2021学年第五节 涡流现象及其应用课时作业

2.5涡流现象及其应用基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．电磁感应知识及其应用的下列说法错误的是 （        ）

A．楞次定律告诉我们，感应电流的效（结）果总是要反抗引起感应电流的原因

B．磁电式电流表、电压表中线圈要绕在铝框上一个重要原因是利用电磁阻尼

C．在电磁炉上加热食品须使用金属器皿，是因金属在交变磁场中产生涡流发热

D．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势一定越大

2．如图所示是冶炼金属的感应炉的示意图。感应炉中装有待冶炼的金属，当线圈中通有电流时，通过产生涡流来熔化金属。以下关于感应炉的说法中正确的是（  ）

A．感应炉的线圈中必须通有变化的电流，才会产生涡流

B．感应炉的线圈中通有恒定的电流，也可以产生涡流

C．感应炉是利用线圈中电流产生的焦耳热使金属熔化的

D．感应炉是利用线圈中电流产生的磁场使金属熔化的

3．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

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（　　）

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．如图所示，用铜线缠绕成线圈通上合适的电流，就可以隔空对金属进行加热了，把螺丝刀放进线圈，一会就会烧红了。下列说法正确的是（　　）

A．线圈中通入的是恒定电流 B．线圈中通入的是交变电流

C．塑料棒放进线圈里也可以进行隔空加热 D．线圈中的电流产生热对物体进行隔空加热

6．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．电磁炉 B．回旋加速器 C．示波管 D．指南针

7．下列有关电磁感应的说法正确的是（　　）

A．法拉第发现了电磁感应现象并且分析指出了法拉第电磁感应定律

B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中不一定会产生感应电流

C．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

D．涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律

8．如图所示是一种焊接方法的原理示意图．将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊接工件就焊接在一起了．我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的．下列说法中正确的是（        ）

A．这种焊接方法的原理是电流的磁效应

B．线圈中通入的交流电频率越高，焊缝处温度升高的越快

C．线圈中的电流是很强的恒定电流

D．待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反

9．下列关于涡流的说法中正确的是（　　）

A．在硅钢片中不能产生涡流

B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流

C．涡流有热效应，但没有磁效应

D．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的

10．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面，下面对于两管的描述中可能正确的是（   ）

A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的

B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的

C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的

D．A管是用塑料制成的，B管是用胶木制成的

11．关于下列器材的原理和用途，正确的是(     )

A．变压器可以改变交变电压也能改变频率

B．扼流圈对交流的阻碍作用是因为线圈存在电阻

C．真空冶炼炉的工作原理是炉体产生涡流使炉内金属熔化

D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用

12．如图甲是磁电式表头的结构示意图，其中线圈是绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架（图中未指出）上，关于图示软铁、螺旋弹簧、铝框和通电效果，下列表述中正确的是（　　）

A．线圈带动指针转动时，通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大

B．与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得磁极之间产生稳定的匀强磁场

C．铝框的作用是为了利用涡流，起电磁驱动作用，让指针快速指向稳定的平衡位置

D．乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，线框将逆时针转动。

13．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

14．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的。下列关于电磁炉的说法，正确的是（　　）

A．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热

B．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部

C．电磁炉面板采用金属材料，通过面板涡流发热传导到锅里，再加热锅内食品

D．电磁炉的锅具一般不用铜锅，是因为铜锅中不能形成涡流

15．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

二、填空题（共4题）

16．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，就像水中的旋涡，所以把它叫作______，简称______。

17．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___________．

18．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。

19．（1）在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图（甲）接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向的关系；然后再按图（乙）将电流表与B连成一个闭合回路，将A与电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在图（甲）中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏（不通电时指针停在正中央）在图（乙）中，

①将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流表的指针将___________（填“向左”“向右”或“不发生”，下同）偏转；

②螺线管A放在B中不动，电流表的指针将___________偏转；

③螺线管A放在B中不动，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，电流表的指针将___________偏转；

④螺线管A放在B中不动，突然切断开关S时，电流表的指针将___________偏转。

（2）给金属块缠上线圈，线圈中通入反复变化的电流，金属块中产生如图1中虚线所示的感应电流，这样的电流称为___________，真空冶炼炉就是利用它产生的热量使金属熔化。变压器和镇流器的铁心通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成，而不是用一整块铁制成，其原因是为了___________，减少铁心发热损失。

（3）如图2所示的交变电流的有效值I=___________A（其中每个周期的后半周期的图像为半个周期的正弦曲线）

三、综合题（共4题）

20．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？

21．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。查找资料，了解这一现象产生的原因和能量转化情况，以及对卫星的运行可能会产生怎样的影响。

22．如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起．我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的．

试定性说明：为什么交变电流的频率越高，焊接缝处放出的热量越大？

23．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。

参考答案：

1．D

2．A

3．B

4．A

5．B

6．A

7．B

8．B

9．D

10．A

11．D

12．A

13．C

14．B

15．B

16．     电流     涡电流     涡流

17．     真空     空气中的杂质     合金

18．金属物

19．     向右     不发生     向右     向左     涡流     减少涡流    

20．

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。

21．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。

22．

交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大．而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高焊接处放出的热量越多．

23．

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；