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2019-2020年高中物理 1.3電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用知能優(yōu)化訓(xùn)練 魯科版選修3-2 1．下列對渦流的認(rèn)識(shí)，不正確的是(　　) A．大塊金屬中無感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，直接產(chǎn)生了渦流 B．渦流對生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)既有利又有危害 C．渦流的形成是遵從電磁感應(yīng)規(guī)律的 D．渦流的主要效應(yīng)是電流的熱效應(yīng)和磁效應(yīng) 解析：選A.渦流是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵從電磁感應(yīng)規(guī)律，是一種自成回路的旋渦電流，由閉合電路歐姆定律可知，有電流必有電動(dòng)勢，故A錯(cuò)，C正確．由于整塊金屬導(dǎo)體的電阻一般情況下很小，所以產(chǎn)生的渦流很大，因而其熱效應(yīng)和磁效應(yīng)很明顯，渦流的熱效應(yīng)可以用來加熱或冶煉金屬，但有時(shí)也產(chǎn)生危害，如使某些元件發(fā)熱，故渦流既有有利的一面，也有不利的一面，所以B、D均正確，故選A. 2．關(guān)于磁卡，下列說法正確的是(　　) A．記錄信息時(shí)，是利用的電磁感應(yīng)原理 B．讀取數(shù)據(jù)時(shí)，是利用的電流的磁效應(yīng) C．磁卡上涂有磁性材料，數(shù)據(jù)就記錄在這層磁性材料上 D．以上說法都不對 解析：選C.磁卡記錄信息時(shí)，是利用的電流的磁效應(yīng)，讀取信息時(shí)，是利用的電磁感應(yīng)原理，所以A、B均錯(cuò)誤，磁卡上涂有磁性材料被不同程度地磁化而記錄下信息，所以C對，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 3．高頻感應(yīng)爐是用來熔化金屬對其進(jìn)行冶煉的，圖1－3－5所示為高頻感應(yīng)爐的示意圖．冶煉鍋內(nèi)被裝入冶煉的金屬，線圈通入高頻交變電流，這種冶煉方法速度快，溫度容易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被煉金屬中，因此適于冶煉特種金屬．該爐的加熱原理是(　　) 圖1－3－5 A．利用線圈中電流產(chǎn)生的焦耳熱 B．利用紅外線 C．利用交變電流的磁場在冶煉鍋內(nèi)金屬中產(chǎn)生的渦流 D．利用交變電流的交變磁場所激發(fā)的電磁場 解析：選C.高頻感應(yīng)爐是利用了電磁感應(yīng)的原理，給線圈通入高頻交變電流后，冶煉鍋內(nèi)待冶煉的金屬在快速變化的磁場中被感應(yīng)出很強(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱量使金屬熔化 4．動(dòng)圈式話筒和動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似，下列有關(guān)它們的工作原理敘述正確的是(　　) ①話筒是應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理工作的 ②話筒是應(yīng)用了電流的磁效應(yīng)原理工作的 ③揚(yáng)聲器是應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理工作的 ④揚(yáng)聲器是應(yīng)用了電流的磁效應(yīng)原理工作的 A．①③　 B．①④ C．②③ D．②④ 解析：選B.揚(yáng)聲器的工作原理是：音頻電流通過處在磁場中的音圈(線圈)，電流受到磁場力而引起振動(dòng)，發(fā)出聲音，利用了電流的磁效應(yīng)．話筒的工作原理是：聲音引起膜片在磁場中振動(dòng)，產(chǎn)生隨之變化的感應(yīng)電流，其原理是電磁感應(yīng)． 5．在現(xiàn)代家庭的廚房中，電磁爐(如圖1－3－6甲)是家庭主婦非常青睞的炊具，它具有熱效率高、溫控準(zhǔn)確、安全性好、清潔衛(wèi)生等特點(diǎn)．利用以下材料并結(jié)合已學(xué)習(xí)的電磁學(xué)知識(shí)分析、討論相關(guān)問題． 圖1－3－6 如圖乙所示是描述電磁爐工作原理的示意圖．爐子的內(nèi)部有一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場，這個(gè)磁場的大小和方向是隨電流不斷變化的，這個(gè)變化的磁場又會(huì)使放在電磁爐上面的鐵質(zhì)(或鋼質(zhì))鍋底內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于鍋底有電阻，所以感應(yīng)電流又會(huì)在鍋底產(chǎn)生熱效應(yīng)，這些熱能便能起到加熱物體的作用從而煮食． 因?yàn)殡姶艩t是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，所以不是所有的鍋或器具都適用．適合放在電磁爐上烹飪的器具有：不銹鋼鍋、不銹鋼壺、平底鐵鍋；不適用的有：陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋、鋁鍋、銅鍋等． 綜合以上材料分析以下問題： (1)在電磁爐加熱食物的過程中涉及的物理原理有(回答三個(gè)即可)： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________； ③________________________________________________________________________. (2)電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋、耐熱玻璃鍋的原因是________________________；電磁爐所用的鍋不能用鋁鍋、銅鍋的原因是________________________________________________________________________． (3)在鍋和電磁爐中間放一紙板，則電磁爐還能起到加熱作用嗎？