能。答案答案1BC【详解】A圆柱形磁铁a、b、c的初、末位置相同，三根管长度、内径相等，三根管中磁通量的变化量相同，A错误；B根据楞次定律，从上往下看，铜管中感应电流的方向开始为逆时针方向，最后为顺时针方向，B正确；Ca下落过程中，木管中没有感应电流，a做自由落体运动，a最先落地，b、c下落过程中，铜管、银管中都有感应电流，由楞次定律得b、c受到的磁场力都向上，由于银管的电阻小，银管中的平均感应电流大，银管受到的平均安培力大，由牛顿第三定律得c受到平均磁场力大，c的加速度最小，c比b后落地，C正确；D由于C受到平均磁场力大，磁场力对c做负功，a、b、c运动的过程根据动能定理有mghW磁=mv2其中Wa磁=0，Wb磁vbvcD错误。故选BC。2AD【详解】A金属探测器在探测金属时，由于在被测金属中产生的涡流从而使报警器工作，故A正确；B金属探测器探测原理是在被探测物体中由于电磁感应在被探测物中产生涡流来进行工作，食品中的砂石不是金属，所以不能产生涡流，故B错误；C电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音时，是利用了电流的磁效应，使磁带上的磁粉被磁化，故C错误；D磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流能起电磁阻尼的作用，故D正确。故选AD。3BD【详解】AB探测环中的发射线圈通以正弦式电流，被测金属物中产生的是交变电流，故A错误，B正确；C违规携带的物品只要是金属就会被探测到，故C错误。D因为探测环中的发射线圈通以正弦式电流，被测金属物中的磁通量也是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，故D正确；故选BD。4AC【详解】A图中若该元件用金属材料制作，导电粒子为电子，根据左手定则可知，电子向上偏转，上表面电势比下表面电势低，故A正确；B图示，闭合开关，用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，根据右手定则可以判断，通过R的电流自下而上，故B错误；C图中如果线圈B不闭合，开关S断开时B中不会产生感应电流，将不会产生延时效果，故C正确；D图中给电磁炉接通恒定电流，不会产生变化的磁场，不会产生涡流，故D错误。故选AC。5D【详解】圆盘在径向的金属条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电势不等，从而形成涡流，涡流产生的磁场又导致磁针转动故选D。6B【详解】A导体环从a运动到b位置的过程中，磁通量不变，没有感应电流，A错误；B导体环从b运动到c位置的过程中，垂直纸面向里的磁场对应的磁通量在减小，根据楞次定律，感应电流方向为顺时针方向，垂直纸面向外的磁场对应的磁通量在增大，根据楞次定律，感应电流方向为顺时针方向，所以电流总是顺时针方向。B正确；CD导体环在b位置和c位置速度大小不相等，该过程重力不做功，但是发生电磁感应，动能转化为电能，速度减小。也因此，导体环不能摆到与a位置等高的位置。CD错误。故选B。7A【详解】AB图甲中，磁铁振动时铝板中磁通量会发生变化，会产生感应电流即涡流，根据楞次定律，涡流对磁铁运动有阻碍作用，即靠近时排斥，远离时吸引，这是电磁阻尼的具体实例，故A正确，B错误；CD图乙中，蹄形磁铁逆时针转动时，穿过闭合线圈的磁通量会变化，会产生感应电流，感应电流阻碍它们之间的相对运动，所以同轴的闭合线圈也逆时针转动，这是电磁驱动；闭合线圈的转速一定小于蹄形磁铁的转速，不然就不会有感应电流，也就不会有动力，故CD错误；故选A。8B【详解】ACA环不闭合，磁铁插向A环时，不产生感应电流，环不受力，横杆不转动，AC错误；BB环闭合，磁铁插向B环时，环内产生感应电流，环受到磁场的作用，横杆转动；根据楞次定律可知，阻碍相对运动，横杆逆时针转动，B正确D磁铁插向B环，横杆逆时针转动，这是电磁驱动，不是电磁阻尼现象，D错误。故选B。9B【详解】A极靴与圆柱间的磁场是均匀地辐向分布，并不是匀强磁场；这样即可保证线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，从而使电流表表盘刻度均匀，故A错误；B由图看出，蹄形磁铁和铁芯之间的磁场是均匀辐射分布，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，故B正确；C将线圈绕在闭合的铝框上，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，故C错误；D在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，电流表短路，产生的感应电流，从而减缓线圈的晃动，故D错误；故选B。