高中物理 1.3 电磁感应定律的应用练习 鲁科版选修32.doc

1.3 电磁感应定律的应用a组1.(多选)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。电磁灶的台板下布满了线圈,当通过高频交变电流时,在台板和铁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,从而达到加热食物的目的。下列哪些因素可导致加热效果变差()a.交流电的频率增加b.交流电的频率降低c.将烹饪锅换成陶瓷锅d.将底面积较大的锅换成底面积较小的锅解析:涡流与磁通量的变化率有关,变化率越大,产生的感应电动势越大,即交流电的频率越高,涡流的效果就越明显;底面积越大、导电性能越好的锅,涡流的效果会越明显。因此,选项b、c、d符合题意。答案:bcd2.(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,即使金属物品被磁化,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,故选项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,故选项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,故选项d正确。答案:cd3.(多选)动圈式话筒和动圈式扬声器,内部结构相似,下列有关它们的工作原理叙述正确的是()a.话筒是应用了电磁感应原理工作的b.话筒是应用了电流的磁效应原理工作的c.扬声器是应用了电磁感应原理工作的d.扬声器是应用了电流的磁效应原理工作的解析:话筒的工作原理是:声音引起膜片在磁场中振动,产生随之变化的感应电流,其原理是电磁感应现象;扬声器的工作原理是:音频电流通过处在磁场中的线圈,线圈受到磁场力而引起振动,发出声音,利用了电流的磁效应。选项a、d正确。答案:ad4.(多选)如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器,下列说法中正确的是()a.2是磁铁,在1中会产生涡流b.1是磁铁,在2中会产生涡流c.电磁阻尼器的作用是使指针能够转动d.电磁阻尼器的作用是使指针能很快地稳定解析:电磁阻尼在实际中有很多用处,电学仪表的指针能很快停下来就是利用了电磁阻尼,故题图中2是磁铁,线圈1在磁场中运动时,闭合线圈中形成电流,获得电磁阻尼力矩。选项a、d正确。答案:ad5.(多选)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.高频感应炉是利用待冶炼金属中的涡流的热效应使金属熔化的解析: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正确,选项b错误;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,所以选项c错误,选项d正确。答案:ad6.(多选)如图所示,一闭合金属圆环用绝缘细线挂于o点,将圆环拉至某一位置并释放,圆环摆动过程中(环平面与磁场始终保持垂直)经过有界的水平匀强磁场区域,a、b为该磁场的竖直边界,若不计空气阻力,则()a.圆环向右穿过磁场后,不能摆至原来的高度b.在进入和离开磁场时,圆环中均有感应电流c.圆环进入磁场后,离最低点越近速度越大,感应电流也越大d.圆环最终将静止在最低点解析:在圆环进入和穿出磁场的过程中,环中磁通量发生变化,有感应电流产生,即圆环的机械能转化为电能,其机械能越来越少,上升的高度越来越低,故选项a、b正确;但在环完全进入磁场后,将不再产生感应电流,选项c错误;最终圆环将不能摆出磁场,从此再无机械能向电能转化,其摆动的幅度不再变化,选项d错误。答案:ab7.弹簧上端固定,下端悬挂一根磁铁(如图),将磁铁托起到某一高度后放开,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,磁铁就会很快停下来。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,因此磁铁会很快停下来。在该过程中弹簧与磁铁的部分机械能转化为电能,电能引起线圈发热,产生热量。答案:见解析b组1.如图所示,在光滑绝缘水平面上,有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场,则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径),小球()a.整个过程做匀速运动b.进入磁场过程中小球做减速运动,穿出过程中小球做加速运动c.整个过程都做匀减速运动d.穿出时的速度一定小于初速度解析:小球的运动主要研究两个阶段。一是小球进入磁场的过程,由于穿过小球的磁通量增加,在球内垂直磁场的平面上产生涡流,有电能产生。而小球在水平方向上不受其他外力,所以产生的电能只能是由小球的机械能转化而来,由能的转化与守恒可知,其动能减小,速度减小;二是穿出磁场的过程,同理可得速度进一步减小,故选项d正确。答案:d2.在水平放置的光滑导轨上,沿导轨固定一个条形磁铁,如图所示,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是()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变化,因此在其内部产生涡流,反过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到阻碍而减速,有机玻璃为非金属,不产生涡流现象,其速度不变。故选项c正确。答案:c3.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线的方程是y=x2,下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中的虚线所示)。一个小金属块从抛物线上y=b(ba)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是多少?解析:金属块在进、出磁场过程中要产生感应电流,机械能减小,上升的最大高度不断降低,最后刚好飞不出磁场后,不再产生感应电流,机械能不变,金属块做往复运动永不停止。在整个过程中减少的机械能为mg(b-a)+,由能量的转化和守恒可知,减少的机械能全部转化为焦耳热,即q=e=mv2+mg(b-a)。答案:mv2+mg(b-a)4.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。电磁炉的特点是:电磁炉的效率比一般的炉子都高,热效率高达90%,炉面无明火,无烟无废气,安全可靠。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烹饪器都适用。对于锅的选择,方法很简单,只要锅底能被磁铁吸引的就能用。适合放在电磁炉上的烹饪器有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅;不适用陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。(1)在用电磁炉加热食物的过程中涉及哪些物理原理(回答三个即可)?(2)电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是;电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是。(3)在锅和电磁炉中间置放一纸板,则电磁炉还能起到加热作用吗?为什么?答案:(1)电流的磁效应(或电生磁)电磁感应现象(或磁生电)电流的热效应(或焦耳定律)(2)不能产生电磁感应现象电阻率小,电热少,效率低(3)能起到加热作用,线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底,在锅底产生感应电流,利用电流的热效应能起到加热作用。5.高频焊接是一种常用焊接方法,其原理如图所示。将半径是10 cm的待焊接圆形金属工件放在用金属导线做成的1 000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,磁场的磁感应强度b的变化率为104 t/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=10-3 m-1,焊接的缝宽远小于未