為什么？ 解析：(1)①電流的磁效應(yīng)(或電生磁)；②電磁感應(yīng)現(xiàn)象(或磁生電)；③電流的熱效應(yīng)(或焦耳定律)． (2)陶瓷和玻璃是絕緣體，不能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象；鋁、銅的導(dǎo)磁性太差，效率低． (3)能起到加熱作用，因?yàn)榫€圈產(chǎn)生的磁場能穿透紙板到達(dá)鍋底，在鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用電流的熱效應(yīng)起到加熱作用． 答案：見解析 一、單項(xiàng)選擇題 1．下列哪些儀器不是利用渦流工作的(　　) A．電磁爐　　　　　B．微波爐 C．金屬探測器 D．真空冶煉爐 解析：選B.微波爐是利用微波能量易被水吸收的原理達(dá)到加熱食物的目的，不是利用渦流工作的．故應(yīng)選B. 2．下列做法中可能產(chǎn)生渦流的是(　　) A．把金屬塊放在勻強(qiáng)磁場中 B．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動(dòng) C．讓金屬塊在勻強(qiáng)磁場中做變速運(yùn)動(dòng) D．把金屬塊放在變化的磁場中 解析：選D.渦流就是整個(gè)金屬塊中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，所以產(chǎn)生渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化．而A、B、C中磁通量不變化，所以A、B、C錯(cuò)誤；把金屬塊放在變化的磁場中時(shí)，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生，所以D正確． 3．關(guān)于真空冶煉和電熨斗的說法正確的是(　　) A．它們都是只利用電流的熱效應(yīng)原理工作的 B．它們都是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的渦流工作的 C．前者是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的渦流及電流的熱效應(yīng)工作的，后者是利用電流的熱效應(yīng)工作的 D．前者利用的是變化的電流，后者利用的是恒定的電流 解析：選C.真空冶煉是利用渦流及電流的熱效應(yīng)，電熨斗利用電流的熱效應(yīng)，所以真空冶煉需要變化的交流電產(chǎn)生變化的磁場，電熨斗可用直流電也可用交流電，應(yīng)選C. 4．在電磁爐使用過程中，以下說法正確的是(　　) A．線圈產(chǎn)生熱量給食物加熱 B．電磁爐不消耗電能 C．電磁爐通過線圈把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，在形成渦流過程中，又把磁場能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D．在電磁爐和感應(yīng)爐中都不遵守能量守恒定律 解析：選C.在電磁爐使用過程中，是鍋底的渦流產(chǎn)生熱給食物加熱，故選項(xiàng)A錯(cuò)；電磁爐通過電流時(shí)，因其各構(gòu)件工作，也會(huì)消耗部分電能，故B錯(cuò)；C項(xiàng)描述的能量轉(zhuǎn)化過程完全正確；任何物理過程都要遵守能量守恒定律，故D項(xiàng)錯(cuò)誤． 5. 如圖1－3－7所示，在光滑絕緣水平面上，有一鋁質(zhì)金屬球以一定的初速度通過有界勻強(qiáng)磁場，則從球開始進(jìn)入磁場到完全穿出磁場過程中(磁場寬度大于金屬球的直徑)，小球(　　 圖1－3－7 A．整個(gè)過程勻速 B．進(jìn)入磁場過程中做減速運(yùn)動(dòng)，穿出過程做加速運(yùn)動(dòng) C．整個(gè)過程都做勻減速運(yùn)動(dòng) D．穿出時(shí)的速度一定小于初速度 解析：選D.鋁球進(jìn)入和穿出磁場時(shí)穿過鋁球的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生渦流，產(chǎn)生熱量，動(dòng)能減少，故選D項(xiàng)． 6．關(guān)于磁卡在記錄信息和讀取信息過程中的主要工作原理，下列說法正確的是(　　) A．讀取信息過程是電磁感應(yīng)；記錄信息過程是電流的磁效應(yīng) B．記錄信息過程是電磁感應(yīng)；讀取信息過程是電流的磁效應(yīng) C．記錄信息和讀取信息過程都是電磁感應(yīng) D．記錄信息和讀取信息過程都是磁場對電流的作用 解析：選A.根據(jù)磁卡的工作原理知，記錄信息時(shí)是電流的磁效應(yīng)，讀卡時(shí)是電磁感應(yīng)，故選項(xiàng)A正確． 7．如圖1－3－8所示，A、B兩圖是把帶絕緣層的線圈繞在軟鐵上，C、D兩圖是把帶絕緣層的線圈繞在有機(jī)玻璃上，則能產(chǎn)生渦流的是(　　) 圖1－3－8 解析：選A.只有穿過整個(gè)導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化，才產(chǎn)生渦流，B錯(cuò)在是直流電源，C、D不是導(dǎo)體． 8．機(jī)場的安檢門可以利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品，安檢門中接有線圈，線圈中通以交變電流．關(guān)于其工作原理，以下說法正確的是(　　) A．人身上攜帶的金屬物品會(huì)被地磁場磁化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．