10A【详解】当S闭合后，线圈构成闭合回路，当条形磁铁竖直运动时，穿过线圈的磁通量发生变化，从而使线圈产生感应电流，由楞次定律可得，感应电流的磁场阻碍磁铁的运动，使振幅减小，不闭合线圈，不会产生感应电流，振幅不变故选A。11B【详解】A法拉第发现了电磁感应现象，法拉第电磁感应定律是纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后总结出来的，故A错误；B闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，穿过回路的磁通量若不变，则不产生感应电流，故B正确；C根据法拉第电磁感应定律知磁通量的变化量大，磁通量的变化率不一定大，感应电动势不一定大，故C错误；D涡流是一种特殊的电磁感应现象，遵循法拉第电磁感应定律，故D错误。故选B。12C【详解】A根据指针的偏转方向，铝框右边受到的安培力向下，左边受到的安培力向上，根据左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，故A错误；B根据图可知，铝框转动时，穿过铝框的磁通量增大，故B错误；C线框转动，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，俯视看产生的感应电流为逆时针方向，故C正确；D由于铝框转动时会产生感应电流，所以铝框要受安培力，安培力阻碍铝框的转动使其快速停止转动；即发生电阻尼，当铝框停止转动后，就没有感应电流产生，故不影响电流的测量，故D错误。故选C。13B【详解】AC由于电磁感应，永久磁铁将在铝制速度盘中产生涡流，涡流在永久磁铁磁场的驱动下，使指针产生偏转，因此主动轴的转速一定比指针转速大，且电流是涡流，故AC错；D安培力作用使指针偏转，故D错误；B因倒车时安培力反向作用，指针仍指在左侧零刻度，故B正确。故选B。14B【详解】AB铝和铜不是导磁材料，所以电磁炉不能用这两种材料制作的锅具，最好使用平底不锈钢锅或铁锅，选项A错误，B正确；C因为陶瓷、玻璃在一般情况下不导磁也不导电，在磁场中不会产生感应电流，则不能使用陶瓷锅或耐热玻璃锅，选项C错误；D因为磁感线能穿过白纸，铁质锅具有足够的磁感线穿过，故电磁炉能正常工作，选项D错误。故选B。15（1）电能转化为机械能；（2）26A；（3）；（4）4m/s【详解】（1）电流通过在磁场中的导体棒产生安培力，拉动物体运动，所以电动机将电能转化为机械能。（2）导体棒切割磁感线产生反电动势电路中的电流代入数据解得（3）以导体棒和重物构成的系统为研究对象，根据牛顿第二定律代入数据得（4）最终ab棒匀速运动，速度为，重物和导体棒受力平衡通过导体棒的电流即解得16（1）见解析 （2）1.875m/s （3）每秒钟消耗5J的能量，这些能量是由磁场提供的【详解】（1）因为磁场B1、B2向右运动，金属框相对于磁场向左运动，于是金属框ad、bc两边切割磁感线产生感应电流。当线框在题图中实线位置时，由右手定则知，产生逆时针方向的电流，受到向右的安培力作用，所以金属框跟随匀强磁场向右运动。如果线框处于题图中虚线位置，则产生顺时针方向的感应电流，由左手定则知，所受安培力方向仍然是水平向右的。故只要两者处于相对运动状态，线框就始终受到向右的安培力作用。线框开始处于静止状态（对地），受安培力作用后，向右做加速运动。若金属框不受阻力，当速度增大到5m/s时，金属框相对磁场静止，做匀速运动。（2）当金属框始终受到的阻力时，达最大速度时受力平衡，有：，式中，为磁场速度和线框最大度之差，即相对速度，所以（3）消耗的能量由两部分组成，一是转化为线框的内能，二是克服阻力做的功，所以消耗能量的功率为式中所以则每秒钟需消耗5J能量，这些能量是由磁场提供的。17（1）（2）（3）切断电源、改变磁场的方向、增大阻力【分析】电磁阻尼和电磁驱动问题的本质仍然是电磁感应。因此分析求解本题时，应把动生电动势跟相关力学知识结合起来。【详解】（1）开始时金属框产生的电流最大，设为Im，则由题意得（2）分析列车受力可得当列车速度增大时，安培力变小，加速度变小，当时，列车速度达到最大，有F为棒MP和NQ所受安培力之和而联立解得（3）要使列车停下可采取切断电源、改变磁场的方向、增大阻力的措施。18（1）（2）（3）【详解】(1)ab边产生电动势：EBLv0，因此(2)安培力，电流为，对火箭主体受力分析可得：Fabmgma解得：(3)设下落t时间内火箭下落的高度为h，对火箭主体由动量定理：mgt0mv0即mgt0mv0化简得h根据能量守恒定律，产生的电能为：E代入数据可得：