2021学年第五节 涡流现象及其应用课后测评

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．以下现象中属于涡流现象的应用的是（　　）

A．某家用电烤箱 B．监考老师手中的探测仪

C．高压带电作业屏蔽服 D．车载充电器

2．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

3．关于下列器材的原理和用途，错误的是（            ）

A．变压器可以改变交变电压但不能改变频率

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内的金属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

4．下列设备中利用了电流热效应的是（　　）

A．电磁炉 B．热水器 C．电冰箱 D．电风扇

5．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

6．如图所示，一金属圆盘放在水平桌面上，金属圆盘正上方有一带铁芯的线圈。下列说法正确的是（　　）

A．若线圈接直流电且电压一直变大，则金属圆盘对桌面的压力减小

B．若线圈接直流电且电压一直变大，则金属圆盘中有逆时针方向的涡流

C．若线圈电阻忽略不计，则无论接什么电源线圈中电流都趋于无穷大

D．若线圈接交变电流，只增大交变电流的频率，金属圆盘的发热功率增大

7．如图所示，一金属铜球用绝缘细线挂于O点，将铜球拉离平衡位置并释放，铜球摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，若不计空气阻力，则(   )

A．铜球向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度

B．在进入和离开磁场时，铜球中均有涡流产生

C．铜球进入磁场后离最低点越近速度越大，涡流也越大

D．铜球最终将静止在竖直方向的最低点

8．关于电磁灶的加热原理，下列说法正确的是(　　)

①电磁灶加热与微波炉加热原理是一样的　②电磁灶是利用电磁感应原理制成的　③电磁灶是热量从灶口传递给锅中的食物达到加热的目的　④电磁灶工作时，灶不会生热

A．②④ B．①③

C．①② D．②③

9．当穿过导体或线圈的磁通量发生变化时，在导体或线圈中就会产生感应电流，看起来像水中的涡旋，所以把它叫做涡电流，简称涡流．下列情况中不是利用涡流工作的是（       ）

A．变压器用电阻率较大且相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯

B．用来冶炼合金的高频感应炉

C．用探雷器来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷

D．在机场、车站和重要活动场所的安检门探测人身携带的金属物品

10．如图所示为大型考试用到的金属探测器，工作时，其内部的探测器线圈内通有正弦交流电，关于探测器的工作原理，下列说法不正确的是（     ）

A．探测器线圈中通有频率越低的交流电，越容易探测出金属物品

B．探测器线圈中正弦交流电会产生变化的磁场

C．探测器附近有金属时，金属中会产生涡流

D．探测器附近有金属时，探测器线圈中电流会发生变化

11．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

12．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的。下列说法中正确的是（　　）

A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的 B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好

C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 D．降低磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果

13．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

14．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

15．随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的生活．某品牌手机的无线充电原理如图所示．关于无线充电，下列说法正确的是（   ）

A．充电底座中的发射线圈将磁场能转化为电能

B．充电底座可以直接使用直流电源实现对手机的无线充电

C．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

D．无线充电时手机接收线圈利用“电流的磁效应”获取电能

二、填空题（共3题）

16．探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈从地面扫过，线圈中___________有的电流．如果地下埋着___________，金属中会感应出___________，涡流的___________又会反过来影响线圈中的___________，使仪器报警．

17．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(           )？

18．（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）

19．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？

20．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？

21．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？

22．如图所示是利用高频交流焊接自行车零件的原理图，其中外圈A是通过高频交流电的线圈，B是自行车的零件，a是待焊接的接口，焊口两端接触在一起。当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处的金属熔化而焊接起来，问：

（1）为什么在其他条件不变的情况下，交变电流的频率越高，焊接得越快；

（2）为什么焊接过程中，接口a处已经熔化而零件的其他部分并不很热。

参考答案：

1．B

2．A

3．B

4．B

5．A

6．D

7．B

8．A

9．A

10．A

11．D

12．C

13．B

14．A

15．C

16．     变化着     金属物品     涡流     磁场     电流

17．     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

18．     向右     不发生     向右     向左     涡流     减少涡流    

19．

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。

20．

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。

21．

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．

22．（1）磁通量变化率大，感应电动势和感应电流都变大，热功率也随着变大；（2）接口处电阻大，串联电路中电流强度处处相等，电阻大的地方生热较多