人體在線圈交變電流產(chǎn)生的磁場中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并在金屬物品中產(chǎn)生感應(yīng)電流 C．線圈產(chǎn)生的交變磁場不會(huì)在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流 D．金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 解析：選D.一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場很弱，即使金屬物品被磁化磁性也很弱；作為導(dǎo)體的人體電阻很大，且一般不會(huì)與金屬物品構(gòu)成回路，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤；安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產(chǎn)生交變磁場，使金屬物品中產(chǎn)生渦流，故C錯(cuò)誤；該渦流產(chǎn)生的磁場又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，而線圈中交變電流的變化可以被檢測，故D正確． 9. 如圖1－3－9所示，在O點(diǎn)正下方有一個(gè)具有理想邊界的磁場，銅環(huán)在A點(diǎn)由靜止釋放，向右擺至最高點(diǎn)B，不考慮空氣阻力，則下列說法正確的是(　　) 圖1－3－9 A．A與B兩點(diǎn)位于同一水平線 B．A點(diǎn)高于B點(diǎn) C．A點(diǎn)低于B點(diǎn) D．銅環(huán)將做等幅擺動(dòng) 解析：選B.銅環(huán)在進(jìn)入和穿出磁場過程中，穿過環(huán)的磁通量發(fā)生變化，環(huán)中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)中電能增加，機(jī)械能減小，故B點(diǎn)高度低于A點(diǎn)高度，選項(xiàng)B正確． 10．光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖1－3－10所示，拋物線的方程是y＝x2，下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場中．磁場的上邊界是y＝a的直線(圖中的虛線所示)，一個(gè)小金屬塊從拋物線上y＝b(b>a)處以初速度v沿拋物線下滑．假設(shè)拋物線足夠長，金屬塊沿拋物線下滑后產(chǎn)生的焦耳熱總量是(　　) 圖1－3－10 A．mgb B.mv2 C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2 解析：選D.金屬塊進(jìn)出磁場時(shí)．會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，損失機(jī)械能而使金屬塊所能達(dá)到的最高位置越來越低，當(dāng)金屬塊所能達(dá)到的最高位置為y＝a時(shí)，金屬塊不再進(jìn)出磁場，不再產(chǎn)生焦耳熱．金屬塊機(jī)械能不再損失，在磁場中往復(fù)運(yùn)動(dòng)． 由于金屬塊減少的動(dòng)能和重力勢能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以Q＝|ΔEp＋ΔEk|＝mg(b－a)＋mv2. 二、非選擇題 11. 如圖1－3－11所示，把一個(gè)金屬板放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，蹄形磁鐵和金屬板都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)蹄形磁鐵時(shí)，金屬板也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來，請解釋這種現(xiàn)象． 圖1－3－11 解析：當(dāng)蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過金屬板的磁通量就發(fā)生變化．例如，金屬板處于圖示的初始狀態(tài)時(shí)，穿過金屬板的磁通量為零，蹄形磁鐵一轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過板中的磁通量就增加了，此時(shí)板中就有感應(yīng)電流(渦流)產(chǎn)生，就要受安培力的作用，使其與磁鐵沿相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)． 答案：見解析 12．在科技館中常看到這樣的表演：一根長1 m左右的空心鋁管豎直放置(圖1－3－12甲)，把一枚磁性很強(qiáng)的小圓片從鋁管上端放入管口，圓片直徑略小于鋁管的內(nèi)徑．從一般經(jīng)驗(yàn)來看，小圓片自由落下1 m左右的時(shí)間不會(huì)超過0.5 s．但把小圓片從上端管口放入管中后，過了許久才從鋁管下端落出．小圓片在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沒有感覺到它跟鋁管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，把小圓片靠著鋁管，也不見它們相互吸引．是什么原因使小圓片在鋁管中緩慢下落呢？如果換用一條有裂縫的鋁管(圖乙)，圓片在鋁管中下落的速度就快多了．這又是為什么？ 圖1－3－12 解析：磁性小圓片在鋁管中下落過程中，穿過圓筒任一截面的磁通量發(fā)生變化，故鋁管中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，此感應(yīng)電流會(huì)阻礙磁片下落．而有裂縫的鋁管在任一截面回路均為開路，不會(huì)形成感應(yīng)電流，因而不阻礙磁片下落． 答案：見解析