2.5涡流现象及其应用 综合训练 （word版含答案）

2.5涡流现象及其应用
一、选择题（共15题）
1．如图所示为高频电磁炉的工作示意图。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在含铁质锅底部产生涡流，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
2．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
3．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列说法中正确的是（　　）
A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
B．电磁炉中通入电压恒定的直流电也能正常工作
C．环保绝缘材料制成的锅体可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成以便于加快热传递
4．如图是一种电加热装置，当把一铁块放入线圈中且不接触线圈，稍等片刻，铁块就会烧得通红，小明同学由此做出了以下一些猜想，其中正确的是（　　）
A．若把一干燥的木棍伸入线圈中，木棍会被烧着
B．线圈内部一定通有随时间变化的电流
C．线圈内部一定通有强度很大的恒定直流
D．铁块是否会变红与线圈中电流是否变化无关
5．在生产和生活中，有时候需要利用涡流效应，有时候需要避免涡流效应，下列关于涡流应用的说法中不正确的是（　　）
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流
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．关于物理学史以及原理，以下说法正确的是（　　）
A．涡流跟平时说的感应电流一样，都是由于穿过导体的磁通量的变化而产生
B．奥斯特心系“磁生电”，总结出了电磁感应定律
C．洛伦兹力始终不做功，所以动生电动势的产生与洛伦兹力无关
D．线圈的磁通量与线圈的匝数无关，线圈中产生的感应电动势也与线圈的匝数无关
8．下列现象中利用的原理不是利用电磁感应的是（　　）
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
9．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
10．电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，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的电流。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中正确的是（　　）
A．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．是线圈发热，把热能传导给锅底来加热食物的
C．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
D．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
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．随着电动汽车的大量普及，汽车无线充电受到越来越多的关注。无线充电简单方便，不需手动操作，没有线缆拖拽，大大提高了用户体验。将受电线圈安装在汽车的底盘上，将供电线圈安装在地面上，如图所示。当电动汽车行驶到供电线圈装置上，受电线圈即可“接受”到供电线圈的电流，从而对蓄电池进行充电。关于无线充电，下列说法正确的是（　　）
A．无线充电技术与变压器的工作原理相同
B．为了保护受电线圈不受损坏，可在车底加装一个金属护板
C．只有将供电线圈接到直流电源上，才能对蓄电池进行充电
D．当受电线圈没有对准供电线圈（二者没有完全重合）时，将不能进行无线充电
13．某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通讯储存设备。工作时，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感应出电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。则（　　）
A．被测金属物中产生的是恒定电流
B．被测金属物中产生的是交变电流
C．违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到
D．探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报
14．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中沿逆时针做半径不变的圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。关于电子感应加速器，下列说法正确的有（　　）
A．为了使电子加速，电磁体线圈中的电流应当由小变大
B．电子做圆运动所需的向心力由感生电场的电场力提供
C．若利用正弦式交流电供电，则电子感应加速器在每个周期T内只有的时间能正常工作
D．若利用正弦式交流电供电，则电子感应加速器在每个周期T内只有的时间能正常工作
15．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
二、综合题
16．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。
17．某同学在学习了涡流现象的知识后，制作了如图所示的实验装置。将一个玩具小人连接弹簧悬挂起来，玩具的底部粘上一块强磁铁，并分别制作了铝环、塑料环和带缺口的铝环。
请利用上述实验器材，通过比较的方式，分别设计一个能够演示电磁驱动和演示电磁阻尼的实验。
18．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。查找资料，了解这一现象产生的原因和能量转化情况，以及对卫星的运行可能会产生怎样的影响。
19．涡流探伤是工业上常用的技术之一，该技术通过励磁线圈靠近导体，使导电构件中产生涡电流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。参考如图所示的示意图，解释涡流探伤技术是如何发现导体中的缺陷的。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物。
故选B。
2．A
