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．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
3．1831年，法拉第发现了电磁感应现象，揭开了人类进入电气时代的序幕。如今在日常生活中我们使用着大量的电器，下列电器使用的过程中，主要工作原理是电磁感应的是（　　）
A．电磁炉 B．洗衣机 C．电风扇 D．电热水器
4．如图所示分别是真空冶炼炉、微安表、动圈式扬声器和磁电式电流表。关于这四种器件的说法正确的是（　　）
A．真空冶炼炉工作时线圈中应通低频交变电流
B．微安表在运输时要用导体短路电流计的两个极，目的是保护微安表
C．动圈式扬声器是利用电磁感应原理进行工作的
D．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
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．下面四幅图展示了一些物理学的应用，下列说法正确的是（　　）
A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作
B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到重力作用
C．丙图，其内部用包含金属丝的织物制成，因为金属丝很坚韧，有利于保护人体
D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁驱动现象
7．1824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
8．下列说法中正确的有（　　）
A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
B．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象
C．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流和感应电动势
D．用微波炉和电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用塑料或瓷器做成的容器
9．高频加热是一种利用电磁感应来加热材料的方式，其基本原理如图所示，给线圈两端ab通电，然后将材料棒放进线圈中，就能在材料内部产生涡流，达到加热的效果下列说法正确的是（　　）
A．材料棒一般是金属等导体
B．材料棒是绝缘体也能有很好的加热效果
C．线圈两端接恒定电流
D．材料棒的发热主要是因为线圈通电发热热传导引起
10．雅礼中学99级校友阳萌发现不同系统的智能手机都有其各自的充电器，且不能通用。阳萌和他的团队花了一年多时间研发出一种带有万能芯片可以自动识别不同系统智能手机的充电器Anker，其中有一款产品支持无线充电技术，该技术使用的是以下哪一种物理原理（　　）
A．电流热效应 B．电磁感应
C．静电感应 D．霍尔效应
11．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
12．安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈中通有变化的电流，如果金属物品通过安检门，金属中会被感应出涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。关于安检门的以下说法错误的是（　　）
A．安检门不能检查出毒贩携带的毒品
B．安检门能检查出旅客携带的金属水果刀
C．安检门工作时，既利用了电磁感应的原理，又利用了电流的磁效应
D．如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门能正常工作
13．2021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
14．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。下列相关的说法中正确的是（　　）
A．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都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，以加快热传递、减少热损耗
15．如图所示，其中不属于利用涡流工作的是（　　）
A．图1真空冶炼炉，可以冶炼高质量的合金
B．图2电磁炉加热食物
C．图3超高压输电线上作业的工人穿戴包含金属丝的织物制成的工作服
D．图4安检门可以探测人身携带的金属物品
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．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( )？
18．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。( )
19．用来冶炼合金钢的真空___________，炉外有___________，线圈中通入___________电流，炉内的金属中产生___________，涡流产生的___________使金属熔化并达到很高的温度。
三、解答题
20．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。
21．在科技馆中常看到这样的表演：一根长1m左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由下落1m左右的时间不会超过0.5s，但把小圆柱从上端放入管中后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这又是为什么？
22．如图所示，在光滑水平桌面上放一条形磁铁，分别将大小相同的铁球、铝球和木球放在磁铁的一端且给它一个初速度，让其向磁铁滚去，观察小球的运动情况．
23．共享单车已经走进人们的日常生活，由于受季节变化、天气状况等因素的影响，有些零件容易损坏。如图是利用高频交变电流焊接自行车零件的原理示意图，其中A是通高频交流电的线圈，B是自行车的零件。a是待焊接的接口，接口两端接触，当A中通有交流电时，B中会产生感应电动势，使得接口处金属熔化而焊接起来。试回答：
（1）为什么在其他条件不变的情况下，交流电频率越高，焊接越快？
（2）为什么焊接过程中，接口a处已熔化而零件的其他部分并不是很热？
24．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？
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．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。
3．A
【详解】
电磁炉是利用电磁感应将电能转化为热能；洗衣机和电风扇都是利用电动机将电能转化为机械能；电热水器是利用电阻丝将电能转化为热能，故主要工作原理是电磁感应的是电磁炉，故选A。
4．B
【详解】
A．真空冶炼炉的工作原理是利用涡流使炉内产生大量的热量而使金属熔化，根据法拉第电磁感应定律可知频率越高、相同条件下产生的感应电动势越大，感应电流就会越大，所以真空冶炼炉线圈中应通高压高频交流电，故A错误；
