2.6涡流现象与电磁炉同步训练（Word版含答案）

2.6涡流现象与电磁炉
一、单选题
1．下列实例中属于利用涡流的是（　　）
A．利用微波炉加热食物 B．变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成
C．利用真空冶炼炉冶炼合金钢 D．电动机的线圈绕在铁芯上
2．以下为教材中的四幅图，下列相关叙述错误的是（　　）
A．甲图是法拉第电磁感应实验，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第根据对称性思想，做了如上实验发现了磁生电的现象
B．乙图是真空治炼炉，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．丙图是金属探测器。探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中会产生涡流
D．丁图是电吉他中电拾音器的基本结构，金属弦被磁化，弦振动过程中线圈中会产生感应电流，从而使音箱发声。如果选用铜质弦，电吉他不能正常工作
3．电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，其原理图如图所示。它是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法正确的是（　　）
A．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
C．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
D．电磁炉的锅具一般用铁锅，是因为铝锅、铜锅中不能形成涡流
4．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．某输电线路横穿公路时，要在地下埋线．为了保护输电线不至于被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．电线穿过钢管的方案有两种（如图所示）：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电导线输送的电流很强大，为了减小电磁感应带来的不利影响，那么以下说法正确的是（　　）
A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的
B．若输送的电流是交变电流，甲、乙两方案都是可行的
C．若输送的电流是交变电流，甲方案是不可行的，乙方案是可行的
D．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的
5．金属探测器已经广泛应用于安检场所，关于金属探测器的论述正确的是( )
A．金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中
B．金属探测器探测地雷时，探测器的线圈中产生涡流
C．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流
D．探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动探测效果相同
6．如图所示，一金属铜球用绝缘细线挂于O点，将铜球拉离平衡位置并释放，铜球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，若不计空气阻力，则( )
A．铜球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度
B．在进入和离开磁场时，铜球中均有涡流产生
C．铜球进入磁场后离最低点越近速度越大，涡流也越大
D．铜球最终将静止在竖直方向的最低点
7．如图所示是冶炼金属的感应炉的示意图。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。以下关于感应炉的说法中正确的是（ ）
A．感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流
B．感应炉的线圈中通有恒定的电流，也可以产生涡流
C．感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔化的
D．感应炉是利用线圈中电流产生的磁场使金属熔化的
8．如图所示，某同学在电磁炉面板上竖直放置一纸质圆筒，圆筒上套一环形轻质铝箱，电磁炉产生的交变磁场的频率、强度及铝箔厚度可以调节。现给电磁炉通电，发现铝箱悬浮了起来。若只改变其中一个变量，则（　　）
A．增强磁场，铝箔悬浮高度将不变
B．铝箔越薄，铝箔中产生的感应电流越大
C．增大频率，铝箱中产生的感应电流增大
D．在刚断开电源产生如图磁场的瞬间，铝箱中会产生如图所示的电流
9．如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通以高频交流电时，待焊工件中就会产生感应电流，感应电流产生的热量将金属融化，把工件焊接在一起。很多自行车架就是用这种办法焊接的。下列说法正确的是（　　）
A．通电时，待焊工件的各个位置都将发热融化，以完成焊接
B．交流电的峰值不变，若频率越高，则焊缝处的温度升高得越快
C．工件上只有焊缝处温度升高得很快，是因为焊缝处比工件的其它部分电阻小
D．改换成直流电源，一样可以完成焊接工作
10．有一种手持金属探测器实物及其结构原理图可简化为图所示。探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈（外环）可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场；内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属物发出的磁场（接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场）。随着发射线圈产生的磁场方向反复变化，它会与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声。若发射线圈产生向下且增强的磁场，则下列说法中正确的是（　　）
A．金属物产生的感应磁场的方向竖直向下
B．金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针方向
C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈会产生微弱的电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
D．如果金属物中某时刻发出向上的磁场，那么接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向
