鲁科版物理选修3-2第1章第3节知能演练轻松闯关

1.电磁灶是利用电磁感应引起的涡流加热的原理来工作的，它主要是由感应加热线圈、灶台台板和烹饪锅等组成，如图所示．电磁灶的台面下布满了线圈，当通过高频交流电时，在台板和金属锅之间产生交变磁场，磁感线穿过锅体，产生感应电流——涡流，这种感应电流在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的．下列可导致加热效果明显的是()A．交流电的频率增加B．交流电的频率降低C．将金属锅换成陶瓷锅D．将底面积较大的锅换成底面积较小的锅解析：选A.逐项分析如下：选项诊断结论A交流电的频率增加，说明电流变化快，所产生的磁场变化快，产生的感应电动势大，产生的涡流大，加热效果越明显√B与A选项相反×C陶瓷锅不能形成涡流，加热效果差×D锅底面积越小，形成涡流的范围越小，加热效果差×2.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一整块硅钢，这是为了()A．增大涡流，提高变压器的效率B．减小涡流，降低变压器的效率C．增大涡流，减小铁芯的发热量D．减小涡流，减小铁芯的发热量解析：选D.涡流的主要效应之一就是热效应，而变压器的铁芯发热是我们所不希望出现的，故不采用整块硅钢，而采用薄硅钢片叠压在一起，目的是减少涡流，减小铁芯的发热量，进而提高变压器的效率．选D.3.如图所示，磁带录音机可用来录音，也可用来放音．其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b，不论是录音还是放音过程，磁带或磁隙软铁会存在磁化现象．对于它们在录音、放音过程中的主要工作原理，下列说法正确的是()A．放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应B．录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应C．放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用D．放音和录音的主要原理都是电磁感应解析：选A.录音过程及原理是：先将声音信号通过话筒转换成变化的电流信号，加在题图中的线圈上，由于电流的磁效应，变化电流产生的变化磁场信号将由于磁带被磁化而记录在匀速经过的磁带上，是电流的磁效应．放音过程是该过程的逆过程，磁带匀速通过磁隙，由于磁带上变化的磁场使磁头发生磁化现象，使磁头线圈的磁通量发生变化，导致磁头上的线圈中产生感应电流，该感应电流通过扬声器即发出声音，是电磁感应过程．故选项A是正确的．4.如图所示是冶炼金属的感应炉的示意图．高频感应炉中装有待冶炼的金属，当线圈中通有电流时，通过产生涡流来熔化金属．以下关于高频感应炉的说法中正确的是()A．高频感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流B．高频感应炉的线圈中通有恒定的电流，也可以产生涡流C．高频感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔化的D．高频感应炉是利用线圈中电流产生的磁场使金属熔化的解析：选A.变化的电流才能产生变化的磁场，引起磁通量的变化，产生电磁感应现象，恒定电流不会使感应炉中的磁通量发生变化，不会有涡流产生，选项A对、B错；当感应炉内装入待冶炼的金属时，会在待冶炼的金属中直接产生涡流来加热金属，而不是利用线圈中电流产生的焦耳热，也不是利用线圈中电流产生的磁场加热，C、D错误．5.弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图)，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．解析：当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．答案：见解析一、选择题1.下列关于涡流的说法中正确的是()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．在硅钢中也能产生涡流解析：选AD.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项正确．2.如图所示，A、B两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上，C、D两图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上，则能产生涡流的是()解析：选A.只有穿过整个导体的磁通量发生变化，才产生涡流，B错在是直流电源，C、D不是导体．3.唱卡拉OK用的话筒内有放大声音的装置，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，线圈就将声音信号转变为电信号，下列说法中正确的是()A．该装置是根据电流的磁效应工作的B．该装置是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势解析：选B.动圈式话筒的工作特点是线圈在磁场中振动，产生了电流，可知B对．4.如图所示，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()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：选A.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．5.