2021-2022版高中物理-第四章-电磁感应-6-互感和自感课时练习新人教版选修3-2.doc

2021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 6 互感和自感课时练习新人教版选修3-2

2021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 6 互感和自感课时练习新人教版选修3-2

年级：
姓名：

- 9 -

互感和自感
(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.下列说法中正确的是 (　　)
A.线圈中电流均匀增大,磁通量的变化率也将均匀增大
B.线圈中电流减小到零,自感电动势也为零
C.自感电动势的方向总是与原电流方向相反
D.自感现象是线圈自身电流变化而引起的电磁感应现象
【解析】选D。因为电流均匀增大,产生的磁场强度也均匀增大,所以磁感应强度也均匀增大,磁通面积不变,所以磁通量也线性变化,但磁通量的变化率却不变,故A错误;根据E=L可知,电流减小到零,自感电动势可以不变,故B错误;由楞次定律知产生的自感电动势,可与原电流方向相反,可与其相同,故C错误;根据感应电流产生条件,则自感现象是线圈自身电流变化而引起的电磁感应现象,故D正确。
2.在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流的变化而引起的自感现象,采用如图所示的双线绕法,其理由是(　　)

A.电路中电流变化时,两股导线中产生的自感电动势互相抵消
B.电路中电流变化时,两股导线中产生的感应电流互相抵消
C.电路中电流变化时,两股导线中产生的磁通量互相抵消
D.电路中电流变化时,电流的改变量互相抵消
【解析】选C。两个线圈中的电流大小相等,线圈匝数相等,并且铁芯相同,所以每个线圈产生的磁场强度相同。由于两个线圈的绕向相同,但电流方向相反,所以其磁场方向相反。两者磁性强度相同,磁场方向相反,相互抵消,所以螺旋管内没有磁场,两股导线中原电流的磁通量相互抵消。故选C。
3.某同学在做如图所示的自感实验中,灯泡两端并联了自感系数L很大的自感线圈,其直流电阻大于灯泡电阻。关于该实验,下列说法正确的是(　　)

A.S接通瞬间,灯泡会逐渐变亮
B.S接通稳定时,灯泡会熄灭
C.S断开后的瞬间,灯泡的电流从右向左
D.S断开后,灯泡会闪亮一下再熄灭
【解析】选C。闭合开关的瞬间,电压直接加到灯泡两端,所以灯泡立即亮;由于线圈中自感电动势的阻碍,流过线圈的电流逐渐增大,闭合开关稳定后,自感作用消失,通过灯泡的电流比开始时略小,但灯泡不会熄灭,故A、B错误;闭合开关,待电路稳定后断开开关,线圈产生的自感电动势维持自身的电流且逐渐减小,线圈与灯泡构成自感回路,电流的方向从右向左流过灯泡,灯泡逐渐熄灭;由于线圈的直流电阻大于灯泡电阻,则电路中的电流稳定时灯泡中的电流大于线圈中的电流,线圈产生的自感电动势维持自身的电流且逐渐减小,所以灯泡逐渐熄灭,不会闪亮一下,故C正确,D错误。故选C。
4.如图A1、A2是两个理想电流表,AB和CD两支路直流电阻相同,R是变阻器,L是带铁芯的线圈,下列结论正确的有(　　)

A.闭合S时,A1示数大于A2示数
B.闭合S后(经足够长时间),A1示数等于A2示数
C.断开S时,A1示数大于A2示数
D.断开S后的瞬间,通过R的电流方向与断开S前方向相同
【解析】选B。闭合开关的瞬间,L所在电路上线圈产生自感电动势,阻碍电流的增大,A1的示数小于A2的示数,故A错误;开关S闭合稳定后,L不再阻碍,因两支路直流电阻相同,则A1的示数等于A2的示数,故B正确;断开开关,R中原来电流立即消失,L中产生自感电动势,相当于电源,R、L串联,A1的示数等于A2的示数,且流过R的电流反向,故C、D错误。
5.如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略,下列说法中正确的是(　　)

A.合上开关K接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮
B.合上开关K接通电路时,A2始终比A1亮
C.断开开关K切断电路时,A2先熄灭,A1过一会儿才熄灭
D.断开开关K切断电路时,A1和A2都立刻熄灭
【解析】选A。合上开关K接通电路时,因线圈L中产生了反向电流,且很快消失,故A2先亮,A1后亮,最后一样亮,A选项正确;断开开关K切断电路时,电路中电流消失,而线圈L中也会产生电流从而阻碍电流的消失,线圈L中的电流供A1和A2同时使用,故两个灯泡都要过一会儿才熄灭,故C、D均错误;综上所述,本题选A。
【加固训练】如图所示的电路中,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。某时刻闭合开关S,经过一段时间后,灯泡D正常发光。下列说法正确的是 (　　)

