2.5涡流现象及其应用 同步训练（word版含答案）

2.5涡流现象及其应用
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．磁感应强度是矢量，其单位是Wb
B．磁通量是矢量，其正负代表方向
C．电感线圈的自感系数与电流的变化率成正比
D．金属探测器是利用涡流工作，而变压器铁芯用硅钢片替代是为了减小涡流
2．电磁灶是利用涡流加热的，它利用交变电流通过线圈产生变化的磁场，当磁场内的磁感线通过锅底时，即会产生无数小涡流，使锅体本身高速发热，从而达到烹饪食物的目的。因此下列的锅类或容器中，适用于电磁灶的是(　　)
A．煮中药的瓦罐 B．搪瓷碗
C．平底铸铁炒锅 D．塑料盆
3．电磁感应知识及其应用的下列说法错误的是 （ ）
A．楞次定律告诉我们，感应电流的效（结）果总是要反抗引起感应电流的原因
B．磁电式电流表、电压表中线圈要绕在铝框上一个重要原因是利用电磁阻尼
C．在电磁炉上加热食品须使用金属器皿，是因金属在交变磁场中产生涡流发热
D．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势一定越大
4．如图所示是车站、机场等场所用于安全检查的安检门，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流。如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。下列关于安检的说法正确的是（　　）
A．安检门能检查出毒贩携带的毒品
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C．安检门工作时，主要利用了电流的热效应原理
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门也能正常工作
5．如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物.电磁炉工作时产生的电磁波完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害.关于电磁炉，以下说法中正确的是（）
A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的
B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的
C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
6．电磁感应现象揭示了电与磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了很多电器设备，下列电器设备中利用电磁感应原理工作的是（　　）
A．微波炉 B．电磁炉 C．充电宝 D．白炽灯
7．电磁炉的热效率高，“火力”强劲，安全可靠。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．电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象
B．电磁炉接直流电流时可以正常工作
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．不能使用陶瓷锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
8．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，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释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面，下面对于两管的描述中可能正确的是（ ）
A．A管是用塑料制成的，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管是用塑料制成的，B管是用胶木制成的
9．下列有关金属探测器工作原理叙述正确的是
A．金属探测器是利用电流的热效应原理工作的
B．当金属探测器在探测到金属时，会再探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声
C．金属探测器自身不产生迅速变化的磁场时，仍可以探测到金属物质而正常工作
D．金属探测器在正常工作时，自身会产生迅速变化的磁场，从而使探测器附近的金属内部产生涡流，影响原来的磁场，引发报警
10．法拉第发现了电磁感应现象，揭开了人类进入电气时代的序幕。如今在日常生活中我们使用着大量的电器，下列电器使用的过程中，主要工作原理是电磁感应的是（　　）
A．电磁炉 B．洗衣机 C．电风扇 D．电热水器
11．下列说法正确的是( )
A．处于静电平衡的导体,内部的电场强度和电势均为零
B．电势、电势差、电势能都是电能的概念,都与放入电场中的电荷无关
C．电动势数值上就等于电源正负极之间的电压
D．金属中的涡流会产生热量,生活中的电磁炉是利用这原理而工作的
12．下列关于涡流的说法中正确的是（　　）
A．在硅钢片中不能产生涡流
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．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
13．下列说法正确的是（　　）
A．楞次定律告诉我们，感应电流的“效果”总是要反抗引起感应电流的“原因”
B．汽车上用的感应电动机是利用电磁驱动原理制成的
C．探测器探测到金属物是因为金属物中产生了涡流
D．变压器的铁芯利用薄硅钢片叠加而成是为了增大涡流
14．金属探测器已经广泛应用在考场检测、车站安检等领域，其利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致检测器发出蜂鸣声而报警．下列说法正确的是（　　）
A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物上方不停地晃动
B．探测器静止在待检测物上方，待检测物内部仍然可以产生“涡流”（感应电流）
C．若待检测物为塑料则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化
D．若待检测物为塑料则不能报警，因为待检测物中没有能够自由移动的带电粒子或很少
