物理粤教选修3-2课后作业第1章-第7节涡流现象及其应用

1．(双选)(2013·宁德期末)在世博会期间，在入沪的交通路口，飞机场等设有安检门，利用涡流来探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通入交变电流．关于其工作原理，以下说法正确的是()
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】地磁场很弱，一般金属物品不一定能被磁化，即使金属物品被磁化磁性也很弱，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到，故D正确，答案为C、D.
【答案】CD
2．(2012·湛江检测)如图1－7－5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过磁场的过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，小球()
图1－7－5
A．整个过程做匀速运动
B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出过程中球做加速运动
C．整个过程都做减速运动
D．穿出时的速度一定小于初速度
【解析】小球的运动主要研究两个阶段．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，同理可知速度进一步减小，故选项D 正确．
【答案】 D
3．(2013·东莞检测)高频感应炉是用来熔化金属并对其进行冶炼的，如图1－7－6所示为高频感应炉的示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈中通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就会被熔化．这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适用于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()
图1－7－6
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用红外线
C．利用交变电流产生的交变磁场在炉内金属中产生涡流
D．利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
【解析】高频感应炉外绕有线圈，当线圈同大功率高频电源接通时，高频交变电流在线圈内激发出很强的高频交变磁场，这时放在炉内被冶炼的金属因电磁感应而产生涡流，释放出大量的热量，结果使自身熔化．
【答案】 C
4．如图1－7－7所示，一块长方体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，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从铝板的左端沿中线向右端滚动，则()
图1－7－7
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速滚动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向不会发生改变
【解析】铝环在运动的过程中磁通量不发生变化，无感应电流产生，机械能守恒，则铝环将保持匀速滚动，选项B正确．
【答案】 B
5．某磁场的磁感线如图1－7－8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，线圈中的涡流方向是()
图1－7－8
A．始终顺时针
B．始终逆时针
C．先顺时针再逆时针
D．先逆时针再顺时针
【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，故C项正确．【答案】 C
6．(2013·苏州检测)如图1－7－9所示，矩形线圈放置在水平薄木板上，有两块相同的蹄形磁铁，四个磁极之间的距离相等，当两块磁铁匀速向右通过线圈时，线圈仍静止不动，那么线圈受到木板的摩擦力方向是()
图1－7－9
A．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
【解析】根据楞次定律的“阻碍变化”知“来拒去留”知，当两磁铁靠近线圈时，线圈要阻碍其靠近，线圈有向右移动的趋势，受木板的摩擦力向左，当磁铁远离时，线圈要阻碍其远离，仍有向右移动的趋势，受木板的摩擦力方向仍是向左的，故选项D正确．
【答案】 D
7．如图1－7－10所示，一条形磁铁在图示位置由静止开始下落穿过采用双线绕成的闭合线圈，则条形磁铁从下落到穿过线圈的过程中可能做()
图1－7－10
A．匀减速运动
B．匀速运动
C．非匀变速运动
D．自由落体运动
【解析】双线绕成的线圈相当于两个闭合线圈，发生电磁感应时，这两个线圈中的电动势方向始终相反，故两线圈中没有电流，当磁铁从线圈中穿过时，不会受到阻碍，因此将做自由落体运动．
【答案】 D
8．如图1－7－11所示，把一个闭合线框放在蹄形磁铁的两磁极之间，蹄形磁体可以绕竖直轴转动，闭合线框也可绕竖直轴转动，当蹄形磁铁逆时针(从上往下看)转动时，有关线圈的运动下列说法正确的是()
图1－7－11
A．线圈将沿顺时针方向转动
B．线圈仍保持静止
C．线圈将沿逆时针方向转动，转速与磁铁相同
D．线圈将沿逆时针方向转动，转速比磁铁小
【解析】根据电磁运动可知，磁铁转动，线圈会产生感应电流并受到安培力作用，这个安培力驱动线圈转动，其转动的效果是阻碍它们的相对运动，因此线圈转动方向与磁铁相同，但转速比磁铁小．故正确答案为D.
【答案】 D
9．如图1－7－12所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()
图1－7－12
A．做等幅振动
B．做阻尼振动
C．振幅不断增大
D．无法判定
【解析】小球在通电线圈磁场中运动，小球中产生涡流，故小球要受到安培力作用阻碍它的相对运动做阻尼振动．故B正确．
【答案】 B
10．(双选)(2013·梅州检测)一块铜片置于如图1－7－13所示的磁场中，如果用力把这块铜片从磁场拉出或把它进一步推入，在这两个过程中有关磁场对铜片的作用力，下列叙述正确的是()
图1－7－13
A．拉出时受到阻力
B．推入时受到阻力
C．拉出时不受磁场力
D．推入时不受磁场力
【解析】对于铜片，无论是拉出还是推入过程中，铜片内均产生涡流，外力都要克服安培力做功，所以，选项A、B正确．
【答案】AB
11．在科技馆中常看到这样的表演：一根长1 m左右的空心铝管竖直放置，如图1－7－14甲所示，把一枚磁性很强的小圆片从铝管上端放入管口，圆片直径略小于铝管
的内径．从一般经验来看，小圆片自由落下1 m左右的时间不会超过0.5 s，但把小圆片从上端管口放入管中后，过了许久才从铝管下端落出，小圆片在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆片靠着铝管，也不见它们相互吸引，是什么原因使小圆片在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管如图1－7－14乙所示，圆片在铝管中下落就快多了，这又是为什么？
甲乙
图1－7－14
【答案】磁性小圆片在铝管内下落过程中，穿过铝管任一横截面的磁通量发生变化，铝管中有感应电流(涡流)产生，此感应电流会阻碍小圆片下落；而有裂缝的铝管的任一横截面均为开路，不会形成感应电流，因而无电磁阻尼．
12．我们用来煮食物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，还有直接以电热方式加热的，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1－7－15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随电流不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢铁)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，这些内能便能起到加热物体的作用从而煮熟食物．
图1－7－15
电磁炉的特点是：效率比一般的炉子都高，炉面无明火，无烟无废气，火力强劲，
安全可靠．
因为电磁炉是由电磁感应产生电流，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，只要是锅底能被磁铁吸住的就能用．适用于电磁炉的烹饪器具有不锈钢锅、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)电磁炉所用的锅不能用陶瓷锅、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置一纸板，电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？
【解析】(1)①电流的磁效应(或电生磁)；②电磁感应现象(或磁生电)；③电流的热效应(或焦耳定律)．(2)瓷和玻璃不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低．(3)能起到加热作用，因为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，利用电流的热效应起到加热作用．
【答案】见解析。