如图所示，一光滑水平桌面的左半部分处于竖直向下的匀强磁场内，当一电阻不计的环形导线圈在此水平桌面上向右以某一速度开始滑行时，下列说法正确的是()A．若整个线圈在磁场内，线圈一定做匀速运动B．线圈从磁场内滑到磁场外过程，必做加速运动C．线圈从磁场内滑到磁场外过程，必做减速运动D．线圈从磁场内滑到磁场外过程，必定放热解析：选ACD.整个线圈在磁场内时，无感应电流，故不受安培力，线圈做匀速运动，A对；线圈滑出磁场过程中，产生感应电流，受到阻碍它运动的安培力，故线圈做减速运动，机械能转化为内能，选项B错，C、D对．6.如图所示，闭合金属环从光滑曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升．设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图中磁场中，则()A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度大于h解析：选B.若磁场为匀强磁场，穿过环的磁通量不变，不产生感应电流，即无机械能向电能转化，机械能守恒，故A错，B正确；若磁场为非匀强磁场，环内要产生电能，机械能减少，故D错误．7.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，则小球的材料不．可能是()A．铁B．木C．铝D．塑料解析：选ABD.小球做减速运动，说明小球受到阻力的作用，若为铁球，在小球靠近磁铁过程中，铁球将被磁化，磁化后小球与磁铁间为吸引力，对小球来讲是动力不是阻力，A错误；若为木球或塑料球，在它们靠近的过程中，既不被磁化，也不产生感应电流，与磁铁之间没有相互作用，B、D错误；若为铝球，在小球靠近磁铁的过程中将产生涡流，涡流在磁场中阻碍小球的运动，使小球做减速运动，C正确，故选ABD.8.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．防止涡流而设计的B．利用涡流而设计的C．起电磁驱动的作用D．起电磁平衡的作用解析：选B.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．B正确，A、C、D错误．9.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．将它们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．下列关于两管的描述可能正确的是()A．A管是用铝制成的，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：选D.若两管都是金属材料制成的，小球下落过程中管壁都会产生感应电流，两球机械能都减小，几乎同时落地．若两管都是绝缘体制成的，管壁不会产生感应电流，两球机械能不变，仍做自由落体运动，同时落地，由此可见，若A管内小球先落地，A管必定是绝缘体制成的，B管是金属材料制成的，D正确，A、B、C错误．10.(2012·荆州高二期末)如图所示，一闭合的小金属环用一根绝缘细杆挂在固定点O处，使金属圆环在竖直线OO′的两侧来回摆动的过程中穿过水平方向的有界匀强磁场区域，若悬点摩擦和空气阻力均不计．则()A．金属环每次进入磁场区都有感应电流，而离开磁场区没有感应电流B．金属环进入磁场区域后越靠近OO′线时速度越大，而且产生的感应电流越大C．金属环开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后不再减小D．金属环在摆动一段时间后将停在最低点解析：选C.金属环进入磁场和离开磁场区的过程中，穿过金属环的磁通量变化，环内都会有感应电流产生，机械能转化为电能，所以摆角越来越小，最后，当环不再进出磁场，而是在磁场内往复运动摆角不再变化，A、D错误，C正确．越靠近OO′，金属环的速度越大，但穿过环的磁通量不变，没有感应电流，B错误．二、非选择题11.如图所示，在光滑的水平面上有一半径r＝10cm、电阻R＝1Ω、质量m＝1kg的金属环，以速度v＝10m/s向一有界磁场滑去．匀强磁场方向垂直于纸面向里，B＝0.5T，从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时，圆环释放了32J的热量，求：(1)此时圆环中电流的瞬时功率；(2)此时圆环运动的加速度的大小．解析：(1)由能量守恒mv22＝Q＋mv′22，而P＝E2R＝（B·2r·v′）2R两式联立可得P＝0.36W.(2)a＝BIlm＝B2（2r）2v′mR＝6×10－2m/s2.答案：(1)0.36W(2)6×10－2m/s212.高频焊接(利用电磁感应产生热量进行焊接)是一种常用焊接方法，其原理如图所示．将半径是10cm的待焊接圆形金属工件放在用金属导线做成的1000匝线圈中，然后在线圈中通以变化的电流，线圈中产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的变化率为ΔBΔt＝102πT/s.焊缝处(待焊处)的电阻是非焊接部分电阻的99倍．工件非焊接部分每单位长度上的电阻R0＝10－2πΩ·m－1，焊接的缝宽远小于未焊接部分的长度，则在焊接过程中焊接处产生的热功率为多大？(π2＝10，结果保留两位有效数字)解析：由法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt＝1000×102×π2×10－2V＝2×103V非焊接部分电阻R＝2πrR0＝2π×0.1×10－2πΩ＝0.02Ω总电阻R总＝100R＝2Ω热功率P总＝E2R总＝2×1062W＝1×106W.焊接处热功率P＝0.99P总＝9.9×105W.答案：9.9×105W