第6节 涡流现象与电磁炉 综合训练（Word版含答案）

2.6涡流现象与电磁炉
一、选择题（共15题）
1．电磁炉可以使用的器皿是（ ）
A．陶瓷锅 B．砂锅 C．玻璃锅 D．不锈钢锅
2．下列实验或器件利用涡流的是（　　）
A．电磁感应实验 B．日光灯电路
C．直流电动机 D．电磁灶
3．下列情形与静电现象无关的是（　　）
A．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑 B．油罐车后拖有一根接地的铁链
C．复印机硒鼓吸附墨粉 D．电磁灶加热食物
4．学完电磁感应涡流的知识后，某个同学回家制作了一个简易加热器，如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（　　）
A．降低交流电源的频率
B．增加线圈的匝数
C．将金属杯换为陶瓷杯
D．将交流电源换成电动势更大的直流电源
5．如图所示，一金属圆盘放在水平桌面上，金属圆盘正上方有一带铁芯的线圈。下列说法正确的是（　　）
A．若线圈接直流电且电压一直变大，则金属圆盘对桌面的压力减小
B．若线圈接直流电且电压一直变大，则金属圆盘中有逆时针方向的涡流
C．若线圈电阻忽略不计，则无论接什么电源线圈中电流都趋于无穷大
D．若线圈接交变电流，只增大交变电流的频率，金属圆盘的发热功率增大
6．熔化金属的一种方法是用“高频炉”，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一坩埚，埚内放待熔的金属块，当线圈中通以高频交流电时，埚中金属就可以熔化，这是因为(　　)
A．线圈中的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热
B．线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生焦耳热
C．线圈中的高频交流电在坩埚中产生感应电流 ，通过坩埚电阻产生焦耳热
D．线圈中的高频交流电在金属块中产生感应电流，通过金属块电阻产生焦耳热
7．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
8．以下属于电磁驱动现象的（　　）
A．线圈能使振动的磁铁快速停下来
B．无缺口的铝管比有缺口的铝管更快使磁铁匀速运动
C．用手把磁铁转动，线框跟随转动
D．U磁铁能使旋转的金属圆盘快速停下来
9．如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一粗细和大小相同的铝环，B环封闭，A环有一个小缺口。横杆可绕中心点自由转动，老师拿条形磁铁插向其中一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是（　　）
A．磁铁N极插向A环，A环上会产生顺时针方向的感应电流
B．磁铁N极插向B环，B环上会产生逆时针方向的感应电流
C．磁铁插向A环，横杆会发生转动，这是电磁驱动现象
D．磁铁插向B环，横杆会发生转动，这是电磁阻尼现象
10．电磁炉具有无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等优势。电流流过电磁炉线圈产生磁场，当磁场发生变化时，铁质锅底部会产生无数小涡流，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．电磁炉是利用互感原理工作的
B．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
C．锅体可以用不导电的陶瓷制成
D．提高磁场变化的频率，不会增强电磁炉的加热效果
11．涡流检测是工业上无损检测的方法之一．如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化．下列说法中正确的是 (　)
A．涡流的磁场总是与线圈的磁场方向相反
B．涡流的大小与通入线圈的交流电频率无关
C．待测工件可以是塑料或橡胶制品
D．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
12．随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的生活．某品牌手机的无线充电原理如图所示．关于无线充电，下列说法正确的是（ ）
A．充电底座中的发射线圈将磁场能转化为电能
B．充电底座可以直接使用直流电源实现对手机的无线充电
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．无线充电时手机接收线圈利用“电流的磁效应”获取电能
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．下列现象中利用的原理主要是电磁感应的有（　　）
A．如图甲所示，真空冶炼炉外有线圈，线圈中通入高频交流电，炉内的金属能迅速熔化