A.闭合S,灯泡D中的电流逐渐增大到一稳定值
B.断开S,灯泡D先闪亮一下再熄灭
C.断开S,灯泡D中的电流方向与原来相反
D.断开S,电感L中的电流方向与原来相反
【解析】选C。闭合S瞬间,由于线圈的电流变大,导致其产生电动势,从而阻碍电流的变大,所以电阻R中的电流逐渐增大,电源消耗的内电压增大,则灯泡两端的电压减小,灯泡的电流逐渐减小,故A错误;由于电阻R的阻值大于灯泡D的阻值,所以电路稳定后R上的电流小于灯泡的电流,断开S,灯泡不会闪亮,故B错误;断开S瞬间,线圈电流变小,从而产生电动势,维持R与L内的电流方向不变,该电流流过灯泡时电流的方向与原来相反,故C正确,D错误。
6.如图所示,图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终灯A2与灯A3的亮度相同。下列说法正确的是 (　　)

A.图甲中,A1的电阻比L1的直流电阻大
B.图甲中,闭合开关S1,电路稳定后,A1中的电流大于L1中的电流
C.图乙中,变阻器R连入电路的电阻比L2的直流电阻大
D.图乙中,闭合开关S2瞬间,L2中的电流与变阻器R中的电流相等
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
(1)闭合开关的瞬间,通过线圈的电流增大,产生自感电动势。
(2)根据楞次定律分析电流的变化,判断通过两灯电流的关系。
(3)待电路稳定后断开开关,线圈产生自感电动势,分析通过两灯的电流关系,判断两灯是否同时熄灭。
【解析】选A。图甲中,断开S1的瞬间,A1灯突然闪亮,是因为电路稳定时,L1的电流大于A1的电流,可知L1的电阻小于A1的电阻,故A正确;图甲中,闭合S1,电路稳定后,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,说明灯泡中的电流小于线圈中的电流,故B错误;图乙中,因为要观察两只灯泡发光的亮度变化,两个支路的总电阻相同,因两个灯泡电阻相同,所以变阻器R与L2的电阻值相同,故C错误;图乙中,闭合S2瞬间,L2对电流有阻碍作用,所以L2中电流与变阻器R中电流不相等,故D错误。
二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)如图是测定自感系数很大的线圈L电阻的电路,L两端并联一只电压表(电压表的内阻RV很大),用来测电感线圈的直流电压,在测量完毕后将电路解体时,为了电表的安全,应该先断开开关______(选填“S1”或“S2”)。 

【解析】若先断开开关S1或先拆去电流表或先拆去电阻R,L和电压表组成回路,原先L中有较大的电流通过,由于L的自感作用,现在这个电流将通过电压表,造成电表损坏。所以为了电表的安全,应该先断开开关S2。
答案:S2
8.(12分)如图所示,线圈电感系数L=2.4 H,电源电动势ε=10 V。在调节滑动变阻器R的瞬时,由于电流变化,在线圈上产生的自感电动势为3 V,其极性为下正上负(Ub>Ua)。求:

(1)此时电流变化率多大?变阻器滑动头向哪个方向滑动?
(2)若S断开瞬间,电流在0.1 s内由5 A减小到零,在开关S两端的电压多大?哪端电势高?
【解析】(1)在线圈上产生自感电动势为3 V,根据自感电动势公式为:E=L,
则有: = = A/s=1.25 A/s
因极性为下正上负,由楞次定律可知,电路的电流在增大,因此变阻器滑动头向左滑动;
(2)根据自感电动势公式为:
E=L=2.4× V=120V
因此开关两端a,b的电压为120V
因电流的减小,根据楞次定律,则有由b到a的感应电流,即有a端电势高。
答案:(1)1.25 A/s向左滑动
(2)120 V　a端电势高
(15分钟·40分)
9.(6分)目前,我国正在大力推行ETC系统,ETC是全自动电子收费系统,车辆通过收费站时无须停车,这种收费系统每车收费耗时不到两秒,其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍,如图甲所示,在收费站自动栏杆前、后的地面各自铺设完全相同的传感器线圈A、B,两线圈各自接入相同的电路,如图乙所示,电路a、b端与电压有效值恒定的交变电源连接,回路中流过交变电流,当汽车接近或远离线圈时,线圈的自感系数发生变化,线圈对交变电流的阻碍作用发生变化,使得定值电阻R的c、d两端电压就会有所变化,这一变化的电压输入控制系统,控制系统就能做出抬杆或落杆的动作,下列说法正确的是(　　)