11．下列哪些措施是为了防止涡流的危害
A．电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅
B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上
C．变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成
D．用高频电流冶铁
12．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）
A．图甲是通电导线周围存在磁场的实验。这一现象是物理学家法拉第通过实验首先发现
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瞬间，刘伟觉得有电击说明欧姆挡内电池电动势很高
D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理
二、多选题
13．下列四个图都与涡流有关，其中说法正确的是（　　）
A．真空冷炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．自制金属探测器是利用地磁场来进行探测的
C．电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流
14．钕磁铁也称为钕铁硼磁铁，因其在磁能积上的优越性被广泛地应用于电子产品。如图所示，为一电磁阻尼实验装置，将一质量为m的小块钕磁铁从铜管上端由静止释放，可观察到磁铁下落的速度明显放缓，现测得铜管长为L，磁铁通过铜管的时间为t，磁铁离开铜管时的速度为v，不计空气阻力及电磁辐射，以下说法正确的是（　　）
A．将铜管改为塑料管也能观察到类似现象
B．磁铁在铜管中做匀加速运动
C．该过程，系统因涡流产生的热量为
D．在t时间内铜管对磁铁的平均作用力为
15．“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图所示为一手持式封口机，它的工作原理是：在封口机工作时，套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过，致使靠近线圈（但与线圈绝缘）的铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在被封容器的瓶口处，达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是
A．封口材料可用普通塑料来代替铝箔
B．封口机工作时封口头内的线圈有短时间的恒定电流
C．可以通过控制封口头内线圈电流的频率来设定铝箔发热的功率
D．封口头内线圈中电流产生的磁场方向应当与铝箔表面垂直
三、填空题
16．手机是利用_______传送信号的；电磁炉是利用________加热的；医院里常用的CT检查是利用_________来成像的．
17．涡流有热效应，但没有磁效应。( )
18．涡流
（1）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，就像水中的漩涡，所以把它叫作___________，简称___________。
（2）金属块中的涡流会产生___________，利用涡流产生的___________可以冶炼金属。
19．判断下列说法的正误。
（1）只要磁场变化，即使没有电路，在空间也将产生感生电场。( )
（2）处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用。( )
（3）涡流跟其他感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。( )
（4）导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热。( )
（5）电磁阻尼和电磁驱动均遵循楞次定律。( )
（6）电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化。( )
（7）电磁驱动中有感应电流产生，电磁阻尼中没有感应电流产生。( )
四、解答题
20．如图所示，线圈中的电流随时间变化时，导体中有感应电流吗？如果有，它的形状像什么？
21．涡流产生的热会使变压器的铁芯温度升高，降低工作效率。为此，变压器中常用电阻率较大的硅钢作为铁芯材料，如图所示，并把整块金属的铁芯替换成由许多互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯。请结合相关知识说明上述改进措施的原理。
22．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？
23．如图所示，一狭长的铜片能绕O点在纸面平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动，如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．利用微波炉加热食物是利用电流产生的电磁波来给物体加热，A错误；
B．变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成是为了减小涡流，减少损耗能量，B错误；
C．利用真空冶炼炉冶炼合金钢是在线圈中通入高频交流电，在合金钢中产生涡流，C正确；
D．电动机的线圈绕在铁芯上，所用的铁芯不会用整块的金属，是为了减小涡流，D错误。
故选C。
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了“磁生电”，故A正确；
B．真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，是炉内的金属产生涡流，在电的热效应下，产生热量，熔化金属，故B错误；
C．丙图是金属探测器。探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中会产生涡流，故C正确；
D．电吉他的拾音器由磁铁和线圈组成，钢弦被磁化，弹动钢弦，相当于线圈做切割磁感线运动，在线圈中就会产生对应的音频电流，电流经放大后通过音箱，我们就听到了声音，而铜不可以被磁化，则选用铜质弦，电吉他不能正常工作，故D正确。
本题选择错误的，故选B。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．电磁炉面板可采用陶瓷材料，如果采用金属材料，在交变磁场中产生涡流发热，会使线圈烧毁，故A正确，B错误；
C．用陶瓷器皿作为锅具不能形成涡流，不能对食品加热，故C错误；
D．铝锅、铜锅在电磁炉上也能形成涡流，但由于铝、铜导磁性弱，通过它们的磁场只是一小部分，因此在铝锅、铜锅中形成的涡流远比铁锅中的小，不是不能形成涡流，故D错误.