【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。
3．A
【详解】
AB．涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象，锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故选项A正确、B错误；
CD．电磁炉表面一般用绝缘材料制成，避免产生涡流，锅体用金属制成利用涡流加热食物，故选项CD错误．
故选A。
4．B
【详解】
A．由题意可知这是电磁感应现象，木棍不能形成电流，故木棍不会烧着，A错误；
BCD．变化的电流能产生变化的磁场，变化的磁场可在铁块内部产生涡流，由于电流的热效应才把铁块烧红，CD错误，B正确。
故选B。
5．B
【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，选项A正确，不符合题意；
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项B错误，符合题意；
C．根据楞次定律，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，选项C正确，不符合题意；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流，选项D正确，不符合题意。
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】
A．涡流跟平时说的感应电流一样，都是由于穿过导体的磁通量的变化而产生，选项A正确；
B．法拉第心系“磁生电”，通过近十年的艰苦探索终于发现了“磁生电”的条件。故B错误。
C．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势，导体中的自由电荷随导体在磁场中运动，受到洛伦兹力，而向导体一端移动，动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功而引起的，选项C错误；
D．线圈的磁通量与线圈的匝数无关，线圈中产生的感应电动势也与线圈的匝数有关，选项D错误。
故选A。
8．C
【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，不符合题意；
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，不符合题意；
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，符合题意；
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，不符合题意；
故选C。
9．C
【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。
10．C
【详解】
ACD．电磁炉上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应会损失电能，所以电磁炉上表面要用绝缘材料制作，发热部分为铁锅底部，故C正确，AD错误；
B．是通过电磁感应产生蜗流发热，而不是线圈发热，把热量导给锅底来实现加热，故B错误。
故选C。
11．C
【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．
12．A
【详解】
A．无线充电技术就是通过电磁感应原理，当穿过受电线圈的磁通量发生变化时，受电线圈会产生感应电动势，有了感应电流，对蓄电池进行充电，与变压器的工作原理相同，A正确；
B．如果在车底加装一个金属护板，金属护板会产生涡流，损耗能量，同时屏蔽磁场，使受电线圈无法产生感应电流，B错误；
C．供电线圈只有接到交流电源上，能产生变化的磁场，从而使受电线圈产生感应电流给蓄电池充电，C错误；
D．当受电线圈没有对准供电线圈（二者没有完全重合）时，只要穿过受电线圈的磁通量发生变化，就能产生电磁感应，给蓄电池充电，D错误。
故选A。
13．BD
【详解】
AB．探测环中的发射线圈通以正弦式电流，被测金属物中产生的是交变电流，故A错误，B正确；
C．违规携带的物品只要是金属就会被探测到，故C错误。
D．因为探测环中的发射线圈通以正弦式电流，被测金属物中的磁通量也是变化的，所以探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，故D正确；
故选BD。
14．AD
【详解】
A．为使电子加速，应使感生电场方向与电子的运动方向相反，由于电子沿逆时针方向运动，如果电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，由楞次定律可得，电磁铁的磁性应逐渐增强，或者电磁体线圈中的电流应当由小变大，所以A正确；
B．由于电场力的方向总是与电子的运动方向相同，电场力提供动力让电子加速，所以B错误；
CD．如果规定如图电流方向为正方向，电子要加速，电磁体线圈中的电流应当由小变大，当电流方向反向时，电子要加速，电磁体线圈中的电流应当由大变小，所以利用正弦式交流电供电，则电子感应加速器在每个周期T内只有的时间能正常工作，则C错误；D正确；
故选AD。
15．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。
16．见解析
【详解】
（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。
17．见解析
【详解】
要演示电磁驱动和演示电磁阻尼实验，必须要在圆环中产生感应电流，感应电流的磁场与玩具小人下面的磁铁作用产生阻尼作用，则必须要求圆环是闭合的铝环，不能用塑料环或带缺口的铝环。
演示电磁阻尼设计实验如下：让圆环不动，让玩具小人上下振动起来，则会发现小人的振动很快停止；
演示电磁驱动设计实验如下：先让玩具小人不动，让圆环上下振动起来，则会发现小人也很快振动起来；
18．当穿过人造卫星的磁通量发生变化时，外壳中会有涡流产生，这一电能的产生是由机械能转化来的。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。
【详解】
当穿过人造卫星的磁通量发生变化时，外壳中会有涡流产生，这一电能的产生是由机械能转化来的。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。
19．见解析
【详解】
金属探伤时，是探测器中通过交变电流，产生变化的磁场，当金属处于该磁场中时，该金属中会感应出涡流，再借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。
答案第1页，共2页