2.5涡流现象及其应用 同步练习（Word版含解析）.docx

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，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（）A.减少线圈的匝数 B.提高交流电源的频率 C.将金属杯换为 瓷杯 D.取走线圈中的铁芯2 .安检门原理图如图所示，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。若 工作过程中某段时间内通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下 列说法正确的是（电流方向判断均从左向右观察）（ ）A.有金属片通过时，金属片中会感应出涡流B.有金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向可能改变C.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流的方向为顺时针D.无金属片通过时，接收线圈中的感应电流可能逐渐减小3 .无线充电技术发展至今，在消费电子领域的发展已经取得不错的成绩，如手机无线 充电、电动牙刷无线充电等。以下与无线充电技术应用了相同物理原理的是（）A.电磁炉B.磁流体发电机 C.电磁轨道炮D.质谱仪4 .涡流、电磁驱动和电磁阻尼都是电磁感应现象，三者常常有紧密联系。下列说法正 确的是（）C.电磁炮是利用电磁力（安培力）推动炮弹发射的新颖武器，不符合题意；D.质谱仪是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按质量差异进行分离和检测物质 组成的一类仪器，不符合题意。故选Ao 4. A 【解析】 【详解】AB.图甲中，磁铁振动时铝板中磁通量会发生变化，会产生感应电流即涡流，根据楞次定 律，涡流对磁铁运动有阻碍作用，即靠近时排斥，远离时吸引，这是电磁阻尼的具体实 例，故A正确，B错误；CD.图乙中，蹄形磁铁逆时针转动时，穿过闭合线圈的磁通量会变化，会产生感应电流， 感应电流阻碍它们之间的相对运动，所以同轴的闭合线圈也逆时针转动，这是电磁驱动； 闭合线圈的转速一定小于蹄形磁铁的转速，不然就不会有感应电流，也就不会有动力，故 CD错误； 故选Ao 5. C【解析】【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。6. B【解析】【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 答案第2页，共9页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Bo7. B【解析】【详解】A.真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化，故A正确；B.使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以，故B 错误；C.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流， 故c正确；D.用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的，故D正 确。本题选错误项，故选B。8. D【解析】【分析】【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。9. A【解析】【分析】【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答案第3页，共9页机械能；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。10. A【解析】【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Ao11. A【解析】【分析】【详解】A.涡流跟平时说的感应电流一样，都是由于穿过导体的磁通量的变化而产生，选项A正 确；B.法拉第心系“磁生电。通过近十年的艰苦探索终于发现了“磁生电”的条件。故B错 误。C.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势，导体中的自由电荷随导体在磁场中 运动，受到洛伦兹力，而向导体一端移动，动生电动势是洛伦兹力对导体中自由电荷做功 而引起的，选项c错误；D.线圈的磁通量与线圈的匝数无关，线圈中产生的感应电动势也与线圈的匝数有关，选 项D错误。故选Ao12. A【解析】【分析】答案第4页，共9页【详解】AB.增大电阻，在相同电流下，焊缝处热功率大，温度升的很高，故B正确，不符合题 意，A错误，符合题意。C.当增大交变电流的电压，线圈中交流电流增大，则磁通量变化率增大，因此产生感应 电动势增大，感应电流也增大，所以焊接时产生的热量也增大，故c正确，不符合题意； D.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，故D正确，不符合题 后、o 故选Ao13. B【解析】【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Bo 14. B【解析】【详解】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；答案第5页，共9页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。