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
若甲图通交流电，由于正弦变化的电场产生余变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，则每根钢管中都产生涡旋电流，导致能源损耗较大，同时两金属管间形成电容，也会造成能量损失；
若乙图通交流电由于两根导线方向相反，所以如果它们相互足够靠近，则它们在周围的每一点上产生大小几乎相等，方向相反的感应电流，这样能使涡旋电流强度减弱到很小，从而减小热量的消耗；
若甲乙两图通恒定电流，则都产生恒定的磁场，恒定的磁场不产生电场，因此不产生涡流，没有能量损耗；
由以上分析可知，若输送的电流是交变电流，甲方案是不可行的，乙方案是可行的；而如果输送的是恒定电流，则两方案均是可行的，故C正确，ABD错误．
点睛：此题类似于课本中提到的“双线并绕”，考查恒定电流与交流电的区别与联系，掌握由磁场的变化，导致涡旋电流的产生，从而对电能输送的影响，注意交流电可以“通过”电容器而产生能量损耗．
5．C
【解析】
【详解】
A．金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中；故A错误；
BC．金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误，C正确；
D．探测过程中金属探测器应与被测物体相对运动，相对静止时无法得出探测效果，故D错误．
故选C.
【点睛】
本题考查涡流的工作原理，要注意明确只有金属物体相对探测器运动时才能产生涡流，要能联系物理知识来解决实际问题．
6．B
【解析】
【详解】
A．铜球向右进入和穿出磁场时，会产生涡流，铜球中将产生焦耳热，根据能量守恒知铜球的机械能将转化为电能，所以回不到原来的高度了，故A错误；
B．当铜球进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，均会产生涡流;故B正确；
C．整个铜球进入磁场后，磁通量不发生变化，不产生涡流，即涡流为零，机械能守恒．离平衡位置越近速度越大;故C错误；
D．在铜球不断经过磁场，机械能不断损耗过程中圆环越摆越低，最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动，因为在此区域内没有磁通量的变化（一直是最大值），所以机械能守恒，即铜球最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，而不是静止在最低点;故D错误；
故选B。
7．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．变化的电流才能产生变化的磁场，引起感应炉中磁通量的变化，产生涡流，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，故A正确，B错误；
CD．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，故CD错误。
故选A。
8．C
【解析】
【详解】
A．铝箔浮起，说明铝箔受到竖直向上的安培力作用，磁场频率不变，根据法拉第电磁感应定律
可知电动势不变，所以铝箔中感应电流不变，增强磁场，根据可知安培力增大，所以铝箔的悬浮高度增大，A错误；
B．铝箔越薄，厚度对应的横截面积越小，根据电阻定律可知铝箔的电阻越大，所以通过铝箔的感应电流变小，B错误；
C．增大频率，增大，铝箔中产生的感应电动势增大，感应电流增大，C正确；
D．刚断开电源瞬间，竖直向上的磁场减弱，根据楞次定律可知铝箔中产生竖直竖直向上的磁场，根据右手定则可知感应电流与图中电流方向相反，D错误。
故选C。
9．B
【解析】
【详解】
ABD．高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快，故AD错误，B正确；
C．焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高，故C错误。
故选B。
10．C
【解析】
【详解】
A．由题知探测器发射线圈发出的磁场竖直向下且增强，根据楞次定律可确定金属物中感应电流产生的磁场方向应竖直向上，用安培定则可判断金属物中的感应电流的方向，从上往下看是沿逆时针方向，故AB错误；
C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，会引起接收线圈产生微弱的电流，使探测器报警，故C正确；
D．如果金属中发出向上逐渐增加的磁场，根据楞次定律及安培定则可判断接收线圈感应电流从上向下看为顺时针方向，故D错误。
故选C。
11．C
【解析】
【详解】
试题分析：电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用，故A不符合题意；常常用铝框做骨架，起到电磁阻尼作用，是为了利用电磁感应，故B不符合题意；
变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止．故C正确；用高频电流冶铁，是应用高频电流在铁矿中产生涡流来冶铁，属于涡流的应用，故D不符合题意；故选C．
