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2018_2019学年高中物理课时分层作业6涡流选学教科版选修3_2

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                    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
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    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
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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(  )
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                                    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】
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                                    图  1­7­19
                                        1
    A.mgb                              B.2mv2+mgb
                                        1
    C.mg(b-a)                          D.2mv2+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
                                                              1
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=2mv2+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 (  )
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                                    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
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