15．低频电涡流传感器可用来测量自动化生产线上金属板的厚度如图，在线圈中通以低频交流电，它周围会产生交变磁场，其正下方有一个与电表连接的线圈，金属板置于、之间当线圈产生的变化磁场透过金属板，中会产生感应电流由于金属板厚度不同，吸收电磁能量强弱不同，导致中感应电流的强弱不同，则　　
A．金属板吸收电磁能量，是由于穿过金属板的磁场发生变化，板中产生涡流
B．金属板越厚，涡流越弱
C．中产生的是直流电
D．中产生的是与中同频率的交流电
二、填空题
16．探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中___________有的电流．如果地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．
17．利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在___________中进行，这样就能防止___________进入金属，可以冶炼高质量的___________．
18．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。( )
19．如图所示是用涡流金属探测器探究地下金属物的示意图，当探测到地下的金属物时，______（选填“金属物”或“探头”）中产生涡流。
三、综合题
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．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？
22．英国物理学家分析了电磁感应现象之后，明确指出：变化的磁场能够在它的周围产生感应电场，也叫做涡旋电场，这类电场的电场线是闭合的。而我们之前学过的静电场的电场线是不闭合的，说明这两类电场是有一定的本质区别的，试通过查阅资料介绍涡旋电场和静电场的区别。
23．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。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．磁感应强度是矢量，其单位是T，A错误；
B．磁通量是标量，B错误；
C．线圈的自感系数只与本身的特性有关，与外界因素无关，C错误；
D．金属探测器是利用涡流工作，而变压器铁芯用硅钢片替代是为了减小涡流，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质铁锅，从而形成无数个小涡流（即电流），加速锅底分子运动，使锅底自身发热达到加热食品的目的，必须使用铁质锅具才能被磁化形成涡流，故瓦罐、搪瓷碗、塑料盆不行。
故选C。
3．D
【详解】
楞次定律告诉我们，感应电流的效（结）果总是要反抗引起感应电流的原因，选项A正确；磁电式电流表、电压表中线圈常用铝框做骨架，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，利用电磁阻尼的作用，选项B正确；在电磁炉上加热食品须使用金属器皿，是因金属在交变磁场中产生涡流发热，选项C正确；对于同一线圈，当电流变化率越大时，线圈中产生的自感电动势一定越大，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
4．B
【详解】
A．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。则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，故A错误；
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀，故B正确；
C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C错误；
D．根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
由题意知，电磁炉的原理是利用涡流加热的，交变电流通过线圈产生变化的磁场，在锅体底部产生涡流，使锅体被加热、然后加热锅内食物，故选项ACD错误，B正确．
故选B。
6．B
【详解】
A．微波炉的工作原理是微波与水分子共振加热，A错误
B．电磁炉是利用电磁感应原理使金属锅产生涡流，涡流的热效应从而加热事物，B正确；
C．充电宝是可充电的电源，一般用锂离子电池，C错误；
D．白炽灯工作原理是电流的热效应，D错误。
故选B。
7．A
【详解】
AB．电磁炉通交变电流后，通电线圈上产生变化的磁场，金属锅处于变化的磁场中就产生涡流，进而发热，所以电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象，不能接入直流电，A正确，B错误；
C．电磁炉工作依靠变化的磁场传递能量，在锅和电磁炉中间放一纸板，电磁炉依然能起到加热的作用，C错误；
D．陶瓷锅的材料属于绝缘材料，不具备产生涡流的条件，所以不能用，D错误。
故选A。
8．A
【详解】
由题意可知，小球在B管中下落的速度要小于A管中的下落速度，故说明小球在B管时受到阻力作用；其原因是金属导体切割磁感线，从而使闭合的导体中产生感应电流，由于磁极间的相互作用而使小球 受向上的阻力；故B管应为金属导体，如铜、铝、铁等，而A管应为绝缘体，如塑料、胶木等，故A正确，BCD错误。
故选A。
9．D
【详解】
A项：金属探测器是利用电磁感应原理工作的，故A错误；
B项：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、D项：探测器中通以交变电流线圈靠近金属物时，线圈在空间产生交变的磁场，金属物品横截面的磁通量发生变化，会产生感应电流，故C错误，D正确．
10．A
【详解】
电磁炉是利用电磁感应将电能转化为热能；洗衣机和电风扇都是利用电动机将电能转化为机械能；电热水器是利用电阻丝将电能转化为热能，故主要工作原理是电磁感应的是电磁炉，故选A。
11．D
【详解】
处于静电平衡的导体,内部的电场强度为零，导体是等势体，电势不为零，选项A错误；电势、电势差、电势能都是电能的概念，电势、电势差与放入电场中的电荷无关，而电势能与放入电场中的电荷有关，选项B错误；电动势数值上就等于外电路断开时电源正负极之间的电压，选项C错误；金属中的涡流会产生热量，生活中的电磁炉是利用这原理而工作的，选项D正确；故选D.
