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．如图所示，这是机场、车站等场所的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情形，其基本原理是当探测线圈靠近金属物体时，会在金属物体中感应出电流。下列科技实例的工作原理，与金属探测器的工作原理不同的是（　　）
A．真空冶炼炉 B．交流感应电动机
C．回旋加速器 D．电子感应加速器
2．“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等行业的产品封口环节中，其工作原理是当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在承封容器的封口处，达到迅速封口的目的。下列说法中正确的是（　　）
A．该封口机可用干电池等直流电源作为工作电源
B．封口材料不可用普通塑料薄膜来代替铝箔
C．封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的周期来解决
D．指针式电流也是由于在电流表内部线圈中产生了涡流而使指针发生偏转
3．生活处处有物理，留心观察皆学问，下列图中与电磁感应现象无关的是（　　）
A． 电视机显像管中电子的偏转
B．摇绳发电
C．金属探测器
D． 真空冶炼炉
4．电磁炉是常用的电器，如图所示，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铁质锅底产生涡流，进而对锅内食物加热
B．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流，利用热传导对锅内食物加热
C．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
D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉将不能起到加热作用
5．关于电磁感应现象，下列叙述正确的是（　　）
A．真空冶炼炉利用涡流来冶炼合金钢，优点是可以冶炼高质量的合金
B．手机无线充电原理是利用了电磁感应中的自感现象
C．交流感应电动机是利用电磁阻尼的原理工作的
D．磁电式仪表在运输过程中，用导线将正负两个接线柱相连，在震动颠簸中，线圈中产生感应电流，使指针偏角变大
6．管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示，圆管通过一个接有高频交流电源的线圈，线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流，电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。则下列说法正确的是（　　）
A．该焊机也能焊接塑料圆管的接缝
B．线圈的电阻越大，焊接效果越好
C．线圈的电源换成直流电源也能进行焊接
D．圆管的接缝处电阻较大，产生的电热较无接缝处大
7．新一代炊具——电磁炉，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。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，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．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的
D．提高磁场变化的频率，不会提高电磁炉的加热效果
8．目前金属探测器已经广泛应用于地铁站、火车站、高考考场等重要场所的安检。关于金属探测器，下列有关论述正确的是（　　）
A．金属探测器可用于月饼生产中，用来防止金属颗粒混入月饼馅中
B．金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物，是因为探测器的线圈中能产生涡流
C．使用金属探测器的时候，应该让探测器静止不动，探测效果会更好
D．能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品，是因为探测器的线圈中通有直流电
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．电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，奥斯特通过实验研究，总结出电磁感应现象中感应电流方向的规律
B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花
C．丙图中，在真空冶炼中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金
D．丁图中，楞次通过实验研究，发现了电流周围存在磁场
11．1831年，法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机，揭开了人类进入电气时代的序幕。现在，日常生活中我们使用着大量的用电器，下列用电器使用电能的过程中，用到电磁感应原理的是（　　）
A．洗衣机 B．电磁炉 C．电热水器 D．电风扇
12．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
13．冶炼金属的高频感应炉的示意图如图所示，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化。这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属。该炉的加热原理是（　　）
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用线圈中电流产生的磁场对被冶炼金属产生磁化而加热
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电，从而产生焦耳热
14．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。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
B．电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
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
15．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，上面为侧视图，上、下为电磁体的两个磁极；下面为磁极之间真空室的俯视图。若从上往下看电子在真空室中沿逆时针方向做圆周运动，改变电磁体线圈中电流的大小可使电子加速。则下列判断正确的是（　　）
A．真空室中产生的感生电场沿逆时针方向 B．通入电磁体线圈的电流在增强
C．电子在轨道中加速的驱动力是洛伦兹力 D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是电场力
二、填空题
16．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。( )
17．涡流有热效应，但没有磁效应。( )
18．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．
19．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。
