2.5 涡流现象及其应用 练习 （word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 2.5 涡流现象及其应用
一、单选题
1．下列说法正确的是（　　）
A．奥斯特发现了电磁感应现象，法拉第发现了电流磁效应
B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中一定会产生感应电流
C．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
D．涡流是一种电磁感应现象
2．将图中A是三个一样的强磁体，B、C和D均是一样的紫铜管，在紫铜管C和D上锯去一部分（白色区域），如图中的乙和丙图所示。现将强磁体释放，强磁体在B、C和D中下落的时间分别是t1、t2和t3，关于下落时间说法正确的是（　　）
A．t1=t2=t3 B．t1>t2>t3
C．t1>t3>t2 D．t13．涡流内检测技术是一项用来检测各种金属管道是否有破损的技术。下图是检测仪在管道内运动及其工作原理剖面示意图，当激励线圈中通以正弦交流电时，金属管道壁内会产生涡流，涡流磁场会影响检测线圈的电流。以下有关涡流内检测仪的说法正确的是（　　）
A．检测线圈消耗功率等于激励线圈输入功率
B．在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测线圈的电流强度不变
C．在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测仪消耗功率将变大
D．当检测仪从金属管道完好处进入到破损处检测时，管道壁中将产生更强的涡流
4．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
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，电磁炉工作时产生的电磁波，是由线圈内高频变化的电流产生的且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使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的
B．电磁炉里电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的
C．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
D．目前家庭购买的电磁炉加热食物时通常用的是铁质铜，不用铝锅的原因是铝锅放在电磁炉上锅底不会产生涡流
6．下列说法不符合物理学史的是（　　）
A．奥斯特发现了电流的磁效应
B．法拉第发现了电磁感应现象
C．牛顿解释了涡旋电场的产生原理
D．楞次找到了判断感应电流方向的方法
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增大涡流
9．下列磁场垂直加在金属圆盘上不能产生涡流的是（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的。下列关于电磁炉的说法，正确的是（　　）
A．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品
D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流
11．关于课本中下列图片的解释错误的是（　　）
A．真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化
B．使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以
C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流
D．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的
12．磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图（从后面朝前看），过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是（　　）
A．磁力刹车利用了电流的磁效应
B．磁力刹车属于电磁驱动现象
C．磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能
D．过山车的质量越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大
13．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产生涡流，使含铁质的锅底迅速升温，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
14．关于涡流，下列说法中错误是（　　）
A．真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由交变磁场产生的
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
15．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。
A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd
二、填空题
16．电磁灶是利用________原理制成的，它在灶内通过交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生________而发热．
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．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。( )
三、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．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．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。
24．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．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．法拉第发现了电磁感应现象，奥斯特发现了电流磁效应，故A错误；
B．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中才会产生感应电流，故B错误；
C．根据电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势与线圈匝数，磁通量变化快慢有关，与线圈中磁通量变化大小，没有关系，故C错误；
D．涡流的形成遵循法拉第电磁感应定律，是一种电磁感应现象，故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
【详解】
由图可知三根紫铜管中能够形成闭合回路的区域长度关系为
紫铜管中能够形成闭合回路的区域长度越长，强磁体下落过程中，在紫铜管中形成的感应电流的磁场对强磁体的阻碍时间越长，则强磁体下落时间越长，因此
t1>t2>t3