15 . C【解析】【分析】【详解】A.电饭煲利用电流热效应，不是利用电磁感应原理，故A错误；B.微波炉利用变化的电磁场，产生电磁波，故B错误；C.电磁炉是利用涡轮效应，将电能最终转化为内能，故C正确；D.白炽灯泡的工作原理是电流的热效应，故D错误。故选C。16 . 快 大 大 小【解析】【分析】【详解】略17 .错误【解析】【分析】【详解】涡流既有热效应，也有磁效应。故此说法错误。18 . 电流涡电流涡流热量热量【解析】【详解】略19 .金属物【解析】【详解】1探头中有磁铁，当探头靠近金属物时，金属物中产生涡流。答案第6页，共9页20 .见解析【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【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 .见解析【解析】【详解】变压器的铁芯，在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损 耗能量，把整块的硅钢铁芯替换成由许多互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯，其目的是增大电阻，从而为了减小涡流，减小发热量23. (l)E = jrr2k ; (2)当 x<r 时：E =kr/一人(3)0；A,提高变压器的效率。二 k 兀£ 当 x>r 时：E = 2x2顺时针移动时叱=5或"'逆时针移动时: 6答案第7页，共9页qk7ir,不存在电势的概念/6【解析】【分析】根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势.带正电荷的金属球周围的场强分布与点电荷的电场分布类似，也可以使用积分法求它的 场强.动生电动势是由于洛仑兹力作用而产生，感生电动势是由于涡旋电场的电场力产生.【详解】 £ = = S- 7ir kAt N求X处的涡旋电场场强，可认为放一个半径为X的导体环（圆心和磁场区域圆心相同）当 X V r时：£ =S = k- 7TX2Ar Arl 8k兀 xkxEx =2 "x2ttx 2当 xNr时：8 S = k-71rlAz ArE _ £ _ k兀户 _ kr22ttx 2tix 2x画出E-x图像如图：（3）Er=y, +夕受力沿着电场线（顺时针）2顺时针移动时:Wi=Eq*/ =2逆时针移动时：叫=耳©,2万= -/二66因为：沿不同路径从M移动到N点，WW2,即涡旋电场力做功与路径有关，所以不存在E电势能耳的概念， =,所以不存在电势的概念. q【点睛】答案第8页，共9页 本题考查感生电动势与动生电动势，关键是找出非静电力的来源，会从法拉第电磁感应定 律公式推导切割公式.24.见解析【解析】【详解】(1)线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流/越大，所以电流的热功率二尸尺也越大，焊接越快。(2) B中各处电流大小相等，但在接口 a处因是点接触，此种接触电阻很大，电流的热功 率尸也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而 其他部分并不是很热。【点睛】涡流现象产生的热效应取决于产生电流的强弱及电阻的大小，而电流的强弱又取决于感应 电动势的大小，感应电动势的大小又受线圈交变电流变化快慢的影响，即受交变电流频率 的影响。答案第9页，共9页/A.图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁会很快静止下来，这属于 电磁阻尼现象B.图甲中，如果在上下振动的磁铁下固定一个铝板，磁铁振动时，铝板中会产生涡 流，涡流对磁铁总有排斥作用C.图乙中，竖直放置的蹄形磁铁转动后，同轴的闭合线圈会同向转动，这属于电磁阻 尼现象D.图乙中，蹄形磁铁匀速转动时间足够长，闭合线圈的转速可以大于蹄形磁铁的转 速5.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6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7 .关于课本中下列图片的解释错误的是（）真空冶炼炉电磁炉加热食物用硅钢片做变压器的铁芯探雷A.真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属融化8 .使用电磁炉加热食物时使用陶瓷锅也可以C.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流D.用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷的探雷器是利用涡流工作的8.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9.1831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)乙指南针丙电工服丁灵敏电流表甲电磁炉10.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11.关于物理学史以及原理，以下说法正确的是（）A.涡流跟平时说的感应电流一样，都是由于穿过导体的磁通量的变化而产生B.奥斯特心系“磁生电”，总结出了电磁感应定律C.洛伦兹力始终不做功，所以动生电动势的产生与洛伦兹力无关D.线圈的磁通量与线圈的匝数无关，线圈中产生的感应电动势也与线圈的匝数无关12 .