2.5涡流现象及其应用 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修二 2.5 涡流现象及其应用
一、单选题
1．2021年7月25日，台风“烟花”登陆上海后，“中国第一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现摆动，给大楼进行减振。如图所示为该阻尼器的简化图，该阻尼器首次采用了电涡流技术，底部附着永磁铁的质量块在导体板上方摆动时，导体板内产生电涡流。下列说法正确的是（　　）
A．阻尼器摆动时产生的电涡流源于外部电源供电
B．阻尼器最终将机械能转化成为内能
C．导体板电阻率越大，阻尼越明显
D．导体板的电涡流大小与质量块摆动速率无关
2．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．探测环中的发射线圈通的是恒定电流
B．探测环中的发射线圈通的是交变电流
C．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报
D．违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到
3．如图，真空冶炼炉、动圈式扬声器和磁电式电流表都有导线绕制的线圈，关于这三种器件的说法正确的是（　　）
A．真空冶炼炉线圈中应通较大的恒定电流，才能使炉中金属容易熔化
B．动圈式扬声器是利用通电线圈受安培力进行工作的
C．磁电式电流表在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D．动圈式扬声器和磁电式电流表都是根据电磁感应原理进行工作的
4．关于高频电磁炉，下列说法中正确的是（ ）
A．它是利用变化的磁场在食品中产生涡电流对食品加热的
B．它是利用变化的磁场在铁质锅底产生涡电流，使锅底迅速升温，从而对食品加热的
C．它是利用电磁波使食品加热的，所以有比较强的电磁波辐射，对人体健康不利
D．它跟电炉一样，是让电流通过电阻丝产生热量来对食品加热的
5．教材中介绍了很多利用电场和磁场工作的装置，以下各装置中哪一个工作原理不同于另外三个装置（　　）
A．速度选择器 B．磁流体发电机 C．电磁流量计 D．电磁炉
6．电磁驱动是21世纪初问世的新概念，该技术被视为将带来交通工具大革命。多国科学家都致力于此项研究。据2015年央广新闻报道，美国国家航空航天局NASA在真空成功试验了电磁驱动引擎，如果得以应用。该技术将在未来的星际旅行中派上大用场。在日常生活中，比如摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理。如图所示，是磁性式转速表及其原理图，关于磁性式转速的电磁驱动原理，下列说法正确的是（　　）
A．铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B．永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力面转动
C．铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相反
D．由于铝盘和永久磁体被同转轴带动，所以两者转动是完全同步的
7．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．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B．电磁炉面板采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
C．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
D．改变电子线路的频率不能改变电磁炉的功率
8．下列家用电器在工作时，主要利用电流热效应的是（　　）
A．电磁炉 B．电冰箱 C．吸尘器 D．电饭煲
9．人造卫星绕地球运行时轨道各处的地磁场强弱有微小差异。由于地磁场的影响，下列关于金属外壳的人造地球卫星运行时不正确的说法是（ ）
A．卫星外壳中有微弱的感应电流
B．卫星运行的轨道半径会越来越小
C．卫星的机械能会越来越小
D．卫星运行速度会越来越小
10．如图给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是（　　）
A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电
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．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
11．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
12．电磁炉是我们生活中常见的厨具，它的工作原理是：当线圈中通入交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在铁锅内产生感应电流，利用电流的热效应来加热食物。加热过程中所利用的电磁学规律的发现者为（　　）
A．牛顿 B．库仑 C．法拉第 D．洛伦兹
13．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．丙图是无轨电车电车在行驶过程中由于车身颠簸电弓和电网之间容易闪现电火花，这是由于车弓脱离电网产生自感电动势使空气电离
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
14．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
15．1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“阿拉果圆盘实验”。如图所示，实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是（ ）
A．圆盘中始终未发生电磁感应现象
B．该实验现象与真空冶炼炉的原理相同
C．由于小磁针的磁性较弱，分析本现象时可以忽略小磁针的磁场
D．探测地雷的探雷器的工作原理与本实验现象无关联
二、填空题
16．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___________．
17．涡流大小的决定因素：磁场变化越______（越______），导体的横截面积S越______，导体材料的电阻率越______，形成的涡流就越大。
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．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．
三、解答题
20．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。
21．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？
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．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。
24．电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环，如图所示（图中没有画出所有的圆环）。导电环所用的材料每米的电阻，从中心向外第n个同心圆环的半径为（n为正整数且），已知。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，已知该磁场的磁感应强度B的变化率为。忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响，不计其他电磁辐射等损失。（取）
（1）写出第1个同心圆环中感应电动势e的瞬时表达式，并求其电功率；
（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场（也称为涡旋电场），上述各环中的感应电流就是电子在感生电场的作用下定向移动形成的。设某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，试分析此过程中感生电场方向，并简述判断理由；
