物理选择性必修 第二册第二章 电磁感应第五节 涡流现象及其应用练习题

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．下列说法正确的是（　　）

A．奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象

B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中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

2．1831年，法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机，揭开了人类进入电气时代的序幕。现在，日常生活中我们使用着大量的用电器，下列用电器使用电能的过程中，用到电磁感应原理的是（　　）

A．洗衣机 B．电磁炉 C．电热水器 D．电风扇

3．某光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为，其一部分处在一个沿水平方向的匀强磁场中，直线是磁场的上边界（如图中的虚线所示），一个质量为m的小金属块（可视为质点）从抛物线上处以初速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，a、b、m、v均采用国际单位制单位，重力加速度为g，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热的总量是（　　）

A．mgb B．

C． D．

4．下列说法正确的是（　　）

A．电流互感器原线圈匝数比副线圈匝数多

B．交流电频率越高，线圈对电流的阻碍作用越明显

C．交流电能够通过电容器，电容器对交流电无阻碍作用

D．金属探测器、变压器、电磁炉都是利用了涡流

5．电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理．它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点．下列关于电磁炉的说法中正确的是（    ）

A．电磁炉是通过铁锅底部产生涡流发热来加热食物

B．电磁炉是通过面板发热来加热锅内食物

C．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热

D．电磁炉在使用时线圈的主要作用是产生热量

6．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上放一小铁锅冷水。现接通交流电源，几分钟后，锅中的水沸腾起来，时刻的电流方向已在图中标出，且此时电流正在增大，下列说法正确的是（　　）

A．线圈中电流变化越大，自感电动势越大，自感系数也增大

B．小铁锅中产生涡流，涡流的热效应使水沸腾起来

C．时刻，从上往下看，小铁锅中的涡流沿逆时针方向

D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流

7．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），把一枚磁性很强的小圆柱型永磁体从铝管上端放入管口，圆柱直径略小于铝管的内径，小圆柱在管内运动时，没有跟铝管内壁发生摩擦，则小圆柱从上端管口放入管中后，最终从下端管口落出经过的时间为t1，如果换用一条长度相同但有裂缝的铝管（图乙），小圆柱在铝管中下落的时间为t2，g=10m/s2，则下列关于小圆柱在两管中下落的说法中正确的是（　　）

A．t1 >t2

B．t1< t2

C．小圆柱在乙管内下落的过程中，管中不会产生感应电动势

D．小圆柱落到下端口时在甲中的速度大于在乙中的速度

8．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。下列说法中正确的是（　　）

A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关

B．电磁炉中通入电压恒定的直流电也能正常工作

C．环保绝缘材料制成的锅体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便于加快热传递

9．白炽灯的工作原理是利用电流的热效应，电流通过金属丝使温度升高，达到炽热，从而发光。下列家用电器中哪一样电器也是利用电流的热效应工作的（　　）

A． B． C． D．

10．下列设备中没有利用涡流的是（　　）

A．变压器 B．地雷探测器 C．电磁炉 D．真空冶炼炉

11．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，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物.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，以下说法中正确的是（）

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

12．1831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

13．电磁炉采用感应电流（涡流）的加热原理，是通过电子线路产生交变磁场，把铁锅放在炉面上时，在铁锅底部产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法中正确的是（　　）

A．电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热

B．是线圈发热，把热能传导给锅底来加热食物的

C．电磁炉面板可采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部

D．电磁炉面板可采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品

14．关于涡流，下列说法中错误是（　　）

A．真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置

B．家用电磁炉锅体中的涡流是由交变磁场产生的

C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动

D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流

15．下面列举的四种器件中,在工作时利用了电磁感应现象的是(　　)

A．质谱仪

B．电磁炉

C．电吹风

D．回旋加速器

二、填空题（共4题）

16．电磁灶是利用________原理制成的，它在灶内通过交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生________而发热．

17．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．

(1)使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：________________和________________．

(2)在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由________传递给________；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗________能得到________能．

(3)“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：

根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？__________________和_______________ (请写出两点)

18．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___________．

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，一狭长的铜片能绕O点在纸面平面内摆动，有界的磁场其方向垂直纸面向里，铜片在摆动时受到较强的阻尼作用，很快就停止摆动，如果在铜片上开几个长缝，铜片可以在磁场中摆动较多的次数后才停止摆动，这是为什么。

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。分析这一现象中的能量转化情形，它对卫星的运动可能产生怎样的影响？

22．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，a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a处被熔化而零件其他部分并不是很热.

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B=kt （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．

(1)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；

(2)在乙图中以圆心O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．

参考答案

1．A

2．B

3．D

4．B

5．A

6．B

7．A

8．A

9．B

10．A

11．B

12．A

13．C

14．A

15．B

16．电磁感应、涡流

17．电流产生磁场    热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高    锅    电磁炉    电    内    热效率高    功率调节范围大   

18．  真空  空气中的杂质  合金

19．向右    不发生    向右    向左    涡流    减少涡流       

20．

没有开长缝的铜片绕O点在纸面内摆动时，由于磁场有圆形边界，通过铜片的磁通量会发生变化，在铜片内产生较大的涡流，涡流在磁场中所受的安培力总是阻碍铜片的摆动，因此铜片很快就停止摆动；如果在铜片上开有多条长缝时，就可以把涡流限制在缝与缝之间的铜片上，较大地削弱了涡流，阻力随之减小，所以铜片就可以摆动较多的次数。

21．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．

（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I越大，所以电流的热功率也越大，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。

23．(1) ；(2) 当x＜r时： 当x≥r时：  (3) 顺时针移动时 逆时针移动时: ，不存在电势的概念