高二物理粤教版（2019）选择必修二2.5涡流现象及其应用 课时作业（含解析）

2.5涡流现象及其应用
一、单选题
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．下列说法正确的是（　　）
A．磁感应强度是矢量，其单位是Wb
B．磁通量是矢量，其正负代表方向
C．电感线圈的自感系数与电流的变化率成正比
D．金属探测器是利用涡流工作，而变压器铁芯用硅钢片替代是为了减小涡流
3．下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是工人穿上金属丝织成的衣服可以屏蔽外电场高压带电作业；D图是安检门可以探测人身是否携带金属物品，以上不属于涡流现象的是
A． B．
C． D．
4．电磁炉的热效率高，“火力”强劲，安全可靠。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象
B．电磁炉接直流电流时可以正常工作
C．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用
D．不能使用陶瓷锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
5．关于涡流，下列说法中错误的是（　　）
A．高频冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉上的锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．金属探测器靠近金属物体时，金属内会产生涡流
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
6．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，如图所示，铜盘就能在较短的时间内停止。关于该实验现象，下列说法正确的是（　　）
A．铜盘被磁化后，与磁铁相互作用导致明显减速
B．铜盘的磁通量不变，因此不会产生感应电流
C．对调蹄形磁铁磁极的位置，实验现象也相同
D．将铜盘全部放在足够大的匀强磁场中，实验现象更明显
7．电磁炉具有无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等优势。电流流过电磁炉线圈产生磁场，当磁场发生变化时，铁质锅底部会产生无数小涡流，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．电磁炉是利用互感原理工作的
B．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
C．锅体可以用不导电的陶瓷制成
D．提高磁场变化的频率，不会增强电磁炉的加热效果
8．下列有关金属探测器工作原理叙述正确的是
A．金属探测器是利用电流的热效应原理工作的
B．当金属探测器在探测到金属时，会再探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声
C．金属探测器自身不产生迅速变化的磁场时，仍可以探测到金属物质而正常工作
D．金属探测器在正常工作时，自身会产生迅速变化的磁场，从而使探测器附近的金属内部产生涡流，影响原来的磁场，引发报警
二、多选题
9．法拉第发现电磁感应现象，不仅推动了电磁理论的发展，而且推动了电磁技术的发展，引领人类进入了电气时代，下列哪一个器件工作时利用了电磁感应现象（　　）
A．回旋加速器 B．电磁炉 C．金属探测仪 D．指南针
10．如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就会产生感应电流，感应电流通过焊缝处产生很多热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（　　）
A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快
B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快
C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小
D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大
11．下列列举的四种器件中，工作时利用了电磁感应的是( )
A． B． C． D．
12．下列情景中说法正确的是（　　）
A．图甲是磁电式电流表的内部结构图，里面的线圈常常用铝框做骨架，因为铝框材质比较轻，同时在磁场中转动时能产生电磁阻尼，让线圈快速稳定下来
B．图乙是动圈式扬声器的结构示意图，当话筒使用时，声音使纸盆振动，带动线圈切割磁感线，从而产生感应电流
C．图丙是电子感应加速器中的俯视图，图中电子的运动方向为逆时针，为使电子沿轨道运动，轨道中的磁场方向应垂直纸面向内
D．图丁是两根空心铝管，左管完好，右管右侧开有裂缝，现让一块磁性很强的小磁铁依次从两管上方静止释放，小磁铁在左侧铝管中受到阻碍而缓慢下落，在右侧铝管中自由下落
三、解答题
13．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。
14．如图所示，足够大的匀强磁场垂直于纸面向里，蓝色区域为一处于纸面的金属片。金属片在匀强磁场中垂直于磁感线向右平移，金属片中是否会有涡流？如果将金属片绕轴旋转，金属片中是否会有涡流？试说明理由。
15．如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中会产生感应电流，感应电流通过焊缝处时产生大量热量，从而将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热却很少。据此判断以下三名同学的说法是否正确，为什么？
同学甲：电流变化的频率越高，焊缝处的温度升得越快。
同学乙：要使焊缝处产生的热量较大，可增大交变电流的电压。
同学丙：工件上只有焊缝处温度升得很高，是因为焊缝处的电阻小。
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．D
【详解】A．磁感应强度是矢量，其单位是T，A错误；
B．磁通量是标量，B错误；
C．线圈的自感系数只与本身的特性有关，与外界因素无关，C错误；
D．金属探测器是利用涡流工作，而变压器铁芯用硅钢片替代是为了减小涡流，D正确。
