2019_2020版高中物理第一章电磁感应7涡流（选学）讲义精练（含解析）教科版.docx

7涡流(选学)学科素养与目标要求物理观念：1.了解涡流的产生、利用和危害.2.了解高频感应炉与电磁灶的工作原理.3.知道电磁阻尼的原理及应用科学思维：通过涡流和电磁阻尼的实例分析，体会产生机理，并能分析其作用一、涡流由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电流，简称涡流二、高频感应炉与电磁灶1高频感应炉是利用涡流熔化金属，这种冶炼方法速度快，温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中2电磁灶：在灶内的励磁线圈中通入交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪锅，使锅底产生涡流，锅底有适当的电阻，产生焦耳热，使锅底发热三、电磁阻尼当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫电磁阻尼1判断下列说法的正误(1)导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热()(2)电磁阻尼遵循楞次定律()(3)电磁阻尼发生的过程，存在机械能向内能的转化()(4)高频感应炉是利用高频电流的热效应冶炼金属的()(5)电磁灶烹饪食物时，锅上的电流容易造成触电事故，故使用时要小心操作()2光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1所示，抛物线的方程为yx2，其下半部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(如图中的虚线所示)一个质量为m的小金属块从抛物线上yb(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设曲面足够长，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总量为_图1答案mg(ba)mv2一、涡流如图所示，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？答案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，所以把它叫做涡电流，简称涡流1产生涡流的两种情况(1)块状金属放在变化的磁场中(2)块状金属进出磁场或在变化的磁场中运动2产生涡流时的能量转化(1)金属块在变化的磁场中，磁场能转化为电能，最终转化为内能(2)金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能3涡流的应用与防止(1)应用：高频感应炉、探雷器、安检门、电磁灶等(2)防止：为了减小电动机、变压器铁芯上的涡流，常用电阻率较大的硅钢做材料，而且用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来代替整块硅钢铁芯例1(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中，如图2所示为一手持式封口机，它的工作原理是：当接通电源时，内置线圈产生磁场，当磁感线穿过封口铝箔材料时，瞬间产生大量小涡流，致使铝箔自行快速发热，熔化复合在铝箔上的溶胶，从而粘贴在待封容器的封口处，达到迅速封口的目的下列有关说法正确的是()图2A封口材料可用普通塑料来代替铝箔B该封口机可用干电池作为电源以方便携带C封口过程中温度过高，可适当减小所通电流的频率来解决D该封口机适用于玻璃、塑料等多种材质的容器封口，但不适用于金属容器答案CD解析由于封口机利用了电磁感应原理，故封口材料必须是金属类材料，而且电源必须是交流电，A、B错误；减小内置线圈中所通电流的频率可降低封口过程中产生的热量，即控制温度，C正确；封口材料应是金属类材料，但对应被封口的容器不能是金属，否则同样会被熔化，只能是玻璃、塑料等材质，D正确例2(多选)下列哪些措施是为了防止涡流的危害()A电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人身携带的金属物品C变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层答案CD解析电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，属于涡流的应用；安检门是利用涡流工作的；变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止；变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层，是为了减小变压器铁芯内产生的涡流，属于涡流的防止故C、D正确二、电磁阻尼弹簧上端固定，下端悬挂一个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(如图所示)，磁铁就会很快停下来，解释这个现象答案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靠近或离开线圈，也就使磁铁振动时除了受空气阻力外，还要受到线圈的磁场阻力，克服阻力需要做的功较多，机械能损失较快，因而会很快停下来1闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到安培力的作用，根据楞次定律，安培力总是阻碍导体的运动，于是产生电磁阻尼现象2电磁阻尼是一种十分普遍的物理现象，任何在磁场中运动的导体，只要给感应电流提供回路，就会存在电磁阻尼作用例3扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图3所示无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是()图3答案A解析感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化在A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动，故A正确；在B、D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