2017-2018學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計物理粵教版選修3-2練習(xí)：第一章 第七節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第七節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用1．在一根導(dǎo)體外面繞上線圈，并讓線圈通入交變電流，在整個導(dǎo)體中，就形成一圈圈環(huán)繞導(dǎo)體軸線流動的感應(yīng)電流,就好像水中的旋渦一樣，這種現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象．導(dǎo)體的外周長越長,交變磁場的頻率越高，渦流就越大．2．渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用為高頻感應(yīng)爐冶煉金屬、電磁灶等渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用為金屬探測器．3．當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，導(dǎo)體中產(chǎn)生的渦流與磁場相互作用產(chǎn)生一個動態(tài)阻尼力，從而提供制動力矩，這種制動方式常應(yīng)用于電表的阻尼制動、高速機車制動的渦流閘等．4．下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是（）A．把金屬塊放在勻強磁場中B．讓金屬塊在勻強磁場中勻速運動C．讓金屬塊在勻強磁場中做變速運動D．把金屬塊放在變化的磁場中答案D解析渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．而A、B、C中磁通量不變化，所以A、B、C錯誤；把金屬塊放在變化的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以D項正確．5．（雙選）磁電式儀表的線圈通常用鋁框當(dāng)骨架，把線圈繞在鋁框上,這樣做的目的是（)A．防止渦流而設(shè)計的B．利用渦流而設(shè)計的C．起電磁阻尼的作用D．起電磁驅(qū)動的作用答案BC解析線圈通電后,在安培力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動,鋁框隨之轉(zhuǎn)動,并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，就是渦流．渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后較快停下來．所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用．6．如圖1所示，在光滑絕緣水平面上,有一鋁質(zhì)圓形金屬球以一定的初速度通過有界勻強磁場，則從球開始進入磁場到完全穿出磁場過程中(磁場寬度大于金屬球的直徑），則小球()圖1A．整個過程勻速運動B．進入磁場過程中球做減速運動，穿出磁場過程中做加速運動C．整個過程都做勻減速運動D．穿出時的速度一定小于初速度答案D解析小球進出磁場時，有渦流產(chǎn)生，要受到阻力，故穿出時的速度一定小于初速度．7．高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進行冶煉的,如圖2所示為冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐的示意圖，爐內(nèi)放入被冶煉的金屬,線圈通入高頻交變電流，這時被治煉的金屬就能被熔化，這種冶煉方法速度快，溫度易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被煉金屬中,因此適于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是(）圖2A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱B．利用線圈中電流產(chǎn)生的磁場C．利用交變電流的交變磁場在爐內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流D．給線圈通電的同時，給爐內(nèi)金屬也通了電答案C【概念規(guī)律練】知識點一渦流及其應(yīng)用1．如圖3所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水．給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是（）圖3A．恒定直流、小鐵鍋B．恒定直流、玻璃杯C．變化的電流、小鐵鍋D．變化的電流、玻璃杯答案C解析通入恒定直流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高；渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的,所以玻璃杯中的水不會升溫．點評渦流是在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，而且穿過回路的磁通量必須是變化的，此題能說明電磁爐的原理．2．(雙選)機場的安檢門可以利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品，安檢門中接有線圈，線圈中通以交變電流，關(guān)于其工作原理，以下說法正確的是（）A．人身上攜帶的金屬物品會被地磁場磁化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．人體在線圈交變電流產(chǎn)生的磁場中運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并在金屬物品中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．線圈產(chǎn)生的交變磁場會在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流D．