B．如图乙所示，安检门可以检测金属物品，如携带金属刀具经过时，会触发报警
C．如图丙所示，放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体，其中心放一圆柱形电极，边缘内壁放一环形电极，通电后液体就会旋转起来
D．如图丁所示，用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘，铜盘很快静止下来
二、综合题
16．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( )？
17．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？
18．在如图甲所示的半径为r的竖直圆柱形区域内，存在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）．
（1）将一由细导线构成的半径为r、电阻为R0的导体圆环水平固定在上述磁场中，并使圆环中心与磁场区域的中心重合．求在T时间内导体圆环产生的焦耳热．
（2）上述导体圆环之所以会产生电流是因为变化的磁场会在空间激发涡旋电场，该涡旋电场趋使导体内的自由电荷定向移动，形成电流．如图乙所示，变化的磁场产生的涡旋电场存在于磁场内外的广阔空间中，其电场线是在水平面内的一系列沿顺时针方向的同心圆（从上向下看），圆心与磁场区域的中心重合．在半径为r的圆周上，涡旋电场的电场强度大小处处相等，并且可以用计算，其中e为由于磁场变化在半径为r的导体圆环中产生的感生电动势．如图丙所示，在磁场区域的水平面内固定一个内壁光滑的绝缘环形真空细管道，其内环半径为r，管道中心与磁场区域的中心重合．由于细管道半径远远小于r，因此细管道内各处电场强度大小可视为相等的．某时刻，将管道内电荷量为q的带正电小球由静止释放（小球的直径略小于真空细管道的直径），小球受到切向的涡旋电场力的作用而运动，该力将改变小球速度的大小．该涡旋电场力与电场强度的关系和静电力与电场强度的关系相同．假设小球在运动过程中其电荷量保持不变，忽略小球受到的重力、小球运动时激发的磁场以及相对论效应．
①若小球由静止经过一段时间加速，获得动能Em，求小球在这段时间内在真空细管道内运动的圈数；
②若在真空细管道内部空间加有方向竖直向上的恒定匀强磁场，小球开始运动后经过时间t0，小球与环形真空细管道之间恰好没有作用力，求在真空细管道内部所加磁场的磁感应强度的大小．
19．如图所示是利用高频交流焊接自行车零件的原理图，其中外圈A是通过高频交流电的线圈，B是自行车的零件，a是待焊接的接口，焊口两端接触在一起。当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处的金属熔化而焊接起来，问：
（1）为什么在其他条件不变的情况下，交变电流的频率越高，焊接得越快；
（2）为什么焊接过程中，接口a处已经熔化而零件的其他部分并不很热。
20．涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式，它的基本原理如图甲所示．水平面上固定一块铝板，当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时，铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用．涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式．某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程．车厢下端安装有电磁铁系统，能在长为L1=0.6m，宽L2=0.2m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场，磁感应强度可随车速的减小而自动增大（由车内速度传感器控制），但最大不超过B1=2T，将铝板简化为长大于L1，宽也为L2的单匝矩形线圈，间隔铺设在轨道正中央，其间隔也为L2，每个线圈的电阻为R1=0.1Ω，导线粗细忽略不计．在某次实验中，模型车速度为v=20m/s时，启动电磁铁系统开始制动，车立即以加速度a1=2m/s2做匀减速直线运动，当磁感应强度增加到B1时就保持不变，直到模型车停止运动．已知模型车的总质量为m1=36kg，空气阻力不计．不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响．
（1）电磁铁的磁感应强度达到最大时，模型车的速度为多大？
（2）模型车的制动距离为多大？
（3）为了节约能源，将电磁铁换成若干个并在一起的永磁铁组，两个相邻的磁铁磁极的极性相反，且将线圈改为连续铺放，如图丙所示，已知模型车质量减为m2=20kg，永磁铁激发的磁感应强度恒为B2=0.1T，每个线圈匝数为N=10，电阻为R2=1Ω，相邻线圈紧密接触但彼此绝缘．模型车仍以v=20m/s的初速度开始减速，为保证制动距离不大于80m，至少安装几个永磁铁？
