2.5涡流现象及其应用 课时练习（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
2.5涡流现象及其应用 课时练习（解析版）
1．当前，电磁炉已走进千家万户，电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，该磁场会使锅底产生涡流，自行发热，从而加热锅内的食物。下列材料中，可用来制作电磁炉锅的是（ ）
A．陶瓷 B．大理石 C．玻璃 D．不锈钢
2．以下现象中属于涡流现象的应用的是（　　）
A．某家用电烤箱B．监考老师手中的探测仪
C．高压带电作业屏蔽服 D．车载充电器
3．以下场景与电磁感应无关的是（　　）
A．电子束偏转 B．摇绳发电
C．金属探测器 D．真空冶炼炉
4．下列现象中为了防止涡流危害的是（ ）
A．金属探测器
B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯
C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉
D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架
5．变压器的铁芯是利用硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是因为（　　）
A．增大涡流，提高变压器的效率
B．减小涡流，提高变压器的效率
C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量
D．减小铁芯中的电阻，以减小发热量
6．以下现象中不属于涡流现象的是（　　）
A．电磁炉工作时，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的
B．电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上，线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热
C．冶炼合金钢的真空冶炼炉炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流
D．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人随身携带的违禁物品
7．电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，奥斯特通过实验研究，总结出电磁感应现象中感应电流方向的规律
B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花
C．丙图中，在真空冶炼中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金
D．丁图中，楞次通过实验研究，发现了电流周围存在磁场
8．下列说法不符合物理学史的是（　　）
A．奥斯特发现了电流的磁效应
B．法拉第发现了电磁感应现象
C．牛顿解释了涡旋电场的产生原理
D．楞次找到了判断感应电流方向的方法
9．下列情况中不可能产生涡流的是（　　）
A．把金属块放于匀强磁场中 B．让金属块在磁场中匀速运动
C．让金属块在磁场中加速运动 D．把金属块放于变化的磁场中
10．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不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
11．如图所示，下列现象中利用了涡流的是（　　）
A．B．C．D．
12．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
13．电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。是一种高效节能厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（　　）
A．电磁炉通电线圈加恒定电流，电流越大，电磁炉加热效果越好
B．电磁炉原理是通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C．电磁炉通电线圈通入大小和方向变化电流，电流变化越快，电磁炉加热效果越好
D．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
14．电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在.电磁炉的工作原理是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身快速发热，然后再加热锅内食物，如图所示。下列相关说法正确的是（ ）
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
C．磁场越强，电磁炉的加热效果越好
D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
15．如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起．我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的．
试定性说明：为什么交变电流的频率越高，焊接缝处放出的热量越大？
16．电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环，如图所示（图中没有画出所有的圆环）。导电环所用的材料每米的电阻，从中心向外第n个同心圆环的半径为（n为正整数且），已知。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，已知该磁场的磁感应强度B的变化率为。忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响，不计其他电磁辐射等损失。（取）
（1）写出第1个同心圆环中感应电动势e的瞬时表达式，并求其电功率；
（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场（也称为涡旋电场），上述各环中的感应电流就是电子在感生电场的作用下定向移动形成的。设某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，试分析此过程中感生电场方向，并简述判断理由；
（3）所有导电圆环的总功率P是多大？
参考答案
1．D
【详解】
电磁炉采用的是电磁感应现象，即通过线圈中产生的磁场在锅体中产生涡流而产生热量，因此只能采用金属制作锅体，故只能采用不锈钢，故D正确，ABC错误。
故选D。
2．B
【详解】
A、电烤箱是利用电流发热的原理，故A错误．