三、解答题
20．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？
21．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。
22．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。
23．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。分析这一现象中的能量转化情形，它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
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．C
【详解】
A．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外绕有线圈，线圈中通有高频电流，产生的变化磁场使炉内的金属中产生涡流；从而使金属的温度升高来冶炼高质量的合金，A不符合题意；
B．交流感应电动机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用，属于电磁驱动原理工作的， B不符合题意；
C．回旋加速器的原理是利用带电粒子在交变电场中加速，在磁场中偏转的原理制成的，没利用电磁感，C符合题意；
D．感应加速器是利用感生电场对电子加速的设备，D不符合题意。
故选C。
2．B
【详解】
A．导体放入变化的磁场才能产生涡流现象，而干电池通电后，导线周围产生恒定的磁场，不能产生涡流，A错误；
B．普通塑料薄膜不是导体，不能产生涡流现象，B正确；
C．封口过程中温度过高，可适当增加所通电流的周期，使磁场变化减慢来解决，C错误；
D．指针式电流也是由于在电流表内部线圈中的电流在磁场中受力而使指针发生偏转，D错误。
故选B。
3．A
【详解】
电子束偏转是利用电子在电场、磁场中受力，与电磁感应无关，其余三场景与电磁感应有关，故A正确，BCD错误。
故选A。
4．A
【详解】
电磁灶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；A正确，BCD错误。
故选A。
5．A
【详解】
A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量使金属熔化，优点是整个能在真空中进行，能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金，故A正确；
B．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。而手机无线充电中，在充电板和手机上分别有两个线圈，当充电板的线圈接通电源后，就给充电板上的线圈加上交流电，会产生一个不断变化的磁场，当把手机放在充电板上时，手机内的线圈就能感受到磁场的变化从而产生感应电流，然后再把电流转化成直流电给手机进行充电，故B错误；
C．交流感应电动机是利用电磁驱动使得线圈转动，故C错误；
D．磁电式仪表在运输过程中，用导线将正负两个接线柱相连，是为了让内部产生感应电流从而阻碍指针的偏转，故D错误。
故选A。
6．D
【详解】
A．塑料圆管在焊接时，无法产生的交变磁场，塑料圆管中无电流，不能焊接，A错误；
B．圆管通过高频交流电源的一定，产生的感应电动势一定，线圈的电阻越大，则产生的电流变小，焊接时产生的热较小，焊接效果不好，B错误；
C．线圈的电源换成直流电源，线圈不能产生的交变磁场，圆管中不产生电流，不能进行焊接，C错误；
D．圆管通过高频交流电源的一定，产生的感应电动势一定，电流一定，圆管的接缝处电阻较大，产生的热较大，D正确。
故选D。
7．C
【详解】
由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，可提高电磁炉的加热效果。
故选C。
8．A
【详解】
ABD．金属探测器是通过其通有交流电的探测线圈，在隐藏金属中激起涡流，反射回探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用，A正确，B、D错误；
C．当探测器对于被测金属发生相对移动时，探测器中线圈的交流电产生的磁场相对变化较快，在金属中产生的涡流会更强，检测效果更好，C错误。
故选A。
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】
A．楞次总结出判断电磁感应现象中感应电流方向的规律，故A错误；
B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡立即熄灭，开关处电压等于电源的电动势加上自感电动势，开关处可能会产生电火花，故B错误；
C．丙图中，在真空冶炼中，可以利用高频电流产生的涡流冶炼出高质量的合金，故C正确；
D．奥斯特通过实验研究，发现了电流周围存在磁场，故D错误。
故选C。
11．B
【详解】
AD．洗衣机和电风扇中的电动机利用的是通电导体在磁场中会受到力的作用，故AD不符合题意；
B．电磁炉的原理是交变电流产生的交变磁场使金属容器中产生涡流，从而使容器产生热量，所以电磁炉利用了电磁感应原理，故B符合题意；
C．电热水器利用的是电流的热效应，故C不符合题意。
故选B。
12．C
【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。
13．C
【详解】
线圈中的电流做周期性的变化，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生强涡流，从而在导体中产生大量的热，而交流电的频率越大，产生的热量越多，C正确，ABD错误。
故选C。
14．B
【详解】
电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热，故B正确，ACD错误。
故选B。
15．B
【详解】
A．电子沿逆时针方向加速，则电子所受电场力沿逆时针方向，所以感生电场的方向沿顺时针方向，A错误；
B．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，若电流增大，根据楞次定律，可知涡旋电场的方向为顺时针方向，电子将沿逆时针方向做加速运动，B正确；
C．由于感生电场使电子加速，即电子在轨道中加速的驱动力是电场力，C错误；
D．电子在轨道中做圆周运动的向心力是洛伦兹力，D错误。
16． 正确 正确 正确 错误 正确 正确 错误
【详解】
略
17．错误
【详解】
涡流既有热效应，也有磁效应。故此说法错误。
18．电磁感应、涡流
【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．
19． 电流 涡电流 涡流 热量 热量
【详解】
略
20．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；
21．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。
22．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。
23．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。
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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