2019高中物理 课时分层作业6 涡流(选学)教科版选修3-2

课时分层作业(六) 涡流（选学）
[基础达标练]
(时间：15分钟分值：50分)
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．下列应用中哪些与涡流无关( )
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
D[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，故选D.] 2．(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( )
【导学号：24622045】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
CD[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．]
3．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1­7­12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( )
甲乙
图1­7­12
A．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
B[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．]
4．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图1­7­13所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，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1­7­13
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用线圈中电流产生的磁场
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电
C[高频感应炉的原理是：给线圈通以高频交变电流后，线圈产生高频变化的磁场，磁场穿过金属，在金属内产生强涡流，由于电流的热效应，可使金属熔化．故只有C正确．]
5. (多选)如图1­7­14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1­7­14
A．若是匀强磁场，球滚上的高度小于h
B．若是匀强磁场，球滚上的高度等于h
C．若是非匀强磁场，球滚上的高度等于h
D．若是非匀强磁场，球滚上的高度小于h
BD[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．] 6．(多选)如图1­7­15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1­7­15
A．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，但运动方向不会发生改变
AD[铝球中产生涡流，球的能量要损失．由于沿磁铁中线运动，铝球左右两侧受力平衡，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．]
二、非选择题(14分)
7.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1­7­16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1­7­16
【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受空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，磁铁的机械能损失较快，因而会很快停下来．【答案】见解析
[能力提升练]
(时间：25分钟分值：50分)
一、选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分)
1.如图1­7­17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1­7­17
A．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
D[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，由能量的转化与守恒可知，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．]
2．(多选)如图1­7­18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( )
【导学号：24622046】
图1­7­18
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
AB[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．]
3.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图1­7­19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y＝a的直线(图中虚线所示)，一个金属块从抛物线上y＝b(b＞a)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( )
【导学号：24622047】
图1­7­19
A ．mgb
B.12mv 2＋mgb C ．mg (b －a ) D.12
mv 2＋mg (b －a ) D [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：Q ＝ΔE ＝12
mv 2＋mg (b －a )，故D 正确．]
4．(多选)如图1­7­20所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO ′转动．从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则( )
图1­7­20
A ．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同
B ．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小
C ．线圈转动时将产生大小、方向周期性变化的电流
D ．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda
BC [当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生大小、方向周期性变化的电流，故C 项正确，D 项错误；由楞次定律可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度．如果两者的角速度相同，磁感线与线圈处于相对静止，线圈不切割磁感线，无感应电流产生．]
5．(多选)如图1­7­21，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动．现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速．在圆盘减速过程中，以下说法正确的是 ( )
图1­7­21
A ．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高
B ．所加磁场越强越易使圆盘停止转动
C ．若所加磁场反向，圆盘将加速转动
D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动
ABD[由右手定则可知，处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高，A项正确；根据E＝BLv可知所加磁场越强，则感应电动势越大，感应电流越大，产生的阻碍圆盘转动的安培力越大，则圆盘越容易停止转动，B项正确；若加反向磁场，安培力仍是阻力，阻碍圆盘的转动，故圆盘仍减速转动，C项错误；若所加磁场穿过整个圆盘，穿过圆盘的磁通量没有变化，则圆盘中无感应电流，不产生安培力，圆盘匀速转动，D项正确．]
二、非选择题(共20分)
6．如图1­7­22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1­7­22
(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P＝I2R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P＝I2R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。