B、监考老师手中的探测仪，可以探测人身是否携带通讯设备（金属物品），是通过物体上产生涡流而使报警器发出警告的，故B正确．
C、工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，故C错误．
D、车载充电器是电容器，故D错误；
3．A
【详解】
电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。 A选项为运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力，不是电磁感应现象，BCD选项都属于电磁感应现象；
故选A。
4．B
【详解】
A．金属探测器中变化电流遇到金属物体，在金属物体上产生涡流，故A错误；
B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯，是为了防止涡流，而不是利用涡流，故B正确；
C．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量。故C错误；
D．铝框做骨架，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。而塑料做骨架达不到此作用，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
变压器的铁芯不是采用一整块硅钢的原因是可以减小涡电流，在变压器上消耗的电能小了，输出的功率就高了；同时增大铁芯中的电阻，以减小发热量，选项B正确，ACD错误。
故选B。
6．D
【详解】
A. 电磁炉工作时，变化的磁场使面板上方的铁锅底部产生涡流，铁锅迅速发热，从而达到加热食物的目的，故A属于涡流；
B. 电动机、变压器的线圈都绕在铁芯上，线圈中流过变化的电流，在铁芯中产生的涡流使铁芯发热，故B属于涡流；
C. 冶炼合金钢的真空冶炼炉炉外有线圈，线圈中通入迅速变化的电流，炉内的金属中产生涡流，故C属于涡流
D.安检门利用的是金属切割磁感线引起感应电动势的变化，根据信号处理进行报警，所以只有D不是利用的涡流现象。
故选D。
7．C
【详解】
A．楞次总结出判断电磁感应现象中感应电流方向的规律，故A错误；
B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡立即熄灭，开关处电压等于电源的电动势加上自感电动势，开关处可能会产生电火花，故B错误；
C．丙图中，在真空冶炼中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金，故C正确；
D．奥斯特通过实验研究，发现了电流周围存在磁场，故D错误。
故选C。
8．C
【详解】
A．1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，符合物理学史；
B．法拉第经过近十年的探索，在1831年发现了电磁感应现象，符合物理学史；
C．牛顿没有解释了涡旋电场的产生原理，麦克斯韦解释了涡旋电场的产生原理，不符合物理学史；
D．楞次找到了判断感应电流方向的方法，即楞次定律，符合物理学史。
本题不符合物理学史的，故选C。
9．A
【详解】
A．把金属块放在匀强磁场中，没有磁通量的变化，不产生感应电流。故A错误；
BC．让金属块在非匀强磁场中匀速运动或加速运动时，磁通量发生变化，会产生涡流，故BC正确；
D．把金属块放在变化的磁场中，变化的磁场产生电场，能够产生涡流。故D正确。
本题选择不可能的，故选A。
10．D
【详解】
AB．金属物品一般不能被磁化，且地磁场很弱，即使被磁化，磁性很弱，人体的电阻很大，不能与金属构成回路产生感应电流，故AB错误；
CD．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品原理是：线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，而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，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到。故C错误，D正确。
故选D。
11．A
【详解】
A．利用涡流冶炼金属，A正确；
B．是电磁阻尼，B错误；
C．是电磁驱动，C错误；
D．是防止涡流产生热量，D错误。
故选A。
12．AD
【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。
13．BC
【详解】
A．电磁炉通电线圈加恒定电流，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不会发生变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故A错误；
B．电磁炉原理是磁场感应涡流加热，即通电线圈加交变流电后产生交变磁场，所以通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；
C．电磁炉通电线圈通入大小和方向变化电流，电流变化越快，穿过锅底的磁通量变化就越快，根据法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势就越大，涡流就越大，从而导致单位时间内产生的热量就越多，即电磁炉加热效果越好，故C正确；
D．金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，而不是因为导热性能较差，故D错误。
故选BC。
14．BD
【详解】
AB.电磁炉接交流电，其锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项A错误，B正确；
C.电磁炉的加热效果与磁场的强弱无关，只与磁场的变化快慢有关，选项C错误；
D.根据发热原理可知，提高磁场变化的频率，可增强涡流，提高电磁炉的加热效果，选项D正确。
故选BD。
15．见解析
【解析】
交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大．而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高焊接处放出的热量越多．
16．（1），；（2）感生电场沿逆时针方向；（3）
【详解】
（1）由法拉第电磁感应定律可得
第1个同心圆环的电阻
感应电动势的有效值
则功率
（2）某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，根据楞次定律可知，感应电流方向沿逆时针方向，所以电子沿顺时针方向运动，电子受到的感生电场力沿顺时针方向，则感生电场沿逆时针方向。
（3）第n个圆环中感应电动势最大值
代入数据解得
第n个圆环的电阻为
第n个圆环的电流最大值为
第n个圆环的功率为
则7个导电圆环的总功率