无感应电流产生，故B、D错误；在C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流，故C错误例4如图4所示，上端开口、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(不计空气阻力)()图4A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中的大答案C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，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，故落至底部时在P中的速度比在Q中的小，选项D错误1(对涡流的理解)(多选)对变压器和电动机中的涡流的认识，以下说法正确的是()A涡流会使铁芯温度升高，减少线圈绝缘材料的寿命B涡流发热，要损耗额外的能量C为了不产生涡流，变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯D涡流产生于线圈中，对原电流起阻碍作用答案AB解析变压器和电动机中产生的涡流会使温度升高消耗能量，同时会减少线圈绝缘材料的寿命，选项A、B正确；变压器和电动机的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯是为了增加电阻，减小电流，减少产生的热量，选项C错误；涡流产生于铁芯中，对原电流无阻碍作用，选项D错误2(涡流的应用电磁灶)电磁灶热效率高达90%，灶面无明火，无烟，无废气，“火力”强劲，安全可靠图5所示是描述电磁灶工作原理的示意图，下列说法正确的是()图5A当恒定电流通过线圈时，会产生恒定磁场，恒定磁场越强，电磁灶加热效果越好B电磁灶的励磁线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作C在锅和电磁灶中间放一纸板，则电磁灶不能起到加热作用D电磁灶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答案B解析锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，所加的电流是交流，不是直流，故A错误根据电磁灶的工作原理可知，电磁灶的励磁线圈加交流电后，在锅底产生涡流，进而发热工作，故B正确；在锅和电磁灶中间放一纸板，不会影响电磁灶的加热作用，故C错误金属锅自身产生无数小涡流而发热，陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料，里面不会产生涡流，故D错误3(对电磁阻尼的理解)(多选)如图6所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法正确的是()图6A2是磁铁，在1中产生涡流B1是磁铁，在2中产生涡流C该装置的作用是使指针能够转动D该装置的作用是使指针能很快地稳定答案AD解析当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动；总之不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用，所以它能使指针很快地稳定下来，选项A、D正确考点一涡流的理解、利用和防止1下列关于涡流的说法中正确的是()A涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C涡流有热效应，但没有磁效应D在硅钢中不能产生涡流答案A解析涡流的本质是电磁感应现象中产生的感应电流，只不过是由金属块自身构成回路，它既有热效应，也有磁效应，所以A正确，B、C错误；硅钢中产生的涡流较小，D错误2(多选)安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警以下关于这个安检门的说法正确的是()A这个安检门能检查出毒品携带者B这个安检门只能检查出金属物品携带者C如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者D这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应答案BD解析这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A错，B对若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D对3.如图1所示，金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是()图1A探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场B只有有磁性的金属才会被探测器探测到C探测到金属是因为金属中产生了涡流D探测到金属是因为探测器中产生了涡流答案C解析金属探测器探测金属时，探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，被测金属中产生了涡流，故选项A、D错误，C正确；所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流，选项B错误4(2018龙岩市六校高二下学期期中)涡流检测是工业上无损检测的方法之一如图2所示，线圈中通以一定频率的交变电流，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化下列说法中正确的是()图2A涡流的磁场总是与线圈的磁场方向相反B涡流的大小与通入线圈的交流电频率无关C待测工件可以是塑料或橡胶制品D通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力答案D解析涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化，根据楞次定律可知，涡流的磁场与线圈的磁场方向可能相同也可能相反，故A错误；涡流的大小取决于磁场变化的快慢，故与通入线圈的交流电频率有关，故B错误；电磁感应只能发生在金属物体中，故待测工件只能是金属制品，故C错误；因为线圈交流电是周期性变化的，故在待测工件中引起的交流电也是周期性变