2.6涡流现象与电磁炉基础巩固-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

2.6涡流现象与电磁炉基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．下列用电器工作原理涉及到涡流现象应用的是( )
A．电吹风 B．电磁灶 C．电冰箱 D．电视机
2．下面列举的四种器件中,在工作时利用了电磁感应现象的是(　　)
A．质谱仪
B．电磁炉
C．电吹风
D．回旋加速器
3．磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上,而不用塑料做骨架是因为
A．塑料材料的坚硬程度达不到要求
B．塑料是绝缘的，对线圈的绝缘产生不良影响
C．铝框是导体，在铝框和指针一块摆动过程中会产生涡流，使指针很快停止摆动
D．铝框的质量比塑料框的质量大
4．新一代炊具——电磁炉，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。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是（　　）
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．提高磁场变化的频率，不会提高电磁炉的加热效果
5．如图所示，一根长1m左右的空心铝管竖直放置（图甲），同样竖直放置一根长度相同但有竖直裂缝的铝管（图乙）和一根长度相同的空心塑料管（图丙）。把一枚小磁铁从上端管口放入管中后，小磁铁最终从下端管口落出。小磁铁在管内运动时，均没有跟管内壁发生摩擦。设小磁铁在甲、乙、丙三条管中下落的时间分别为t1、t2、t3，则下列关于小磁铁在三管中下落的说法正确的是（　　）
A．甲管、乙管和丙管都会产生感应电流
B．小磁铁完全进入甲管后，甲管中没有感应电流产生
C．t1最大
D．t2＝t3
6．下列电器工作时主要利用涡流使物体发热的是
A．电熨斗 B．电磁炉 C．电饭锅 D．电热水器
7．电磁炉热效率高达，炉面无明火，无烟无废气，“火力”强劲，安全可靠。图示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（　　）
A．当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁炉加热效果越好
B．电磁炉通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
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
8．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
9．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
10．下列是课本中四幅插图，关于这四幅插图下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，赛车的质量不是很大，却安装着强劲的发动机，可以获得很大的惯性
B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属
C．图丙是李辉用多用电表的欧姆挡测量变压器线圈的电阻，刘伟手握线圈裸露的两端协助测量，李辉把表笔与线圈断开的瞬间，刘伟觉得有电击说明欧姆挡内电池电动势很高
D．丁图中，无论小锤用多大的力去打击弹性金属片，两球总是同时落地
11．如图给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是（　　）
A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电
C．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
D．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
12．如图所示为新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、高效节能等是电磁炉的优势所在．电磁炉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，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物．下列相关说法中正确的是( )
A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．降低磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
13．如图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图。将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘；图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一平面内；转动铜盘，就可以使闭合电灯获得电流。若图中的铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为，则下列说法正确的是（　　）
A．回路中有大小和方向做周期性变化的电流
B．回路中有电流大小恒定，且等于
C．回路中电流方向不变，且从b导线流进灯泡，再从a导线流向旋转的铜盘
D．若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的按正弦规律变化的磁场，不转动铜盘，灯泡中仍有电流流过
14．图甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图．其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的改变，从而获得物件内部是否断裂及位置的信息．如图乙所示的是一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来的跳环实验装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立刻跳起．对以上两个实例的理解正确的是
A．涡流探伤技术运用了电流的热效应，跳环实验演示了自感现象
B．能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料
C．以上两个实例中的线圈所连接的电源都必须是交流电源
D．以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是稳恒电源
15．下图所示，闭合小金属球从高h处的光滑曲面上端无初速度滚下，又沿曲面的另一侧上升，则下列说法正确的是（　　）
A．若是匀强磁场，环在左侧滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，环在左侧滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，环在左侧滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，环在左侧滚上的高度大于h
二、填空题（共4题）
16．涡流：当线圈中的______随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作______，简称______。
17．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．