故选B。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．激励线圈输入功率大于检测线圈消耗功率，管道壁中产生涡流，有一定的热功率，
P激励=P检测+P热
故A错误；
B．增大频率，检测线圈的磁通量变化率变大，产生的感应电动势变大，则电流强度变大，故B错误；
C．增大频率，检测线圈的功率和管道产生的热功率变大，则检测仪消耗功率将变大，故C正确；
D．当检测仪从金属管到完好处进入破损处检测时，厚度减小，则管道壁中产生的涡流变小，故D错误。
故选C。
4．D
【解析】
【分析】
【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。
5．C
【解析】
【详解】
ABC．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，故涡流是由于锅底中的电磁感应产生的，故C正确，AB错误；
D．铝锅放在电磁炉上也会形成涡流，所以不用铝锅的原因并不是铝锅放在电磁炉上锅底不会产生涡流，故D错误。
故选C。
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，符合物理学史；
B．法拉第经过近十年的探索，在1831年发现了电磁感应现象，符合物理学史；
C．牛顿没有解释了涡旋电场的产生原理，麦克斯韦解释了涡旋电场的产生原理，不符合物理学史；
D．楞次找到了判断感应电流方向的方法，即楞次定律，符合物理学史。
本题不符合物理学史的，故选C。
7．A
【解析】
【分析】
【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．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．真空冷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，使用相互绝缘的硅钢片叠合做成的铁芯可以尽可能减小涡流，故D错误。
故选A。
9．A
【解析】
【详解】
根据电磁感应原理，只要是变化的磁场垂直加在金属圆盘上都能产生涡流，则不能产生涡流的是A。
故选A。
10．B
【解析】
【详解】
A. 电磁炉不可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热，因为陶瓷锅不能产生涡流，A错误；
BC. 为了让面板不发热，电磁炉面板采用陶瓷材料；铁锅产生涡流，发热部分为铁锅底部和侧壁，直接加热锅内食品，B正确C错误；
D. 电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铁磁性材料的磁化性质加强了涡流的效果，铜锅能产生但是效果不明显，D错误。
故选B。
11．B
【解析】
【详解】
A．真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化，故A正确；
B．使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以，故B错误；
C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流，故C正确；
D．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的，故D正确。
本题选错误项，故选B。
12．C
【解析】
【详解】
AB．磁力刹车过程会产生涡流，属于电磁感应现象，并非是电流的磁效应，也不属于电磁驱动现象，选项A、B错误；
C．磁力刹车的过程中，铜片穿过磁铁时产生涡流，在磁场中受到安培力作用，阻碍过山车的运动，故磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能，选项C正确；
D．过山车的速度越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大，和质量无关，选项D错误。
故选C。
13．B
【解析】
【详解】
电磁炉（或电磁灶）是利用电磁感应原理加热的。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，使锅体本身快速升温，然后再加热锅内食物。选项B正确，ACD错误。
故选B。
14．A
【解析】
【详解】
A．真空冶炼路炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故A错误；
B．电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置炉面时，铁磁性锅体被磁化，锅具即切割交变磁感线而在锅具底部产生交变的涡流，恒定磁场不会产生涡流，故B项正确；
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，当金属板从磁场中穿过时，金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用，故C项正确；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块的铁芯，以减小涡流，故D项正确。
本题选不正确的，故选A。
15．D
【解析】
【分析】
【详解】
变压器的正视图如图：
所以要减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd。
故选D。
16．电磁感应、涡流
【解析】
【详解】
电磁灶是利用电磁感应原理制成的；产生热量的原因是利用交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生的涡流而将电磁能转化为热量；
【点睛】
电磁感应在生活中的应用很多，而电磁灶就是利用电磁感应原理制作而成的．
17． 真空 空气中的杂质 合金
【解析】
【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． 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．（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。
【解析】
【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。
23．见解析
【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。
24．(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
【解析】
【分析】
(1)根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势.
(2)带正电荷的金属球周围的场强分布与点电荷的电场分布类似，也可以使用积分法求它的场强.
(3)动生电动势是由于洛仑兹力作用而产生，感生电动势是由于涡旋电场的电场力产生.
【详解】
(1)
(2)求x处的涡旋电场场强，可认为放一个半径为x的导体环（圆心和磁场区域圆心相同）
当x＜r时：
当x≥r时：
画出E-x图像如图：
(3)Er=，+q受力沿着电场线（顺时针）
顺时针移动时:W1=Erq·
逆时针移动时:
因为：沿不同路径从M移动到N点，W1≠W2，即涡旋电场力做功与路径有关，所以不存在电势能EP的概念，，所以不存在电势的概念.
【点睛】
本题考查感生电动势与动生电动势，关键是找出非静电力的来源，会从法拉第电磁感应定律公式推导切割公式.
答案第1页，共2页
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