12．D
【详解】
A．整块导体内部发生电磁感应而产生的感应电流的现象成为涡流现象，所以硅钢片中能产生涡流，故A错误；
BCD．涡流跟平常见到的电磁感应现象一样，都是因为穿过导体的磁通量变化产生的，都是感应电流，感应电流既有热效应又有磁效应，故BC错误，D正确。
故选D。
13．ABC
【详解】
A．楞次定律告诉我们，感应电流的“效果”总是要反抗引起感应电流的“原因”，故A正确；
B．汽车上用的感应电动机是利用电磁驱动原理制成的，故B正确；
C．探测器探测到金属物是因为线圈产生变化的磁场，使金属物中产生了涡流，故C正确；
D．变压器的铁芯利用薄硅钢片叠加而成是为了增大电阻，减小涡流，故D错误。
故选ABC。
14．BD
【详解】
AB．因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生高速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物的上方，待检测物中依然有感应电流产生，故A错误，B正确；
CD．因为塑料制品近乎于绝缘体，导电性能极差，所以监测区域中并非没有磁通量变化，而是因为塑料内部没有可自由移动的带电粒子或极少，而使得待检测物体中无感应电流或电流太小不能引起报警，故C错误，D正确。
故选BD。
15．AD
【详解】
试题分析：当1中通过有交流电时，根据右手螺旋定则知，穿过金属板的磁场发生变化从而出现变化的电场导致金板内产生涡流，进而产生磁场能，然后转化成金属板的内能，故A正确；当金属板越厚，在变化的交流电流作用下，L2中产生的涡流越强，B错误；根据电磁感应规律可知，在L2中产生的是与L1中同频率的交流电，选项C错误，D正确；故选AD
16． 变化着 金属物品 涡流 磁场 电流
【详解】
探测器中有交流电流；其产生变化的磁场；其磁场会在金属物品中感应出涡流；而涡流产生的磁场又会发过来影响线圈中的电流，从而使仪器报警．
17． 真空 空气中的杂质 合金
【详解】
在真空冶炼炉中，炉外的高频交变电流产生的高频的周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又在炉内产生感应电流，进而产生涡流，将电能转化为内能，来冶炼合金．所以利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．
18． 正确 正确 正确 错误 正确 正确 错误
19．金属物
【详解】
探头中有磁铁，当探头靠近金属物时，金属物中产生涡流。
20．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．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；
【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；
22．（1）产生原因不同：
静电场──由静电荷产生
涡旋电场──由变化磁场产生
（2）电场线的分布不同：
静止电荷产生的静电场，其电场线起于正电荷终止于负电荷，不可能闭合；
变化磁场产生的涡旋电场，其电场线没有起点、终点，是闭合的。
（3）电场力做功情况不同：
静电场中电场力做功和路径无关，只和移动电荷初末位置的电势差有关；
涡旋电场中移动电荷时，电场力做功和路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。
23．（1）由b流向a；（2）；（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。
【详解】
（1）根据右手定则可知，圆盘中电流由C流向D，所以通过电阻R的电流方向为由b流向a。
（2）将圆盘看成由无数细辐条并联组成，每根辐条产生的感应电动势相同。设在Δt时间内，辐条转过的角度为α，则
在此过程中辐条扫过的面积为
扫过面积对应的磁通量变化量为
根据法拉第电磁感应定律可得
（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。
答案第1页，共2页