B．微安表在线圈转动的范围内，各处的磁场为幅状磁场，在运输时要用导体短路电流计的两个极，把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，防止指针打坏、防止游丝震乱，减少轴承磨损，目的是保护微安表，B正确；
C．动圈式扬声器动圈式扬声器是利用电流在磁场中受到安培力作用的原理制成的，动圈式扬声器不是利用电磁感应原理进行工作的。C错误；
D．磁电式电流表在线圈转动的范围内，各处的磁场为幅状磁场，不是匀强磁场，故D错误。
故选B。
5．C
【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．A
【详解】
A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作，A正确；
B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到地磁场的作用力，B错误；
C．丙图，电工服不应含金属丝，内部用包含金属丝的织物制成的服装应作为防辐射服，有静电屏蔽作用，C错误；
D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁阻尼现象，D错误。
故选A。
7．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。
8．B
【详解】
A．只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生，A错误；
B．安培提出了分子电流假说，奥斯特揭示了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，B正确；
C．线框不闭合时，若穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中没有感应电流，有感应电动势，C错误；
D．用电磁炉加热时，要特别注意安全，应选用金属做成的容器，D错误。
故选B。
9．A
【详解】
AB．金属等导体才能够通过电流做功加热，故A正确，B错误；
C．线圈两端如果接恒定电流，材料棒中的磁通量不发生变化，就不会产生感应电流，则线圈两端接的不是恒定电流。故C错误；
D．材料棒的发热主要是因为材料棒的感应电流做功。故D错误。
故选A。
10．B
【详解】
无线充电是指利用电磁感应原理进行充电的设备，在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接交流电源产生变化磁场，接收端线圈因为磁通量变化从而产生电流给电池充电。
故选B。
11．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。
12．D
【详解】
AB．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交变的磁场，会在金属物品产生交变的感应电流，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．则安检门不能检查出毒贩携带的毒品，能检查出金属物品携带者，故AB正确；
C．安检门工作时，主要利用了电磁感应原理，也采用电流的磁效应，故C正确；
D．根据工作原理可知，如果“门框”的线圈中通上恒定电流，安检门不能正常工作，故D错误。
本题选错误的，故选D。
13．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。
14．B
【详解】
A．直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，A错误；
B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，B正确；
C．锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，C错误；
D．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，D错误。
故选B。
15．C
【详解】
A．真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金时，是使金属材料发生涡流而快速发热的，故A错误；
B．电磁炉工作时绕制线圈的铁芯中会发热，属于涡流现象，故B错误；
C．工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业是利用静电屏蔽原理，不属于利用涡流工作,故C正确；
D．安检门可以探测人身是否携带金属物品是通过物体上产生涡流而使报警器发出警告的，故D错误。
故选C。
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． 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][2][3]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）[4][5]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）[6][7]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。
18． 正确 正确 正确 错误 正确 正确 错误
【详解】
略
19． 冶炼炉； 线圈； 周期性变化的； 涡流； 热量
【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，将电能转化为热量，使金属熔化并达到很高的温度来冶炼合金。
20．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；
21．见解析
【详解】
甲管是无缝铝管，小圆柱下落时，产生电磁感应，出现涡流，则阻力很大，阻碍磁体与导体间的相对运动；而有裂缝的乙铝管，则不会产生感应电流，不会有涡流，也不会受到阻力作用，则小球在其中做自由落体运动，所以小圆柱穿越甲管的时间比穿越乙管的时间长。
22．（1）铁球将做加速运动 （2）铝球将做减速运动 （3）木球将匀速移动
【详解】
试题分析：磁化是指磁性物质带有了磁性，铁属于磁性物质所以被磁化了，铝不是，但是是金属所以会有涡流产生，而木球既不会被磁化也不会产生电磁感应现象．
(1)铁球将加速运动，其原因是铁球被磁化后与磁铁之间产生相互吸引的磁场力．
(2)铝球将减速运动，其原因是铝球内产生了感应电流，感应电流的磁场阻碍相对运动．
(3)木球将匀速运动，其原因是木球既不能被磁化，也不能产生感应电流，所以磁铁对木球不产生力的作用
考点：考查磁化现象和涡流的产生
点评：根据物质的不同属性会发生不一样的现象．
23．（1）见解析；（2）见解析
【详解】
（1）高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在待焊接的金属工件中产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，电流变化的频率越高，磁通量变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流越大，接口处产生的热量越多，温度升高得越快，焊接越快。
（2）接口处横截面积小，电阻大，电流相同时，接口处热功率大，相同时间内温度升高得多，其他部分并不是很热。
24．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。
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