物理沪科版选修3-2作业1-6涡流现象与电磁灶

课后篇巩固提升A组1.(多选)如图所示,A、B为大小形状均相同且内壁光滑、使用不同材料做成的圆管,竖直固定在相同的高度,两个相同的磁性小球,同时从A、B管上端的管口无初速释放,穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面。下面关于两管的描述中可能正确的是()A.A管是用塑料制成的,B管是用铜制成的B.A管是用铝制成的,B管是用胶木制成的C.A管是用胶木制成的,B管是用塑料制成的D.A管是用胶木制成的,B管是用铝制成的解析:穿过B管的小球后落地,说明在通过圆筒时受到了阻碍,由于圆筒光滑,该阻碍只有感应电流磁场与引起感应电流的磁场间的阻碍,即B圆管中产生了感应电流,为金属管;穿过A管的小球没有受到阻碍,A管为非金属管。选项A、D正确。答案:AD2.(多选)变压器的铁心是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是因为()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.增大铁心中的电阻,以产生更多的热量D.增大铁心中的电阻,以减少产生的热量解析:不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁心中的电阻,阻断涡流回路,来减少电能转化成铁心的内能,提高效率,这是防止涡流而采取的措施。本题正确选项是B、D。答案:BD3.下列设备或元件不是利用涡流的是()解析:金属探测器中变化的电流遇到金属物体,会在金属物体上产生涡流,属于涡流的利用;变压器是利用电磁感应原理来改变电压的,要避免涡流产生热量对变压器的影响,故不是利用涡流现象;真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化,在冶炼炉中产生涡流,从而产生大量的热量,属于涡流的利用;磁电式仪表利用涡流能让指针快速稳定,也是利用涡流现象。答案:B4.(多选)异步电动机模型如图所示,蹄形轻磁铁和矩形线框abcd均可绕竖直轴转动。现使线框沿逆时针方向保持匀速转动(从上往下看),则磁铁的运动情况是()A.磁铁沿逆时针方向(从上往下看)转动B.磁铁沿顺时针方向(从上往下看)转动C.磁铁由静止开始一直加速转动D.磁铁先由静止开始加速转动,后匀速转动解析:刚开始,由于磁铁静止,线框匀速转动,它们之间存在相对运动,因而在线框中产生感应电流。根据楞次定律可知,当线框中产生感应电流时,它阻碍磁铁与线框间的相对运动,因而磁铁与线框同方向转动,而且磁铁逐渐加速转动,只要磁铁的转速比线框的转速小,上述电磁感应现象一直存在,直到磁铁转速加大到与线框转速相等时,它们处于相对静止,此时线框中无电磁感应现象产生,线框和磁铁一起匀速转动。答案:AD5.以下关于涡流的说法中,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:根据涡流的产生原因(变化的磁场中的金属块、电流变化的线圈附近的导体中都产生涡流)知:涡流就是平时常见的感应电流,是因为穿过导体的磁通量发生变化而产生的,符合感应电流产生的原因,所以选项A正确、选项B错误;涡流和其他电流一样,也有热效应和磁效应,选项C错误;硅钢的电阻率大,产生的感应电流——涡流较小,不是不能产生涡流,选项D错误。答案:A6.(多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频交变电流,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多可采用()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:交变电流频率越高、电压越大,产生的磁场变化越快。在工作中引起的感应电动势越大,感应电流就越大,产生的热量越多,选项A、B正确,焊接缝接触电阻越大,电压越大,在此处产生的热量越多,越容易熔化焊接。答案:ABC7.有一个铜盘,轻轻拨动它,能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘,但并不与铜盘接触,如图所示,铜盘就能在较短的时间内停止。分析产生这种现象的原因。答案:磁铁放入后,铜盘内从中心到边缘辐向分布的导体会切割磁感线,导体内自成回路,产生涡流,涡流消耗机械能,所以很快就会停止转动。8.一金属细圆环用绝缘细绳悬挂,忽略空气阻力,圆环可做等幅摆动,若在圆环正下方放置一条形磁铁如图圆环将如何运动?解析:条形磁铁置于细圆环正下方,圆环运动时,穿过圆环的磁通量保持为零不变,细圆环的横截面积不计,所以环中无感应电流,圆环仍做等幅摆动。答案:见解析。B组1.电磁炉又名电磁灶,是现代厨房革命的产物,它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高,是一种高效节能厨具,完全区别于传统的有火或无火传导加热厨具。如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图,下列说法正确的是()A.电磁炉通电线圈加直流电,电流越大,电磁炉加热效果越好B.电磁炉原理是通电线圈加交变电流后,在锅底产生涡流,进而发热工作C.在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,电磁炉不能起到加热作用D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅,主要原因是这些材料的导热性能较差解析:电磁炉通电线圈加直流电,会产生恒定磁场,穿过锅底的磁通量不发生变化,不能产生涡流,所以没有加热效果,故A错误;电磁炉的原理是利用交变电流通过通电线圈产生交变磁场,在锅底产生涡流,进而发热工作,故B正确;在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,不会影响涡流的产生,因此不会影响电磁炉的加热作用,故C错误;金属锅自身产生无数小涡流而加热工作,陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料,不会产生涡流,无法加热工作,所以不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅不是因为其导热性能较差,故D错误。