高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第五节 涡流现象及其应用练习

2.5涡流现象及其应用同步练习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．电磁炉是我们生活中常见的厨具，它的工作原理是：当线圈中通入交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在铁锅内产生感应电流，利用电流的热效应来加热食物。加热过程中所利用的电磁学规律的发现者为（　　）

A．牛顿 B．库仑 C．法拉第 D．洛伦兹

2．关于电磁感应现象，下列叙述正确的有(       )

A．奥斯特发现了电磁感应现象，并利用电磁感应的原理制成了人类历史上的第一台发电机

B．真空冶炼炉是利用涡流工作的

C．麦克斯韦在对理论和实验资料进行严格分析后，发现了法拉第电磁感应定律

D．楞次发现了电流的磁效应，并提出了楞次定律

3．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．回旋加速器 B．电磁炉 C．质谱仪 D．示波管

4．电磁炉是常用的电器，如图所示，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铁质锅底产生涡流，进而对锅内食物加热

B．电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流，利用热传导对锅内食物加热

C．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

D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉将不能起到加热作用

5．关于下列器材的原理和用途，正确的是（   ）

A．变压器既可以改变交变电压也可以改变频率

B．电磁炉的面板是用金属材料制造而成的

C．真空冶炼炉的工作原理是炉内的金属中产生涡流使金属熔化

D．磁电式仪表用来做线圈骨架的铝框能起电磁驱动作用

6．关于涡流，下列说法中错误的是（　　）

A．高频冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B．家用电磁炉上的锅体中的涡流是由恒定磁场产生的

C．金属探测器靠近金属物体时，金属内会产生涡流

D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流

7．下列四个图中，甲、丙图中为铝管，乙、丁图中为塑料管，甲、乙图中小磁铁竖直放置，丙、丁图中小磁铁水平放置，让小磁铁由静止释放，磁铁下落过程中不发生翻转，且不与铝管相碰，不计空气阻力，则小磁铁穿过铝管过程中加速度小于重力加速度的图有（　　）

A．甲、乙、丙、丁图 B．甲、丙、丁图

C．甲、丙图 D．甲图

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．下列是课本中四幅插图，关于这四幅插图下列说法正确的是（　　）

A．甲图中，赛车的质量不是很大，却安装着强劲的发动机，可以获得很大的惯性

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的瞬间，刘伟觉得有电击说明欧姆挡内电池电动势很高

D．丁图中，无论小锤用多大的力去打击弹性金属片，两球总是同时落地

10．电磁炉热效率高达90%．炉面无明火，无烟无废气，电磁“火力”强劲，安全可靠.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．当交变电流通过线圈时，锅中会产生涡流，电流变化越快，电磁炉加热效果越好

B．电磁炉通电线圈加交流电后，利用线圈发热对锅进行加热

C．电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅，主要原因这些材料的导热性能较差

D．在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉不能起到加热作用

11．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

12．新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在。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．提高磁场变化的频率，不会提高电磁炉的加热效果

13．四川三星堆新发现6个祭祀坑。挖掘之前考古人员用图示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈中的电流，使探测器发出警报。则（　　）

A．发射线圈产生的磁场是恒定磁场

B．被测金属物中产生的电流是恒定电流

C．探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关

D．探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报

14．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

15．如图所示，铝管竖直置于水平桌面上，小磁体从铝管正上方由静止开始下落，在磁体穿过铝管的过程中，磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。下列选项正确的是（　　）

A．铝管中将产生竖直方向的感应电流

B．磁体重力势能减少量和动能增加量的差值等于产生的内能

C．磁体加速向下运动时处于失重状态，因此铝管对桌面的压力将逐渐减小

D．若将铝管换成塑料管，磁体在管中运动时，管对桌面的压力等于铝管和磁体的重力之和

二、填空题（共4题）

16．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)

17．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．

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．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．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．强大的涡电流在金属内流动时，会释放大量的热能。工业上利用这种热效应，制成高频电磁感应电炉来冶炼金属，其结构原理图如图所示。请分析它的工作原理。

参考答案：

1．C

2．B

3．B

4．A

5．C

6．B

7．C

8．A

9．D

10．A

11．B

12．C

13．D

14．A

15．B

16．     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

17．     变化着     金属物品     涡流     磁场     电流

18．金属物

19．     向右     不发生     向右     向左     涡流     减少涡流    

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．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．

使用高频电磁感应电炉冶炼金属时，在炉外的线圈中通入高频交变电流，从而产生交变磁场，交变磁场进而使炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量最终使金属熔化。