化的，可知通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力，故D正确5(多选)如图3所示，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()图3A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起电磁驱动的作用答案BC解析线圈通电后在安培力作用下转动，铝框随之转动，在铝框内产生涡流涡流将阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，这样做是利用涡流来起电磁阻尼的作用，故B、C正确考点二高频感应炉与电磁灶6(2018新世纪中学高二月考)熔化金属的一种方法是用“高频炉”，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一坩埚，埚内放待熔的金属块，当线圈中通以高频交流电时，埚中金属就可以熔化，这是因为()A线圈中的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热B线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生焦耳热C线圈中的高频交流电在坩埚中产生感应电流，通过坩埚电阻产生焦耳热D线圈中的高频交流电在金属块中产生感应电流，通过金属块电阻产生焦耳热答案D解析线圈中的高频交流电通过线圈，从而产生变化的磁场，使得处于磁场中的金属块产生涡流，进而发热，故A、B、C错误，D正确7电磁灶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相关的说法中正确的是()A锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B电磁灶中通入电压足够高的直流电也能正常工作C金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁灶来烹饪食物D电磁灶的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗答案A解析涡流是高频交流电产生的磁场引起的电磁感应现象，故选项A正确，B错误；电磁灶表面一般用绝缘材料制成，避免产生涡流，锅体用金属材料制成，利用涡流加热食物，故选项C、D错误考点三电磁阻尼的理解8.弹簧上端固定，下端挂一条形磁铁，使磁铁上下振动，磁铁的振动幅度不变若在振动过程中把线圈靠近磁铁，如图4所示，观察磁铁的振幅将会发现()图4AS闭合时振幅逐渐减小，S断开时振幅不变BS闭合时振幅逐渐增大，S断开时振幅不变CS闭合或断开，振幅变化相同DS闭合或断开，振幅都不发生变化答案A解析S断开时，磁铁振动，穿过线圈的磁通量发生变化，但线圈中无感应电流，振幅不变；S闭合时，磁铁振动，线圈中有感应电流，有电能产生，磁铁的机械能越来越少，振幅逐渐减小，A正确9如图5所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则()图5A铜盘的转动将变慢B铜盘的转动将变快C铜盘仍以原来的转速转动D铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁上下两端的极性来决定答案A10甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止，若将圆环置于如图6所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行，现让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是()图6A甲环先停下B乙环先停下C两环同时停下D两环都不会停下答案A解析当铜环转动时，乙环一直与磁场方向平行，穿过乙环的磁通量为零，穿过甲环的磁通量不断变化，不断有感应电流产生，一定受到安培力，安培力阻碍圆环与磁场间的相对运动，故甲环先停止运动，A正确11. (2018德化县、永安市、漳平市高二联考)如图7所示，水平桌面上放置一铝板，在铝板正上方通过细线将磁性小球悬挂于O点，将小球拉至a处由静止释放，发现小球未接触铝板但很快停止摆动，铝板始终保持静止，下列判断中正确的是()图7A小球停止运动主要是由于铝板发生磁化的结果B小球由a摆至b过程，桌面对铝板的摩擦力向左C由于电磁感应，小球最后可能不停在最低点D小球由b摆至c过程，铝板对桌面的压力大于重力答案B解析小球由a摆至c过程，通过铝板的磁通量变化，产生感应电流，感应磁场阻碍磁性小球与铝板的相对运动小球由a摆至b过程，铝板对小球的力水平分量向左，小球对铝板的力水平分量向右；铝板保持静止，桌面对铝板的摩擦力向左，故A错误，B正确；小球由b摆至c过程，铝板对小球作用力的竖直分量向下，小球对铝板作用力的竖直分量向上；铝板对桌面的压力小于重力，故D错误；由能量守恒可知，磁性小球的机械能转化为铝板的内能，最终小球停在最低点，故C错误12.(2018北京师大附中高二期中)如图8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度释放，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()图8AA管是用塑料制成的，B管是用铜制成的BA管是用铝制成的，B管是用胶木制成的CA管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的DA管是用塑料制成的，B管是用胶木制成的答案A解析由题意可知，B管中小球下落的加速度要小于A管中小球下落的加速度，说明小球在B管时受到阻力作用；其原因是金属导体切割磁感线，从而使闭合的导体中产生感应电流，由于磁极间的相互作用而使小球受向上的阻力；故B管应为金属导体，如铜、铝、铁等，而A管应为绝缘体，如塑料、胶木等，故A正确，B、C、D错误13(2018江门市调研)如图9所示为游乐场中过山车的“磁力刹车装置”在过山车两侧安装铜片，停车区的轨道两侧安装强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与强力磁铁的相互作用使过山车能很快地停下，下列说法中错误的是()图9A过山车进入停车区时其动能转化成电能B过山车进入停车区的过程中两侧的铜片中会产生感应电流C把