高中物理 第1章 电磁感应 6 涡流（选学）学业分层测评 教科版选修3-2

6 涡流（选学）(建议用时：45分钟)学业达标1下列做法中可能产生涡流的是()A把金属块放在匀强磁场中B让金属块在匀强磁场中匀速运动C让金属块在匀强磁场中做变速运动D把金属块放在变化的磁场中【解析】涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确【答案】D2下列应用中哪些与涡流无关()【导学号：31310060】A高频感应冶炼炉B汽车的电磁式速度表C家用电度表(转盘式)D闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生的电流【解析】真空冶炼炉的炉外围通入反复变化的电流，则炉内的金属中会产生涡流；汽车速度表是磁电式电流表，指针摆动时，铝框骨架中产生涡流；家用电度表(转盘式)的转盘中有涡流产生；闭合线圈在磁场中切割磁感线产生感应电流，不同于涡流，D正确【答案】D3(多选)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相关的说法中正确的是()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，可提高电磁炉的加热效果【解析】电磁炉中通入的交流电产生变化的磁场，变化的磁场在锅体中产生涡流，磁场的频率越高，产生的涡流越大，产生的热功率越大，则C、D选项正确【答案】CD4甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度B大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图176所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是()【导学号：31310061】甲 乙图176A甲环先停B乙环先停C两环同时停下D无法判断两环停止的先后【解析】甲不产生感应电流，乙产生感应电流，机械能不断转化为内能，故先停下来故B正确【答案】B5(多选)磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是()A防止涡流而设计的B利用涡流而设计的C起电磁阻尼的作用 D起电磁驱动的作用【解析】线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动而产生涡流，涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，所以这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用，故B、C正确【答案】BC6(多选)机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流关于其工作原理，以下说法正确的是()【导学号：31310062】A人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流B人体在线圈交变电流产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流C线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流D金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流【解析】一般金属物品不一定能被磁化，且地磁场很弱，即使金属被磁化磁性也很弱，作为导体的人体电阻很大，且一般不会与金属物品构成回路，故A、B错误；安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是：线圈中交变电流产生交变磁场，使金属物品中产生涡流，故C正确；该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流，而线圈中交变电流的变化可以被检测，故D正确【答案】CD7(多选)如图177所示，半圆形曲面处于磁场中，光滑金属球从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，设金属球初速度为零，曲面光滑，则()图177A若是匀强磁场，球滚上的高度小于hB若是匀强磁场，球滚上的高度等于hC若是非匀强磁场，球滚上的高度等于hD若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h【解析】若是匀强磁场，则穿过球的磁通量不发生变化，球中无涡流，机械能没有损失，故球滚上的高度等于h，选项A错，B对；若是非匀强磁场，则穿过球的磁通量发生变化，球中有涡流产生，机械能转化为内能，故球滚上的最高高度小于h，选项C错，D对【答案】BD8(多选)如图178所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的铝球以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则()图178A铝球的滚动速度将越来越小B铝球将保持匀速滚动C铝球的运动将逐渐偏离中线D铝球的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变【解析】铝球中产生涡流，球的能量要损失由于沿磁铁中线运动，因此感应电流所受安培力不会使球运动方向发生偏离，故A、D正确【答案】AD能力提升9.如图179所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球()图179A整个过程做匀速运动B进入磁场过程中做减速运动，穿出过程中做加速运动C整个过程都做匀减速运动D穿出时的速度一定小于初速度【解析】小球的运动主要有两个阶段一是球进入磁场的过程，由于穿过小球的磁通量增加，在球内垂直于磁场的平面上产生涡流，有电能产生，而小球在水平方向上又不受其他外力，所以产生的电能只能是由球的机械能转化而来，由能的转化与守恒可知，其速度减小；二是穿出磁场的过程，同理可得速度进一步减小，故D正确【答案】D10某磁场的磁感线如图1710所示，有铜盘自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，铜盘中的涡流方向是()图1710【导学号：31310063】A始终顺时针B始终逆时针C先逆时针再顺时针D先顺时针再逆时针【解析】把铜盘从A至B的全过程分成两个阶段处理：第一阶段是铜盘从A位置下落到具有最大磁通量的位置O，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断增大，由楞次定律判断感应电流方向(自上向下看)是顺时针的；第二阶段是铜盘从具有最大磁通量位置O落到B位置，此过程中穿过铜盘磁通量的磁场方向向上且不断减小，且由楞次定律判得感应电流方向(自上向下看)是逆时针的【答案】D11(2014广东高考)如图1711所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块()图1711A在P和Q中都做自由落体运动B在两个下落过程中的机械能都守恒C在P中的下落时间比在Q中的长D落至底部时在P中的速度比在Q中的大【解析】小磁块下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁块受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落体运动，故选项A错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁块机械能减少，在Q中下落时，小磁块机械能守恒，故选项B错误；在P中加速度较小，在P中下落时间较长，选项C正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故知，落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项D错误【答案】C12(多选)(2014江苏高考)如图1712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()图1712【导学号：31310064】A增加线圈的匝数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【解析】当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱所以选项A、B正确，选项C、D错误【答案】AB13(2016常州高二检测)光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1713所示，抛物线下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(图中虚线所示)，一个金属块从抛物线上yb(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是()图1713AmgbB.mv2mgbCmg(ba) D.mv2mg(ba)【解析】金属块在进出磁场过程中要产生感应电流，感应电流转化为热能，机械能要减少，上升的最大高度不断降低，最后刚好滑不出磁场后，就做往复运动永不停止，根据能量转化与守恒，整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失，即：QEmv2mg(ba)，故D正确【答案】D14弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它(如图1714所示)，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况图1714【导学号：31310065】【解析】当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来【答案】见解析15如图1715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中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来图1715(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很热？【解析】(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也越大，所以电流的热功率PI2R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，故此处接触电阻很大，电流的热功率PI2R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，而零件的其他部分并不很热【答案】见解析