四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-2：1.7涡流 跟踪训练（含解析）

1.7涡流
课时作业（含解析)
1．电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。是一种高效节能厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。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．电磁炉通电线圈加直流电，电流越大，电磁炉加热效果越好
B．电磁炉原理是通电线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作
C．在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，电磁炉不能起到加热作用
D．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因是这些材料的导热性能较差
2．有关涡流、电磁阻尼与电磁驱动的说法中正确的是（　　）
A．家用电磁炉是利用涡流的磁效应来工作的
B．金属探测器是利用涡流的磁效应来工作的
C．磁电式仪表是利用电磁驱动来工作的
D．电能表是利用电磁阻尼来工作的
3．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）
A．图甲是通电导线周围存在磁场的实验。这一现象是物理学家法拉第通过实验首先发现
B．图乙是真空冶炼炉，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．图丙是李辉用多用电表的欧姆挡测量变压器线圈的电阻刘伟手握线圈裸露的两端协助测量，李辉把表笔与线圈断开瞬间，刘伟觉得有电击说明欧姆挡内电池电动势很高
D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理
4．下列四幅演示实验图中，实验现象能正确表述实验结论的是（
）
A．图甲用磁铁靠近轻质闭合铝环A，A会靠近磁铁
B．图乙中把一强磁体从一足够长的铜管中下落（强磁体与铜管不接触），强磁体先做加速运动，速度达到一定值时，做匀速直线运动
C．图丙闭合开关S时，电流表有示数，断开开关S时，电流表没有示数
D．图丁铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快
5．物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用。下面列举的四种器件中，利用电磁感应原理工作的是（　
　）
A．可变电容器
B．电磁炉
C．质谱仪
D．示波管
6．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．锅体可以用不导电的陶瓷制成
B．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的
C．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好
D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果
7．如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上往下看磁铁作逆时针转动时，则（
）
A．线圈将作逆时针转动，转速与磁铁相同
B．线圈将作逆时针转动，转速比磁铁小
C．线圈中产生恒定电流
D．线圈中感应电流方向始终是
abcda
8．随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的生活。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车的充电，都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。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。关于电线充电，下列说法正确的是（　　）
A．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
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．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”
D．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
9．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被测金属中产生的涡流来进行探测的
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减小涡流
10．图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁（与飞轮不接触），人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求（当拉紧旋钮拉线时可以减小磁铁与飞轮间的距离），下列说法正确的是（　　）
A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力
B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力越大
C．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越小
D．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越小
11．下列设备利用了自感现象和涡流的是（
）
A．电暖器
B．地雷探测器
C．电熨斗
D．电磁炉
12．当你走进家电市场，可以看到各种各样的家用电磁炉（如图）。电磁炉作为厨具市场的一种灶具，它打破了传统的明火烹调方式，通常是利用磁场使置于炉面上的锅子出现涡流，再通过电流的热效应，使锅子产生高温以烹煮食物。下列有关此种电磁炉与所用锅子的说法中正确的是（　　）
A．锅和电磁炉内部发热线圈盘相当一个高频变压器，内部线圈是变压器初级线圈，锅是次级线圈
B．电磁炉使用的是随时间变化的磁场
C．电磁炉所用的锅子必须是热的绝缘体
D．电磁炉所用的锅子必须是电的绝缘体
13．如图所示，在点O正下方有一个理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则A点___________B点（填高于、低于、同一水平线）
14．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（___）？
参考答案
1．B
【解析】
A.
电磁炉通电线圈加直流电，会产生恒定磁场，穿过锅底的磁通量不会发生变化，不能产生涡流，所以没有加热效果，故选项A错误；
B.电磁炉的原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，所以电磁炉通过线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故选项B正确；
C.