高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生 大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大，下列措施不可采用是A.减小焊接缝的接触电阻B.增大焊接缝的接触电阻C.增大交变电流的电压D.增大交变电流的频率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（ ）通电线圈产生的磁场通电线圈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15 .物理学的基本原理在生产、生活中有着广泛的应用，下列列举的四种电器中，利用了涡流原理工作的是（）A.电饭煲B.微波炉C.电磁灶D,白炽灯泡二、填空题16 .涡流大小的决定因素：磁场变化越 （"越）,导体的横截面积S越M，导体材料的电阻率越，形成的涡流就越大。17 .涡流有热效应，但没有磁效应。（）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 O（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 .如图所示是用涡流金属探测器探究地下金属物的示意图，当探测到地下的金属物时， （选填“金属物”或“探头”）中产生涡流。探头 /金属物三、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。铝环立柱一+碱工缺口铝环圆环手柄底座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 .涡流产生的热会使变压器的铁芯温度升高，降低工作效率。为此，变压器中常用 电阻率较大的硅钢作为铁芯材料，如图所示，并把整块金属的铁芯替换成由许多互相 绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯。请结合相关知识说明上述改进措施的原理。23 .麦克斯韦电磁理论认为：变化的磁场会在空间激发一种电场，这种电场与静电场 不同，称为感生电场或涡旋电场.在如图甲所示的半径为r的圆形导体环内，存在以圆环为边界竖直向上的匀强磁场， 磁感应强度大小随时间的变化关系为8=内（k>0且为常量）.该变化的磁场会在空间 产生圆形 的涡旋电场，如图乙所示，涡旋电场的电场线与导体环具有相同圆心的同心 圆，同一电场线上各点场强大小相同，方向沿切线.导体环中的自由电荷就会在感生 电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势，涡旋电 场力充当非静电力，其大小与涡旋电场的场强E关系满足F=Eq.根据法拉第电磁感应定律，推导导体环中产生的感 应电动势心(2)在乙图中以圆心0为坐标原点，向右建立一维x坐标轴，推导在x轴上各处电场强 度的大小E与x之间的函数表达式，在图中定性画出E-x图像；(3)图丙为乙的俯视图，去掉导体环，在磁场圆形边 界上有M、N两点之间所夹的小 圆弧恰为整个圆周的1/6；将一个带电量为+q的带电小球沿着圆弧分别顺时针、逆时 针从M移动到N,求涡旋电场力分别所做的功.在此基础上，对比涡旋 电场和静电场，说明涡旋电场中为什么不存在电势的概念.24.如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频 交流电的线圈，B是自行车零件，。是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A 中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来.(1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系.(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口。处被熔化而零件其他部分并不是很热.OO参考答案：1. B【解析】【详解】AB.由题意可知，本题中是涡流现象的应用；即采用线圈产生的磁场使金属杯产生感应电 流；从而进行加热的，则由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频 率均可以提高发热功率，则可以缩短加热时间，故A错误，B正确；C.将杯子换作瓷杯不会产生涡流，则无法加热水，故C错误；D.取走铁芯磁场减弱，则加热时间变长，故D错误。故选Bo2. A【解析】【详解】A.通电线圈中的电流均匀增大，则产生的磁场均匀增大，有金属片通过时，穿过金属片 中的磁通量均匀增大，金属片中会感应出涡流，故A正确；B.金属片中涡流的磁场与通电线圈中产生的磁场方向相反，虽然会对接收线圈中磁通量 的增大有一定的阻碍作用，但不能阻止接收线圈中磁通量增大，所以接收线圈中的感应电 流的方向不会改变，故B错误；CD.无金属片通过时，接收线圈中的磁通量由左向右均匀增大，根据楞次定律可知感应电 流的方向为逆时针，根据法拉第电磁感应定律可知接收线圈中的感应电动势不变，感应电 流不变，故CD错误。故选Ao3. A【解析】【分析】【详解】无线充电系统主要采用的是电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。A.电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的，符合题意；B.磁流体发电机利用带电粒子在磁场中的作用下发生偏转，电荷打到上下两极板上，不 符合题意；答案第1页，共9页