专题二十二 涡流-高中物理专题题型精讲精练(人教版选择性必修二)

专题二十二 涡流基本知识点1．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P ＝I 2R 知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。

2．涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。

如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则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．注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。

(2)磁场变化越快⎝⎛⎭⎫ΔB Δt 越大，导体的横截面积S 越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。

例题分析一、对涡流的理解例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解析 涡流本质上是感应电流，是导体自身构成回路，在穿过导体的磁通量变化时产生的，所以A 对，B 错．涡流不仅有热效应，同其他电流一样也有磁效应，C 错．硅钢电阻率大，产生的涡流较小，但仍能产生涡流，D 错．答案 A归纳总结：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。

(1)途径一：增大铁芯材料的电阻率。

(2)途径二：用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯。

(对应训练)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 D二、涡流在电磁炉中的应用例2如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯解析通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．答案 C归纳总结：(1)穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件．(2)涡流只能产生在导体内部．(对应训练)如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。

电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。

关于电磁炉，以下说法中正确的是()A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的解析电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，A、D错误，B正确；C项是微波炉的加热原理，C错误。

答案B三、涡流在焊接中的应用例3如图所示是高频焊接原理示意图，线圈中通以高频交流电时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法中正确的是()A．交流电的频率越高，焊缝处的温度升高得越快B．交流电的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大解析线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流的大小与感应电动势有关，电流变化的频率越高，感应电动势就越大，A选项正确．工件上焊缝处的电阻大，电流产生的热量多，D选项正确．故正确答案为A、D.答案AD归纳总结：用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流．涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．(对应训练)高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示．将半径为10 cm 的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1 000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B 的变化率为102π T/s.焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍．工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R 0＝10－2π Ω·m －1，焊接的缝宽非常小．则焊接过程中焊接处产生的热功率为________．(计算中可取π2＝10，不计温度变化对电阻的影响，结果保留一位有效数字)解析 金属工件中产生的感应电动势E 由法拉第电磁感应定律计算：E ＝ΔΦΔt ＝ΔB Δtπr 2＝ 2 V 金属工件的电阻R ＝2πr ·R 0＋99×2πr·R 0＝2 Ω金属元件中的电流I ＝E R ＝22A 所以焊接处的热功率P ＝I 2×99×2πr ·R 0＝1 W.答案 1 W专题训练1．变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了( )A ．增大涡流，提高变压器的效率B ．减小涡流，提高变压器的效率C ．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量D ．增大铁芯中的电阻，以减少发热量解析 不使用整块硅钢而采用很薄的硅钢片，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，来减少电能转化成铁芯的内能，提高效率，是防止涡流而采取的措施．答案BD2．下列有关金属探测器工作原理叙述正确的是()A．金属探测器是利用电流的热效应原理工作的B．当金属探测器在探测到金属时，会在探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声C．金属探测器自身不产生迅速变化的磁场时，仍可以探测到金属物质而正常工作D．金属探测器在正常工作时，自身会产生迅速变化的磁场，从而使探测器附近的金属内部产生涡流，影响原来的磁场，引发报警解析金属探测器利用的是电磁感应现象，故A、C错误；金属探测器探测金属时，被测金属中感应出涡流，故B错误；探测过程中工作时，当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化，产生涡流，影响原来的磁场，引发报警，故D 正确．解析 D3．如图所示，A、B两图是把带绝缘层的线圈绕在软铁上，C、D两图是把带绝缘层的线圈绕在有机玻璃上，则能产生涡流的是()解析只有穿过整个导体的磁通量发生变化，才产生涡流，B是直流电源不能产生涡流，C、D不是导体，故只有A能产生涡流．答案 A4．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，高频感应炉的示意图如图4-7-13所示．冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，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．因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是()A．利用线圈中电流产生的焦耳热B．利用红外线C．利用交变电流的磁场在冶炼炉内的金属中产生的涡流D．利用交变电流的交变磁场所激发的电磁场解析高频感应炉是利用了电磁感应的原理，给线圈通入高频交变电流后，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中产生很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化．答案 C5．高频焊接原理示意图，如图所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用()A．增大交变电流的电压B．增大交变电流的频率C．增大焊接缝的接触电阻D．减小焊接缝的接触电阻解析增大交变电流的电压和交变电流的频率均可使电流的变化率增大，由E＝n ΔΦΔt知，感应电动势和涡流均增大，焊接处的发热功率增大，若增大焊接缝的接触电阻，则焊接处的电压、功率分配就越大，产生的热量就会越大，故A、B、C正确，D错误。

答案ABC6．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．这个安检门也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错误，B正确；若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使金属物品产生电流，因而不能检查出金属物品携带者，C错误；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正确。

答案BD7．如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是()A．探测器内的探测线圈会产生变化磁场B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流解析探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。

答案AD8．关于涡流，下列说法中正确是()A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置B．家用电磁炉是利用涡流来加热食物的C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流解析高频冶炼炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，故A正确；电磁炉利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，当含铁质锅具放置炉面时，铁磁性锅体被磁化，在锅具底部产生交变的涡流来加热食物，故B正确；阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属板从磁场中穿过时，金属板板内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用，故C正确；在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是为了减小涡流，故D错误．答案ABC9．下列图中，A图是真空冶炼炉，可以冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是工人穿上金属丝织成的衣服可以屏蔽外电场，高压带电作业；D图是安检门，可以探测人身是否携带金属物品，以上不属于涡流现象的是()A B C D解析线圈接高频交流电源，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶炼炉中产生高频电场，合金块中形成涡流，故A项不符合题意；充电器工作时有交变电流通过，交变电流产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，铁芯中形成涡流，故B项不符合题意；金属丝织成的衣服形成一个导体壳，壳外有电场时，壳内场强保持为0，高压外电场不会对内部产生影响，是静电屏蔽现象，故C项符合题意；安检门中交变电流产生交变磁场，会在金属物品中产生感应电流(涡流)，金属物品中感应电流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故D项不符合题意。