试卷第1页，共3页
参考答案
1．D
【详解】
试题分析：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的原理制成的；
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，只要锅底能吸住磁铁的就能用．适合放在电磁炉上烹饪器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅（壶）、圆底铁锅、耐热玻璃锅、砂锅等．
解：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，只要锅底能吸住磁铁的就能用．适合放在电磁炉上烹饪器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅（壶）、圆底铁锅、耐热玻璃锅、砂锅等；故ABC错误，D正确．
故选D．
2．D
【详解】
A．电磁感应实验利用的是法拉第电磁感应定律，A错误；
B．日光灯电路主要利用的是镇流器的自感现象，B错误；
C．直流电动机利用的是通电导线在磁场中会受到安培力作用而转动的现象，C错误；
D．电磁灶利用的是高频交变磁场通过锅体，在锅体内产生涡流而发热，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑，这是静电现象，与静电有关，选项A不符合题意；
B．油罐车后拖有一根接地的铁链是为了将摩擦产生的静电荷能及时导走，与静电有关，选项B不符合题意；
C．复印机硒鼓吸附墨粉是与静电现象有关，选项C不符合题意；
D．电磁灶加热食物的原理是电磁感应，与静电现象无关，故D符合题意。
故选D。
4．B
【详解】
AB．由题意可知，本题中是涡流现象的应用；即采用线圈产生的磁场使金属杯产生感应电流，从而进行加热的，则由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频率均可以提高发热功率，则可以缩短加热时间；故A错误，B正确；
C．将杯子换作瓷杯不会产生涡流，则无法加热水，故C错误；
D．将交流电源换成电动势更大的直流电源不会产生涡流，故D错误；
故选B。
5．D
【详解】
AB．若线圈接直流电且电压一直变大，则线圈中电流变大，穿过金属盘的磁通量增加，根据楞次定律推论可知，金属圆盘对桌面的压力增加；因磁场方向不确定，不能确定金属圆盘中的涡流方向，AB错误；
C．若线圈电阻忽略不计，当接直流电源时，线圈中电流趋于无穷大；若接交流电源，则线圈中会产生感应电动势阻碍电流的变化，则线圈中电流不会无穷大，C错误；
D．若线圈接交变电流，只增大交变电流的频率，金属圆盘中产生的涡流变大，金属盘的发热功率增大，D正确。
故选D。
6．D
【详解】
线圈中的高频交流电通过线圈，从而产生变化的电磁场，使得处于电磁场的金属块产生涡流，进而发热，故ABC错误，D正确；故选D．
7．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.
8．C
【详解】
A．线圈能使振动的磁铁快速停下来，是电磁阻尼，A错误；
B．无缺口的铝管比有缺口的铝管更快使磁铁匀速运动，是电磁阻尼，B错误；
C．用手把磁铁转动，线框跟随转动，线框受到的力是动力，所以是电磁驱动，C正确；
D．U磁铁能使旋转的金属圆盘快速停下来，金属圆盘受到的力是阻力，所以是电磁阻尼，D错误。
故选C。
9．B
【详解】
AC．A环不闭合，磁铁插向A环时，不产生感应电流，环不受力，横杆不转动，AC错误；
B．B环闭合，磁铁插向B环时，环内产生感应电流，环受到磁场的作用，横杆转动；根据楞次定律可知，阻碍相对运动，横杆逆时针转动，B正确
D．磁铁插向B环，横杆逆时针转动，这是电磁驱动，不是电磁阻尼现象，D错误。
故选B。
10．A
【详解】
A．电磁炉中变化的磁场使锅体中因电磁感应产生涡电流，利用涡电流的热效应工作，属于互感，故A正确；
B．电饭锅连接交流电，其锅体中的涡电流是由变化的磁场产生的，故B错误；
C．陶瓷属于绝缘体，不能发生电磁感应产生涡电流，故不能使用陶瓷制作锅体，故C错误；
D．提高磁场变化的频率，可增强感应电流，起到提高电磁炉的加热效果，故D错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．根据楞次定律得知：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，根据楞次定律可知，涡流的磁场与线圈的磁场方向可能相同也可能相反，故A错误；
B．涡流的大小取决于磁场变化的快慢，故与通入线圈的交流电频率有关，故B错误；
C．电磁感应只能发生在金属物体上，故待测工件只能是金属制品，故C错误．
D．因为线圈交流电是周期变化的，故在工件中引起的交流电也是周期性变化的，可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，故D正确；
故选D．