（3）所有导电圆环的总功率P是多大？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
A．阻尼器摆动时，永磁体通过导体板上方使之磁通量发生变化，从而在导体板中产生电涡流，属于电磁感应现象，A错误；
B．通过阻碍质量块和永磁体的运动，阻尼器将动能转化为电能，并通过电流做功将电能最终转为焦耳热，B正确；
C．导体板电阻率越大，导体的电阻越大，电流越小，阻尼越不明显，C错误；
D．质量块通过导体上方的速度越快，磁通量变化越快，产生的感应电动势和感应电流也越大，D错误。
故选B。
2．B
探测环中的发射线圈通的是交变电流，违规携带的物品只要是金属就会被探测到，从而即可一一求解。
【详解】
AB．附近的被测金属物中感应出电流，则探测环中的发射线圈通的应是交变电流，选项A错误，B正确；
C．因为探测环中的发射线圈通的是交变电流，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，选项C错误；
D．违规携带的物品只要是金属就会被探测到，选项D 错误。
故选B。
3．B
【详解】
A．真空冶炼炉利用的是涡流原理，因此线圈中应通交变电流，选项A错误；
B．动圈式扬声器是利用通电线圈受安培力进行工作的，选项B正确；
C．磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，特点是大小相等，方向不同，因此不是匀强磁场，选项C错误；
D．动圈式扬声器和磁电式电流表都是利用通电线圈受安培力进行工作的，选项D错误。
故选B。
4．B
【详解】
高频电磁炉，是利用变化的磁场在铁质锅底产生涡电流，使锅底迅速升温，从而对食品加热的。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。
故选B。
5．D
【详解】
速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计都是带电粒子在电磁场中的运动。而电磁炉是电磁感应现象。
故选D。
6．B
【详解】
AB．当永久磁铁随转轴转动时，产生转动的磁场，在铝盘中会产生感应电流，这时永久磁铁的磁场会对铝盘上的感应电流有力的作用，而产生一个转动的力矩，使指针转动，由于弹簧游丝的反力矩，会使指针稳定指在某一刻度上，A错误，B正确；
C．该转速表运用了电磁感应原理，由楞次定律知，铝盘磁场总是阻碍永久磁铁转动，要使减小穿过铝盘磁通量的变化，永久磁铁转动方向与铝盘转动方向相同，C错误；
D．永久磁铁固定在转轴上，铝盘国定在指针轴上，铝盘和永久磁体不是同转轴带动，所以两者转动不是同步的，D错误。
故选B。
7．A
【详解】
AB．电磁炉的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要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，发热部分为铁锅底部，故A正确，B错误；
C．电磁炉产生变化的电磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量，所以电磁炉不能用陶瓷器皿作为锅具对食品加热，故C错误；
D．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，可通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率，故D错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．电磁炉是利用电流的磁效应工作的，故A错误；
B．电冰箱是利用电动机带动工作的，应用了电流的磁效应，故B错误；
C．吸尘器是通过电流做功带动风扇转动而形成风，从而把灰尘吸进吸尘器。故主要是将电能转化为机械能，故C错误。
D．电饭煲是利用了电流的热效应，电能转化成内能，符合题意，故D正确；
故选D。
9．D
【详解】
A．人造卫星围绕地球运动时在金属外壳组成的小部分回路中磁通量变化形成了感应电流及涡流，实现机械能转化为电能，A正确，不符合题意；
BC．因产生感应电流而发热会使机械能减小，运动速度变小做向心运动，后又因重力做正功，速度变大，直到又达到稳定运行状态，半径变小，BC正确，不符合题意；
D．因产生感应电流而发热会使机械能减小，运动速度变小做向心运动，后又因重力做正功，速度变大，D错误，符合题意。
故选D。
10．C
【详解】
A．无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应现象，不是“电流的磁效应”现象，选项A错误；
B．充电底座采用了电磁感应原理，故只有接到交流电源上才能对手机进行充电；选项B错误；
C．根据电磁感应原理可知，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，选项C正确；
D．被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连，当有交变磁场时，则出现感应电动势，那么普通手机不能够利用无线充电设备进行充电，选项D错误；
故选C。
11．C
【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。
12．C
【详解】
电磁炉是利用电磁感应原理工作的，电磁感应现象的发现者是英国物理学家法拉第。故C正确。
故选C。
13．B
【详解】
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，故A不符题意；
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（自己烧自己），故B符合题意；
C．丙图是无轨电车电车在行驶过程中由于车身颠簸电弓和电网之间容易闪现电火花，这是由于车弓脱离电网产生自感电动势使空气电离，故C不符题意；
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，故D不符题意；
故选B。
14．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。
15．B
【详解】
穿过圆盘的磁通量不变，但是穿过圆盘局部面积的磁通量发生变化，发生了电磁感应现象，所以在圆盘上产生了涡流，真空冶炼炉和探雷器均是利用涡流工作的，故选项B正确，选项ACD均错误。
故选B。
16． 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．
17． 快 大 大 小
【详解】
略
18． 电流 涡电流 涡流 热量 热量
【详解】
略
19． 电磁波； 涡流； X射线
【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．
20．见解析
【详解】
使用高频电磁感应电炉冶炼金属时，在炉外的线圈中通入高频交变电流，从而产生交变磁场，交变磁场进而使炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量最终使金属熔化。
21．见解析
【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。
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；
【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
【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；
24．（1），；（2）感生电场沿逆时针方向；（3）
【详解】
（1）由法拉第电磁感应定律可得
第1个同心圆环的电阻
感应电动势的有效值
则功率
（2）某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，根据楞次定律可知，感应电流方向沿逆时针方向，所以电子沿顺时针方向运动，电子受到的感生电场力沿顺时针方向，则感生电场沿逆时针方向。
（3）第n个圆环中感应电动势最大值
代入数据解得
第n个圆环的电阻为
第n个圆环的电流最大值为
第n个圆环的功率为
则7个导电圆环的总功率
答案第1页，共2页
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