高二物理选修3-2涡流、电磁阻尼和电磁驱动达标检测试题(带答案和解释)

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高二物理选修3-2涡流、电磁阻尼和电磁驱动达标检测试题(带答案和解释)

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7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

 
(时间:60分钟)
 
知识点一 涡流及其应用
1.如图4-7-9所示是电表中的指针和电磁阻尼器,下列说法中正确的是(  ).
 
图4-7-9
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.总之不管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 AD
2.某磁场磁感线如图4-7-10所示,有铜盘自图示A位置落至B位置,在下落过程中,自上向下看,线圈中的涡流方向是(  ).
 
图4-7-10
A.始终顺时针
B.始终逆时针
C.先顺时针再逆时针
D.先逆时针再顺时针
解析 把铜盘从A至B的全过程分成两个阶段处理;第一阶段是铜盘从A位置下落到具有最大磁通量的位置O,此过程中穿过铜盘的磁通量的方向向上且不断增大,由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是顺时针的;第二阶段是铜盘从具有最大磁通量位置O落到B位置,此过程中穿过铜盘的磁通量的方向向上且不断减小,由楞次定律可判断感应电流方向(自上向下看)是逆时针的,故C选项正确.
答案 C
3.如图4-7-11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(  ).
 
图4-7-11
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 C
知识点二 电磁阻尼、电磁驱动
4.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4-7-12所示,在此过程中(  ).
 
图4-7-12
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.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,C项对.
答案 BC
5.如图4-7-13所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动,且假设摩擦等阻力不计,转动是匀速的.现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则(  ).
 
图4-7-13
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 A
6.如图4-7-14所示,abcd是一小金属块,用一根绝缘细杆挂在固定点O,使金属块绕竖直线OO′来回摆动,穿过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(  ).
 
图4-7-14
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 ABC
7.在水平放置的光滑导轨上,沿导轨固定一个条形磁铁,如图4-7-15所示.现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙,使它们从导轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去.各滑块在未接触磁铁前的运动情况将是(  ).
 
图4-7-15
A.都做匀速运动      B.甲、乙做加速运动
C.甲、乙做减速运动    D.乙、丙做匀速运动
解析 铜块、铝块向磁铁靠近时,穿过它们的磁通量发生了变化,因此在其内部产生涡流,反对来涡流产生的感应磁场对原磁场的变化起阻碍作用,所以铜块和铝块向磁铁运动时会受阻而减速,所以选项C正确.有机玻璃为非金属,不产生涡流现象.
答案 C
8.如图4-7-16所示,矩形线圈放置在水平薄木板上,有两块相同的蹄形磁铁,四个磁极之间的距离相等,当两块磁铁匀速向右通过线圈时,线圈仍静止不动,那么线圈受到木板的摩擦力方向是(  ).
 
图4-7-16
A.先向左,后向右   B.先向左、后向右、再向左
C.一直向右     D.一直向左
解析 根据楞次定律的“阻碍变化”知“来拒去留”,当两磁铁靠近线圈时,线圈要阻碍其靠近,线圈有向右移动的趋势,受木板的摩擦力向左,当磁铁远离时,线圈要阻碍其远离,仍有向右移动的趋势,受木板的摩擦力方向仍是向左的,故选项D正确.
答案 D
9.如图4-7-17所示,用丝线将一个闭合金属环悬于O点,虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场,而右边没有磁场.金属环的摆动会很快停下来.试解释这一现象.若整个空间都有垂直于纸面向外的匀强磁场,会有这种现象吗?
 
图4-7-17
答案 只有左边有匀强磁场,金属环在穿越磁场边界时(无论是进入还是穿出),由于磁通量发生变化,环内一定有感应电流产生.根据楞次定律,感应电流将会阻碍相对运动,所以摆动会很快停下来,这就是电磁阻尼现象.还可以用能量守恒来解释:有电流产生,就一定有机械能向电能转化,摆的机械能将不断减小.若空间都有匀强磁场,穿过金属环的磁通量不变化,无感应电流,不会阻碍相对运动,摆动就不会很快停下来.
 
10.高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的,如图4-7-18所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图,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,因此适于冶炼特种金属.该炉的加热原理是(  ).
 
图4-7-18
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 高频感应炉的原理是: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 C
11.如图4-7-19所示,一条形磁铁从静止开始向下穿过一个用双线绕成的闭合线圈,条形磁铁在穿过线圈的过程中(  ).
 
图4-7-19
A.做自由落体运动    B.做减速运动
C.做匀速运动     D.做非匀变速运动
解析 双线绕成的线圈由于两导线产生的磁通量相互抵消,不会产生磁场,所以磁铁将做自由落体运动.
答案 A
12.教室里有一台灵敏电流计,老师要求同学们想办法检测这一电流计内部线圈是否断了,可是教室里没有多用电表,也没有电池.吴华慧同学翻了翻自己的文具盒,手里握着一小玩意儿,神秘地对大家说,我有办法了.请你猜一猜,她手中握的可能是什么东西?她会用怎样的办法解决这个问题?
答案 她手里肯定握着一段导体,可能是一个回形针(一把小刀、一只圆规……),她会把导体接在电流计的两接线柱间,然后摇动电流计,如果指针很快停下,说明内部线圈没有断,如果指针晃动很长时间,说明内部线圈断了.
13.如图4-7-20所示,质量为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,有一质量为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):
 
图4-7-20
(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=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穿过后的速度
v=3.62hg m/s=9 m/s,
W电=12Mv20-12Mv2-12mv′2=1.7 J.
答案 (1)铝环向右偏 (2)1.7 J

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