12．C
【详解】
A.发射线圈中通入交变电流，交变电流周围形成交变磁场，交变磁场又形成交变电场，从而在接收线圈形成交变电流．发射线圈是将电能转化为磁场能，接收线圈是将磁场能转化为电能，选项A错误；
B.直流电周围形成恒定的磁场，恒定的磁场无法由电磁感应形成电场，选项B错误；
C.根据电磁感应规律知接收线圈与发射线圈中交变电流的频率一样，选项C正确；
D.无线充电时手机接收线圈利用“电磁感应”获得电能，选项D错误。
故选C。
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．ABD
【详解】
A．真空冶炼炉外中的线圈中通有高频交流电，从而在线圈中产生很强的变化的电磁场，最终导致炉内金属产生涡流，使得金属到达很高的温度从而熔化，利用了电磁感应的原理，故A正确；
B．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的磁场，会在金属物品中产生变化的感应电流，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，即利用了电磁感应的原理来工作，故B正确；
C．放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体，其中心放一圆柱形电极，边缘内壁放一环形电极，从而使得圆柱形电极与边缘形成电流，电流在磁场中受到安培力的作用而发生转动，不是利用电磁感应的原理，故C错误；
D．用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘，铜盘内部将会产生涡流，从而会很快静止下来，利用了电磁感应的原理，故D正确；
故选ABD。
16． 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
【详解】
（1）①首先交流电流过线圈产生电磁感应现象是电生磁；
②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，这是磁生电；
③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这是电流的热效应。
（2）电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是不能产生电磁感应现象；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是铝锅、铜锅的电阻率小，电热少，效率低；
（3）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，从而利用电流的热效应起到加热作用。
17．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。
18．（1）（2）①；②
【详解】
试题分析：（1）导体圆环内的磁通量发生变化，将产生感生电动势，根据法拉第电磁感应定律，感生电动势为：
导体圆环内感生电流为：
在T时间内导体圆环产生的焦耳热为：Q=I2R0T
解得：
（2）①根据题意可知，磁场变化将在真空管道处产生涡旋电场，该电场的电场强度为：
小球在该电场中受到电场力的作用，电场力的大小为：
电场力的方向与真空管道相切，即与速度方向始终相同，小球将会被加速，动能变大．设小球由静止到其动能为Em的过程中，小球运动的路程为s，
根据动能定理有：Fs=Em
小球运动的圈数为：
解得：
②小球的切向加速度大小为：
由于小球沿速度方向受到大小恒定的电场力，所以经过时间t0，小球的速度大小v满足v=at0
小球沿管道做圆周运动，因为小球与管道之间没有相互作用力，所以，小球受到的洛伦兹力提供小球的向心力，设所加磁场的磁感应强度为B0，
则有：
解得：
19．（1）磁通量变化率大，感应电动势和感应电流都变大，热功率也随着变大；（2）接口处电阻大，串联电路中电流强度处处相等，电阻大的地方生热较多
【详解】
（1）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分析可知，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；
（2）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。
20．（1） （2） （4）4个
【详解】
（1）假设电磁铁的磁感应强度达到最大时，模型车的速度为则①
②，③，④
由①②③④式并代入数据得⑤
（2）匀变速过程位移为：
由第（1）问的方法同理得到磁感应强度达到最大以后任意速度v时，安培力的大小为
对速度后模型车的减速过程用动量定理可得，
联立，，得：
（3）假设需要n个永磁铁，当模型车的速度为v时，每个线圈中产生的感应电动势为
每个线圈中的感应电流为
每个磁铁受到的阻力为
N个磁铁受到的阻力为
由第（2）问可得
得：
即至少需要4个永磁铁
答案第1页，共2页