A.汽车接近线圈A时,c、d两端电压升高
B.汽车离开线圈A时,c、d两端电压升高
C.汽车接近线圈B时,c、d两端电压升高
D.汽车离开线圈B时,c、d两端电压降低
【解析】选B。汽车上有很多钢铁,当汽车接近线圈时,相当于给线圈增加了铁芯,所以线圈的自感系数增大,感抗也增大,在电压不变的情况下,交流回路的电流将减小,所以R两端的电压减小,即c、d两端的电压将减小,故A、C错误;同理,汽车远离线圈时,相当于线圈的感抗减小,交流回路的电流增大,c、d 两端的电压将增大。故B正确,D错误。故选B。
10.(6分)如图所示,A、B是两个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计)。闭合开关,电路稳定后,两灯泡均正常发光,电源内阻不计,则 (　　)

A.闭合开关瞬间,A、B灯同时亮
B.闭合开关瞬间,A灯先亮,B灯逐渐变亮
C.断开开关瞬间,A灯闪亮一下,稍后A、B灯同时熄灭
D.断开开关瞬间,流过A灯的电流方向不变
【解析】选B。闭合开关瞬间,电感线圈会产生感应电动势,由于L的自感系数较大,所以产生的感应电动势也较大,阻碍B灯电流的增大,所以A灯先亮,B灯逐渐变亮,所以B正确,A错误;断开开关瞬间,电感线圈也会产生较大的感应电动势,阻碍B灯电流的减小,由于A、B是两个完全相同的灯泡,所以A、B灯都逐渐熄灭,所以C错误;断开开关瞬间,A、B灯和线圈构成小回路,所以A灯电流方向改变,所以D错误。故选B。
11.(6分)(多选)用电流传感器研究自感现象的电路如图甲所示,线圈L没有带铁芯。闭合开关S,传感器记录了电路中电流随时间的变化规律如图乙所示。下列说法中正确的有(　　)

A.线圈中产生的自感电动势阻碍磁通量增大
B.若线圈中插入铁芯,上述过程中电流达到稳定时经历的时间大于t0
C.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经历的时间仍等于t0
D.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经历的时间大于t0
【解析】选A、B、D。闭合S后的瞬间回路中的电流逐渐增大,说明线圈中电流增大时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大,即阻碍电流产生的磁通量增大,故A正确;若线圈中插入铁芯,线圈自感系数增大,自感现象延长,所以若线圈中插入铁芯,上述过程中电路电流达到稳定值经历的时间大于t0,故B正确;若将线圈匝数加倍,线圈自感系数增大,自感现象延长,上述过程中电路电流达到稳定值经历的时间大于t0,故C错误,D正确。
【加固训练】某同学为了验证断电自感现象,找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;稳定后断开S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复实验,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,原因可能是 (　　)
A.线圈电阻偏大
B.电源的内阻偏大
C.小灯泡电阻偏大
D.线圈的自感系数偏大
【解析】选A。线圈电阻偏大,稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流,断开开关时,根据楞次定律,流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小,灯泡不发生闪亮现象,故A正确;断开开关时,灯泡能否发生闪亮,取决于灯泡的电流有没有增大,与电源的内阻无关,故B错误;若小灯泡电阻偏大,稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流,断开开关时,根据楞次定律,流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小,灯泡将发生闪亮现象,故C错误;线圈的自感系数较大,产生的自感电动势较大,但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小关系,故D错误。
12.(22分)如图所示,设电源的电动势E=10 V,内阻不计,L与R的电阻均为5 Ω,两灯泡的电阻均为Rs=10Ω。

(1)求断开S的瞬间,灯泡L1两端的电压。
(2)画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间t的变化图象。
【解析】(1)电路稳定工作时,由于a、b两点的电势相等,导线ab上无电流流过。
因此通过L的电流为IL==1A。流过L1的电流为Is==0.5A。
断开S的瞬间,由于线圈要维持IL不变,而与L1组成闭合回路,因此通过L1的最大电流为1 A。所以此时L1两端的电压为U=ILRs=10 V(正常工作时为5 V)。
(2)断开S前,流过L1的电流为0.5 A不变,且设为正方向,而断开S的瞬间,通过L1的电流突变为1 A,且方向也发生变化,然后渐渐减小到零,所以它的图象如图所示(t0为断开S的时刻)。

(注意:从t0开始,电流持续的时间实际上一般是很短的)
答案:(1)10 V　(2)见解析