金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流答案CD解析一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場很弱，即使金屬被磁化磁性也很弱，作為導(dǎo)體的人體電阻很大，且一般不會與金屬物品構(gòu)成回路，故A、B錯誤；安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產(chǎn)生交變磁場，使金屬物品中產(chǎn)生渦流，故C正確;該渦流產(chǎn)生的磁場又會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而線圈中交變電流的變化可以被檢測，故D項正確．點評金屬探測利用了渦流的磁效應(yīng)．知識點二電磁阻尼3．有一個銅盤,輕輕撥動它，能長時間地繞軸自由轉(zhuǎn)動．如果在轉(zhuǎn)動時把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤邊緣，但并不與銅盤接觸,如圖4所示，銅盤就能在較短時間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動，分析這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因．圖4答案見解析解析銅盤轉(zhuǎn)動時如果加上磁場，則在銅盤中產(chǎn)生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它的轉(zhuǎn)動，故在較短的時間內(nèi)銅盤停止轉(zhuǎn)動．點評當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流受到安培力的作用阻礙導(dǎo)體運動，即安培力為電磁阻尼的阻力．4。如圖5所示，是稱為阻尼擺的示意圖，在輕質(zhì)桿上固定一金屬薄片，輕質(zhì)桿可繞上端O點為軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，一有界磁場垂直于金屬薄片所在的平面．使擺從圖中實線位置釋放，擺很快就會停止擺動;若將擺改成梳齒狀，還是從同一位置釋放，擺會擺動較長的時間．試定性分析其原因．圖5答案見解析解析第一種情況下，阻尼擺進入有界磁場后，在金屬薄片中會形成渦流，渦流使金屬薄片受安培力的作用，阻礙其相對運動，所以會很快停下來;第二種情況下，將金屬擺改成梳齒狀，阻斷了渦流形成的回路，從而減弱了渦流,受到安培力的阻礙會比先前小得多，所以會擺動較長的時間．點評防止電磁阻尼的途徑為阻止或減弱渦流的產(chǎn)生．【方法技巧練】渦流能量問題的處理技巧5．彈簧上端固定,下端懸掛一根磁鐵．將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來．如圖6所示,如果在磁鐵下端放個固定的閉合線圈，使磁鐵上下振動時穿過它，磁鐵就會很快地停下來，解釋這個現(xiàn)象,并說明此現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況．圖6答案見解析解析當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時,在閉合線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵向線圈靠近或離開,也就使磁鐵振動時除了空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力,克服阻力需要做的功較多，彈簧振子的機械能損失較快，因而會很快停下來．損失的機械能主要轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．方法總結(jié)此題中渦流損耗了機械能．6．如圖7所示，一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細線掛于O點,將圓環(huán)拉至某一位置并釋放,圓環(huán)擺動過程中（環(huán)平面與磁場始終保持垂直)經(jīng)過有界的水平勻強磁場區(qū)域，A、B為該磁場的豎直邊界，若不計空氣阻力，則()圖7A．圓環(huán)向右穿過磁場后，還能擺至原來的高度B．在進入和離開磁場時,圓環(huán)中均有感應(yīng)電流C．圓環(huán)進入磁場后，離最低點越近速度越大,感應(yīng)電流也越大D．圓環(huán)最終將靜止在最低點答案B解析在圓環(huán)進入和穿出磁場的過程中環(huán)中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生,即圓環(huán)的機械能向電能轉(zhuǎn)化，其機械能越來越小．上升的高度越來越低，選項A錯誤，B正確；但在環(huán)完全進入磁場后，不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項C錯誤；最終圓環(huán)將不能擺出磁場，從此再無機械能向電能轉(zhuǎn)化，其擺動的幅度不再變化，選項D錯誤．方法總結(jié)當(dāng)導(dǎo)體中的磁通量變化時，產(chǎn)生感應(yīng)電流，損失機械能;當(dāng)導(dǎo)體中的磁通量無變化時，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不損失機械能．1．(雙選)下列哪些儀器是利用渦流工作的()A．電磁爐B．微波爐C．金屬探測器D．電飯煲答案AC2．（雙選）變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼，這是為了（)A．增大渦流，提高變壓器的效率B．減小渦流,提高變壓器的效率C．增大鐵芯中的電阻，以產(chǎn)生更多的熱量D．增大鐵芯中的電阻,以減小發(fā)熱量答案BD解析不使用整塊硅鋼而是采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，來減少電能轉(zhuǎn)化成鐵芯的內(nèi)能，提高效率,是防止渦流而采取的措施．3．下列關(guān)于渦流的說法中正確的是（)A．渦流跟平時常見的感應(yīng)電流一樣，都是因為穿過導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的B．渦流不是感應(yīng)電流,而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流C．