(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：________________和________________．
(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．
(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：
根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？__________________和_______________ (请写出两点)
18．我们用作煮食的炉子有各种各样的款式，它们的工作原理各不相同。有以天然气、液化石油气等作燃料的，例如天然气炉；还有以直接用电热方式加热的，例如电饭锅，下面介绍的是以电磁感应原理生热的电磁炉。
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，电磁火力强劲，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器具都适用。对于锅的选择，方法很简单，只要锅底能被磁铁吸住的就能用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、圆底铁锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。
(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有（回答三个即可）：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、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)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗（___）？为什么（___）？
19．（1）在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图（甲）接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向的关系；然后再按图（乙）将电流表与B连成一个闭合回路，将A与电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在图（甲）中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏（不通电时指针停在正中央）在图（乙）中，
①将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流表的指针将___________（填“向左”“向右”或“不发生”，下同）偏转；
②螺线管A放在B中不动，电流表的指针将___________偏转；
③螺线管A放在B中不动，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，电流表的指针将___________偏转；
④螺线管A放在B中不动，突然切断开关S时，电流表的指针将___________偏转。
（2）给金属块缠上线圈，线圈中通入反复变化的电流，金属块中产生如图1中虚线所示的感应电流，这样的电流称为___________，真空冶炼炉就是利用它产生的热量使金属熔化。变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了___________，减少铁心发热损失。
（3）如图2所示的交变电流的有效值I=___________A（其中每个周期的后半周期的图像为半个周期的正弦曲线）
三、综合题（共4题）
20．利用高频交变电流焊接自行车零件的原理如图所示。图中M是高频交流线圈，N是自行车零件，a是待焊接口。当线M中通入高频电流时，把a的两端相接触，接口便会被自动焊接起来。这是为什么？
21．麦克斯韦电磁理论认为：变化的磁场会在空间激发一种电场，这种电场与静电场不同，称为感生电场或涡旋电场．
在如图甲所示的半径为r的圆形导体环内，存在以圆环为边界竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=kt （k＞0且为常量）．该变化的磁场会在空间产生圆形 的涡旋电场，如图乙所示，涡旋电场的电场线与导体环具有相同圆心的同心圆，同一电场线 上各点场强大小相同，方向沿切线．导体环中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势，涡旋电场力充当非静电力，其大小与涡旋电场的场强E关系满足F=Eq．
(1)根据法拉第电磁感应定律，推导导体环中产生的感 应电动势；
(2)在乙图中以圆心O为坐标原点，向右建立一维x 坐标轴，推导在x轴上各处电场强度的大小E与x之间的 函数表达式，在图中定性画出E-x图像；
(3)图丙为乙的俯视图，去掉导体环，在磁场圆形边 界上有M、N两点之间所夹的小圆弧恰为整个圆周 的1/6；将一个带电量为+q的带电小球沿着圆弧分别顺时针、逆时针从M移动到N，求涡旋电场力分别所做的功．在此基础上，对比涡旋 电场和静电场，说明涡旋电场中为什么不存在电势的概念．
22．如图为法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。圆盘处于水平向右的匀强过场中，圆盘平面与磁感线垂直，从左向右看，圆盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。已知匀强磁场磁感应强度大小为B，圆盘半径为r，定值电阻的阻值为R。
（1）判断通过电阻R的电流方向；
（2）求这个发电机的电动势E；
（3）如果圆盘不转动，使磁场的磁感应强度以规律变化（k为常数），请判断圆盘上是否产生了感应电流？是否有电流通过电阻R？简要说明理由。
23．人造卫星绕地球运行时，轨道各处地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流。分析这一现象中的能量转化情形，它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
参考答案
1．B
2．B
3．C
4．C
5．C
6．B
7．B
8．A
9．D
10．D
11．C
12．C
13．CD
14．B
15．B
16．电流 涡电流 涡流
17．电流产生磁场 热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高 锅 电磁炉 电 内 热效率高 功率调节范围大
18．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） 不能产生电磁感应现象 电阻率小，电热少，效率低 能起到加热作用 由于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。
19．向右 不发生 向右 向左 涡流 减少涡流
20．线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊缝口的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升的很高，将金属熔化，焊接在一起；
21．(1) ；(2) 当x＜r时： 当x≥r时： (3) 顺时针移动时 逆时针移动时: ，不存在电势的概念
22．（1）由b流向a；（2）；
（3）将圆盘看作是由无数同心细圆环组成，如果圆盘不转动，使磁场的磁感应强度以规律变化（k为常数），穿过这些细圆环的磁通量发生变化，圆环中会产生感应电流，即圆盘中产生了涡流，涡流的方向为以C为圆心的一系列同心圆，不会产生由C指向D的径向电流，则此时C、D之间电势差为零，所以不会有电流通过电阻R。
23．它会导致卫星机械能减少，会使轨道半径减小，造成卫星离地高度下降