故选D。
3．C
【详解】A．线圈接高频交流电源，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶炼炉中产生高频电场，合金块中形成涡流，故A项不符合题意；
B．充电器工作时有交变电流通过，交变电流产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，铁芯中形成涡流，故B项不符合题意；
C．金属丝织成的衣服形成一个导体壳，壳外有电场时，壳内场强保持为0，高压外电场不会对内部产生影响，是静电屏蔽现象，故C项符合题意；
D．安检门中交变电流产生交变磁场，会在金属物品中产生感应电流(涡流)，金属物品中感应电流产生的磁场又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，故D项不符合题意．
4．A
【详解】AB．电磁炉通交变电流后，通电线圈上产生变化的磁场，金属锅处于变化的磁场中就产生涡流，进而发热，所以电磁炉的工作原理是利用了电磁感应现象，不能接入直流电，A正确，B错误；
C．电磁炉工作依靠变化的磁场传递能量，在锅和电磁炉中间放一纸板，电磁炉依然能起到加热的作用，C错误；
D．陶瓷锅的材料属于绝缘材料，不具备产生涡流的条件，所以不能用，D错误。
故选A。
5．B
【详解】A．高频冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置，故A正确，不符合题意；
B．电磁炉是由变化的磁场产生变化的电场，利用涡流的热效应来加热物体的，故B错误，符合题意；
C．金属探测器靠近金属物体时，金属内会产生涡流，从而使报警器发出警报，故C正确，不符合题意；
D．变压器的铁芯用硅钢片代替整块铁芯，是为了减小涡流损失，故D正确，不符合题意。
故选B。
6．C
【详解】A．铜不是铁磁质，不会被磁化，故A错误；
B．虽然穿过整个铜盘的磁通量不变，但由于铜盘是导体，在铜盘内部可以看作形成了无数个闭合回路，当铜盘转动时，位于铜盘不同位置的闭合回路的磁通量会发生变化，从而产生感应电流，故B错误；
C．对调蹄形磁铁磁极的位置，只是磁场方向变为反向，铜盘中同样会产生感应电流阻碍其运动，实验现象将相同，故C正确；
D．将铜盘全部放在足够大的匀强磁场中，铜盘各个位置的磁场强度强度，当铜盘转动时，位于铜盘不同位置的闭合回路的磁通量不会发生变化，无法产生感应电流阻碍其运动，实验效果更不明显，故D错误。
故选C。
7．A
【详解】A．电磁炉中变化的磁场使锅体中因电磁感应产生涡电流，利用涡电流的热效应工作，属于互感，故A正确；
B．电饭锅连接交流电，其锅体中的涡电流是由变化的磁场产生的，故B错误；
C．陶瓷属于绝缘体，不能发生电磁感应产生涡电流，故不能使用陶瓷制作锅体，故C错误；
D．提高磁场变化的频率，可增强感应电流，起到提高电磁炉的加热效果，故D错误。
故选A。
8．D
【详解】A项：金属探测器是利用电磁感应原理工作的，故A错误；
B项：金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误；
C、D项：探测器中通以交变电流线圈靠近金属物时，线圈在空间产生交变的磁场，金属物品横截面的磁通量发生变化，会产生感应电流，故C错误，D正确．
点晴：当探测器中通以交变电流线圈靠近金属物时，线圈在空间产生交变的磁场，金属物品横截面的磁通量发生变化，会产生感应电流，故探测器采用了电磁感应原理中 的涡流的原理．
9．BC
【详解】A．回旋加速器利用磁场偏转，利用电场进行加速，与电磁感应无关，A错误；
B．电磁炉是通过电磁感应现象产生感应电流对锅进行加热的，利用了电磁感应现象，B正确；
C．金属探测器利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场；这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流；涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声，利用了电磁感应的原理，C正确；
D．指南针是受到地磁场作用力而偏转指示南北方向的，与电磁感应无关，D错误；
故选BC。
10．AD
【详解】线圈中通高频变化的电流时，线圈中产生快速变化的磁场，带焊接的金属工件中产生感应电流，感应电流产生热量，由于焊缝处的电阻大，根据焦耳定律，焊缝处产生的热量最高，所以只有焊缝处的温度升的很高，起到焊接的作用。AD正确，BC错误。
故选AD。
11．BD
【详解】A．回旋加速器基本原理是利用电场给带电粒子加速，利用磁场实现偏转回旋，故A错误；
B．电磁炉变化的电场产生变化的磁场，是利用电磁感应原理，故B正确；
C．磁流体发电机利用的是带电粒子在磁场中发生偏转，打到两极板从而产生电压，与电磁感应无关，故C错误；
D．日光灯镇流器是利用自感现象，而自感现象是特殊的电磁感应现象，故D正确。
故选BD。
12．AB
【详解】A．磁电式电流表里面的线圈常常用铝框做骨架，因为铝框在磁场中转动时能产生阻尼，让线圈快速稳定下来，A正确；
B．电流通过线圈，在安培力作用下线圈发生振动，从而带动纸盆振动发出声音；动圈式扬声器也可以当话筒使用，声音使纸盆振动，带动线圈切割磁感线，从而产生感应电流，B正确；
C．电子逆时针运动，洛伦兹力提供向心力，根据左手定则可知，磁场方向为垂直纸面向外，C错误；
D．乙管有裂缝，涡流仍旧存在，只不过没有完好时那么大，所以不可能做自由落体运动的，D错误。
故选AB。
13．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。
14．见解析
【详解】当穿过金属块的磁通量发生变化时，金属块内部会产生感应电流，在金属块内部形成闭合回路，形如旋涡，我们称这种电流为涡流；当金属片在匀强磁场中垂直于磁感线向右平移时，穿过金属片的磁通量没有发生变化，故金属片中没有涡流；若将金属片绕ab轴旋转时，穿过金属片的磁通量发生变化，金属片中有涡流。
15．同学甲和乙说法正确，丙错误，见解析
【详解】高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快，甲同学说法正确；
当增大交变电流的电压，则线圈中交流电流增大，那么磁通量变化率增大，因此产生感应电动势增大，感应电流也增大，那么焊接时产生的热量也增大，乙同学的说法正确；
焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高，丙同学说法错误