渦流有熱效應(yīng)，但沒有磁效應(yīng)D．在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流答案A解析渦流就是一種感應(yīng)電流，同樣是由于磁通量的變化產(chǎn)生的．4．如圖8所示,金屬球(銅球)下端有通電的線圈，今把小球拉離平衡位置后釋放，此后關(guān)于小球的運動情況是(不計空氣阻力）(）圖8A．做等幅振動B．做阻尼振動C．振幅不斷增大D．無法判定答案B解析金屬球在通電線圈產(chǎn)生的磁場中運動，金屬球中產(chǎn)生渦流，故金屬球要受到安培力作用，阻礙它的相對運動，做阻尼振動．5．（雙選)如圖9所示是電表中的指針和電磁阻尼器，下列說法中正確的是(）圖9A．2是磁鐵，在1中產(chǎn)生渦流B．1是磁鐵，在2中產(chǎn)生渦流C．該裝置的作用是使指針能夠轉(zhuǎn)動D．該裝置的作用是使指針能很快地穩(wěn)定答案AD解析這是渦流的典型應(yīng)用之一．當(dāng)指針擺動時，1隨之轉(zhuǎn)動，2是磁鐵，那么在1中產(chǎn)生渦流，2對1的安培力將阻礙1的轉(zhuǎn)動．總之不管1向哪個方向轉(zhuǎn)動，2對1的效果總起到阻尼作用．所以它能使指針很快地穩(wěn)定下來．6．如圖10所示，矩形線圈放置在水平薄木板上，有兩塊相同的蹄形磁鐵，四個磁極之間的距離相等，當(dāng)兩塊磁鐵勻速向右通過線圈時，線圈仍靜止不動，那么線圈受到木板的摩擦力方向是()圖10A．先向左，后向右B．先向左，后向右,再向左C．一直向右D．一直向左答案D解析根據(jù)楞次定律的“阻礙變化"知“來拒去留"，當(dāng)兩磁鐵靠近線圈時，線圈要阻礙其靠近，線圈有向右移動的趨勢，受木板的摩擦力向左；當(dāng)磁鐵遠離時，線圈要阻礙其遠離，仍有向右移動的趨勢,受木板的摩擦力方向仍是向左的，故選項D正確．7．（雙選)如圖11所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量,將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其它部分發(fā)熱很少,以下說法正確的是()圖11A．交流電的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快B．交流電的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快C．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小D．工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大答案AD解析交流電頻率越高，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越強，升溫越快，故A項對．工件中各處電流相同，電阻大處產(chǎn)生熱多，故D項對．8．我們用作煮食的爐子有各種各樣的款式，它們的工作原理各不相同．有以天然氣、液化石油氣等作燃料的，例如天然氣爐；還有以直接用電熱方式加熱的，例如電飯鍋，下面介紹的是以電磁感應(yīng)原理生熱的電磁爐．圖12如圖12所示是描述電磁爐工作原理的示意圖．爐子的內(nèi)部有一個金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場，這個磁場的大小和方向是不斷變化的，這個變化的磁場又會引起放在電磁爐上面的鐵質(zhì)（或鋼質(zhì)）鍋底內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于鍋底有電阻，所以感應(yīng)電流又會在鍋底產(chǎn)生熱效應(yīng)，這些熱能便起到加熱物體的作用從而煮食．電磁爐的特點是：電磁爐的效率比一般的爐子都高，熱效率高達90％，爐面無明火,無煙無廢氣,電磁火力強勁，安全可靠．因為電磁爐是以電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，所以不是所有的鍋或器具都適用．對于鍋的選擇，方法很簡單,只要鍋底能被磁鐵吸住的就能用．適合放在電磁爐上烹飪的器具有不銹鋼鍋、不銹鋼壺、平底鐵鍋；不適用的有陶瓷鍋、圓底鐵鍋、耐熱玻璃鍋、鋁鍋、銅鍋等．(1）在電磁爐加熱食物的過程中涉及的物理原理有（回答三個即可):①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________。(2）電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋的原因是____________________________；電磁爐所用的鍋不能用鋁鍋、銅鍋的原因是______________________．(3)在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐還能起到加熱作用嗎？為什么？答案（1)①電流的磁效應(yīng)(或電生磁）②電磁感應(yīng)現(xiàn)象（或磁生電）③電流的熱效應(yīng)（或焦耳定律）(2)不能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象電阻率小,電熱少，效率低(3）能起到加熱作用．由于線圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用．9．如圖13所示，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個初速度，讓其向磁鐵滾去,觀察小球的運動情況．圖13答案見解析解析(1)鐵球?qū)⒓铀龠\動，其原因是鐵球被磁化后與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的磁場力．(2）鋁球?qū)p速運動，其原因是鋁球內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場阻礙相對運動．（3)木球?qū)蛩龠\動,其原因是木球既不能被磁化，也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵對木球不產(chǎn)生力的作用．10．人造衛(wèi)星繞地球運行時，軌道各處地磁場的強弱并不相同,因此,金屬外殼的人造地球衛(wèi)星運行時，外殼中總有微弱的感應(yīng)電流．分