考点：涡流
【名师点睛】该题考查涡流的应用与防止，注意与电流的为了的区别，牢记各种常见的涡流的防止与应用的例子即可顺利解答．
12．D
【解析】
【详解】
A．图甲是通电导线周围存在磁场的实验，研究的电流的磁效应，这一现象是物理学家奥斯特首先发现，选项A错误；
B．图乙中真空冶炼炉的工作原理是电磁感应现象中的涡流，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属产生大量热量，从而冶炼金属，选项B错误；
C．图丙中李辉把表笔与线圈断开瞬间，刘伟觉得有电击感，这是电磁感应现象中的自感现象，选项C错误；
D．图丁在运输时要把两个接线柱连在一起，产生了闭合回路，目的保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，选项D正确。
故选D。
13．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，故A正确；
B．金属探测器中变化电流遇到金属物体，在被测金属中上产生涡流来进行探测，故B错误；
C．家用电磁炉工作时，在锅体中产生涡流，加热食物，故C错误；
D．当变压器中的电流变化时，在其铁芯将产生涡流，使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流的损失，故D正确。
故选AD。
14．CD
【解析】
【详解】
A．将铜管改为塑料管，不会产生电磁感应现象，故不会观察到类似现象，A错误；
B．由于磁铁的速度发生变化，导致产生感应电流的大小发生变化，安培力发生变化，则合外力发生变化，故磁铁在铜管中做变加速运动，B错误；
C．该过程，磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量与磁铁增加的动能之和，即回路产生的热量为
C正确；
D．根据动量定理可得
解得在t时间内铜管对磁铁的平均作用力为
D正确。
故选CD。
15．CD
【解析】
【详解】
A．由涡流的原理可知，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热；而如果封口材料用普通塑料来代替铝箔，则不能产生涡流，所以不能起到加热的作用，故A错误；
B．由涡流的原理可知，穿过线圈的磁场必须是变化的磁场，才能使铝箔内产生涡流，所以封口机工作时封口头内的线圈有变化的电流，故B错误；
C．若改变封口头内线圈电流的频率，则电流产生的磁场变化的频率也发生改变，则周期发生，根据法拉第电磁感应定律可知在铝箔内产生的电动势改变，由闭合电路欧姆定律可知，产生的涡流的电流值改变，所以封口过程中铝箔发热的功率，所以可以通过控制封口头内线圈电流的频率来设定铝箔发热的功率，故C正确；
D．由封口机的原理可知，封口头内线圈中电流产生的磁场发生改变时，铝箔表面的磁通量发生改变，所以封口头内线圈中电流产生的磁场方向应当与铝箔表面垂直，故D正确；
故选CD。
16． 电磁波； 涡流； X射线
【解析】
【详解】
手机是利用电磁波传送信号的；电磁炉是利用涡流加热的；医院里常用的CT检查是利用X射线来成像的．
17．错误
【解析】
【分析】
【详解】
涡流既有热效应，也有磁效应。故此说法错误。
18． 电流 涡电流 涡流 热量 热量
【解析】
【详解】
略
19． 正确 正确 正确 错误 正确 正确 错误
【解析】
【分析】
【详解】
略
20．见解析
【解析】
【分析】
【详解】
有，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感生电场，使导体中的自由电子发生定向移动，产生感应电流，它的形状像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。
21．见解析
【解析】
【详解】
变压器的铁芯，在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，把整块的硅钢铁芯替换成由许多互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯，其目的是增大电阻，从而为了减小涡流，减小发热量，提高变压器的效率。
22．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；
【解析】
【分析】
【详解】
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；
23．见解析。
【解析】
【详解】
没有开长缝的铜片绕O点在纸面内摆动时，由于磁场有圆形边界，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片内产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动；如果在铜片上开有多条长缝时，就可以把涡流限制在缝与缝之间的铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片就可以摆动较多的次数。
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