在锅和电磁炉中间放一绝缘物质，不会影响涡流的产生，因此不会影响电磁炉的加热作用，故选项C错误；
D.金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，不会产生涡流，而不是因为导热性能较差，故选项D错误。
故选B。
2．B
【解析】
A．家用电磁炉是利用涡流的热效应来工作的，选项A错误；
B．金属探测器是利用涡流的磁效应来工作的，选项B正确；
C．磁电式仪表是利用通电导线在磁场中受力原理来工作的，选项C错误；
D．电能表是利用电磁驱动来工作的，选项D错误。
故选B。
3．D
【解析】
A．图甲是通电导线周围存在磁场的实验，研究的电流的磁效应，这一现象是物理学家奥斯特首先发现，选项A错误；
B．图乙中真空冶炼炉的工作原理是电磁感应现象中的涡流，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属产生大量热量，从而冶炼金属，选项B错误；
C．图丙中李辉把表笔与线圈断开瞬间，刘伟觉得有电击感，这是电磁感应现象中的自感现象，选项C错误；
D．图丁在运输时要把两个接线柱连在一起，产生了闭合回路，目的保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，选项D正确。
故选D。
4．B
【解析】
A．根据楞次定律“来拒去留”可知，图甲用磁铁靠近轻质闭合铝环A，A会远离磁铁，选项A错误；
B．图乙中把一强磁体从一足够长的铜管中下落，铜管中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍强磁体的下落，开始时强磁体所受安培力小于重力，则强磁体先做加速运动，随速度的增加，当安培力等于重力时，加速度为零，速度最大，此后强磁体做匀速直线运动，选项B正确；
C．图丙闭合开关S时，穿过线圈N的磁通量增加，会产生感应电流，则电流表有示数；断开开关S时，穿过线圈N的磁通量减小，也会产生感应电流，则电流表也有示数，选项C错误；
D．图丁铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘中会产生感应电流阻碍铜盘的转动，则转动会减慢，选项D错误。
故选B。
5．B
【解析】
A．可变电容器是改变极板间的正对面积进而改变电容的，故A错误；
B．
电磁炉是利用锅底在磁场中产生涡流而产生的；故应用了电磁感应现象，故B正确；
C．
质谱仪是利用了带电粒子在磁场中偏转而工作的；故C错误；
D．
示波器是带电粒子在电场中偏转。故D错误。
故选B。
6．D
【解析】
A．如果锅体是不导电的陶瓷制成，则在锅体不能产生涡流即不能加热，故A错误；
BC．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，故BC错误；
D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果，故D正确。
故选D。
7．B
【解析】
AB．磁铁开始逆时针转动时，线圈内磁通量增加，为了阻碍线圈中磁通量的增加，根据楞次定律可知线圈随磁铁逆时针转动，但转速比磁铁小，A错误，B正确；
CD．在磁铁的转动过程中，穿过线圈正面磁通量会增大或减小，也会出现穿过线圈反面磁通量增加或减小的情况，所以线圈中的感应电流方向始终在变化，CD错误。
故选B。
8．D
【解析】
A．由题意可知无线充电利用的是互感现象，发生互感时，二个线圈中的交流电的频率应该相同，只有无线充电底座，但是手机内部的线圈与底座上的线圈的频率不同就不能进行充电，选项A错误，D正确；
C．无线充电的原理，其实就是电磁感应现象，而不是电流的磁效应，选项C错误；
B．发生电磁感应的条件是电流要发生变化，故不能接到直流电源上，选项B错误。
故选D。
9．ABD
【解析】
A．真空冶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正确；
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，使用硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流的损失，故D正确。
故选ABD。
10．AB
【解析】
A．飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，选项A正确；
B．人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，磁铁与飞轮间的距离减小，磁场越强，飞轮受到的安培阻力越大，选项B正确；
CD．控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，飞轮内部的涡流越强，受到的安培阻力越大，选项CD错误。
故选AB。
11．BD
【解析】
AC．电暖器、电熨斗利用的是电流的热效应，不符合题意，故AC错误；
BD．地雷探测器、电磁炉利用了自感现象和涡流，符合题意，故BD正确；
故选BD。
12．AB
【解析】
A．锅和电磁炉内部发热线圈盘组成一个高频变压器，内部线圈是变压器初级线圈，锅是次级线圈，当内部初级发热线圈盘有交变电压输出后，必然在次级锅体上产生感应电流，感应电流通过锅体自身的电阻发热，故A正确；
B．法拉第的电磁感应原理说明当通过一导体的磁场随时间变化时，导体上产生感应电流，故B正确；
C．当锅子通过电流时，锅子必须产生高温才能对水加热，故锅子不能为热的绝缘体，故C错误；
D．电磁炉上面所用的锅子必须是电的良导体，当电磁炉的线圈产生随时间而变化的磁场时，锅子才能产生感应电流，故D错误；
故选AB。
13．高于
【解析】
[1]．铜环在穿越磁场时，产生电能，机械能减小，无法再摆到原来的高度，所以A点高于B点。
14．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。
【解析】
（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]．电磁炉就是采用涡流感应加热原理；其内部通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生涡流，使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。
（3）[6][7]．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，利用电流的热效应起到加热作用。