答案:B2.(多选)如图所示,a是一正方形小金属片,用一根绝缘细杆将其挂在固定点O,使其绕O点来回摆动,穿过水平方向的匀强磁场区域。已知磁感线方向跟线框平面垂直,若悬点摩擦和空气阻力均不计,则()A.金属片进入或离开磁场区域时,都产生感应电流,而且电流方向相反B.金属片进入磁场区域后越靠近OO'时速度越大,因而产生的感应电流也越大C.金属片开始摆动后,摆角会越来越小,摆角小到某一值后将不再减小D.金属片在摆动过程中,机械能会完全转化为金属片的电能解析:金属片进出磁场区域时,由楞次定律知,产生的涡流为逆时针方向,金属片从磁场中出来时产生顺时针方向的涡流。金属片完全进入磁场中后磁通量不再变化,故无涡流产生。故选项A正确,选项B错误。金属片进出磁场的过程,机械能转化成电能再转化为热能,故摆动幅度逐渐减小。当金属片全部在磁场区域内部摆动时,没有感应电流产生,故机械能守恒,振幅不变。答案:AC3.涡电流会使金属发热,人们利用这个原理制成了电磁灶。关于电磁灶,下列说法正确的是()A.电磁灶都是用高频交变电流工作的B.高频电磁灶有加热线圈,可以通过热传导将热能传导给锅体及锅内食物C.电磁灶和微波炉是一个道理,工作原理是一样的D.无论哪种电磁灶,都是利用涡流原理工作的解析:电磁灶都是用家用交变电流工作的,工频电磁灶就是直接用50Hz的电流工作,而不是用高频交变电流工作的,故选项A错误。高频电磁灶由加热线圈、灶面板、控制保护电路组成。通过电子开关,可以使加热线圈中产生高频率振荡电流,从而再使锅体内产生涡电流,用以加热食物。而不是直接用加热线圈去加热锅体内食物,故选项B错误。电磁灶是利用电磁感应现象产生涡流,而微波炉是利用电磁场产生电磁波,故选项C错误。电磁灶都是利用电磁感应产生的涡电流的热效应工作的,故选项D正确。答案:D4.如图所示,蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕OO'轴转动,线圈的运动情况是()A.俯视,线圈顺时针转动,转速与磁铁相同B.俯视,线圈逆时针转动,转速与磁铁相同C.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁的转速D.线圈静止不动解析:当磁铁转动时,由楞次定律知,线圈中有感应电流产生,以阻碍磁通量的增加,即感应电流的方向必定是使其受到的力矩的方向与磁铁转动方向相同,以阻碍磁通量的增加,因而线圈跟着转起来,但转速小于磁铁的转速。答案:C5.(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架,把线圈绕在铝框上,这样做的目的是()A.防止涡流而设计的B.利用涡流而设计的C.起电磁阻尼的作用D.起电磁驱动的作用解析:线圈通电后,在安培力作用下发生转动,铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,就是涡流。涡流阻碍线圈的转动,使线圈偏转后较快停下来。所以,这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用。答案:BC6.如图所示,光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连,水平轨道上方有一足够长的金属杆,杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上高为h的地方,无初速释放一磁铁B(可视为质点),B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动,设A、B的质量分别为M、m,若最终A、B速度分别为vA、vB。求:(1)螺线管A将向哪个方向运动?(2)全过程中整个电路所消耗的电能。解析:(1)磁铁B向右运动时,螺线管中产生感应电流,感应电流产生电磁驱动作用,使得螺线管A向右运动。(2)全过程中,磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能,所以有mgh=12Mv即E电=mgh12答案:(1)向右(2)mgh1教学建议1.重难点分析(1)本节教学重点:涡流的概念及其应用。电磁炉的工作原理。(2)本节教学难点:涡流现象及其应用。2.教法建议(1)教学中以通过演示实验,引导学生观察现象、分析实验的方法进行教学。(2)教师要通过大量的事例,对涡流现象的实际应用加以说明,以加深学生对涡流现象的认识。(3)培养学生用辩证唯物主义的观点认识问题。要认识到涡流对我们既有有利的一方面,也有不利的一方面。3.学法建议同学们在学习本节过程中要把握好两点:一是理解涡流的概念及其应用与防止。二是电磁炉的工作原理。参考资料涡流的防止及应用由于涡流引起导体大量发热,消耗电能,甚至会破坏电器设备的正常运行。所以,这样的涡流对人类是有害的。为了减少涡流造成的损害,有些电器设备的铁心不是整块的,而采用互相绝缘的硅钢片叠合而成,以增大电阻,减小涡流。涡电流也有可利用的一面。电磁驱动。如图甲所示,若使一金属圆盘紧靠磁铁的两极而不接触,使磁铁转动,在圆盘中会产生涡流,将阻碍它与磁铁的相对运动,因而使圆盘跟随磁铁运转起来,涡流的这种机械效应就是电磁驱动。家用电能表、汽车上的速率表也都应用了电磁驱动的原理。感应加热。在工业上广泛利用涡流所产生的热量来冶炼金属,焊接金属。生活中所用的电磁灶,也是利用