2019版高中物理 第四章 6 互感和自感训练（含解析）新人教版选修3-2

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1、6互感和自感课时过关能力提升基础巩固1.(多选)通过一个线圈的电流在均匀增大时,这个线圈的 ()A.自感系数也将均匀增大B.自感电动势也将均匀增大C.磁通量也将均匀增大D.自感系数和自感电动势不变解析:线圈的磁通量与电流大小有关,电流增大,磁通量增大,故C项正确;而自感系数由线圈本身决定,与电流大小无关;自感电动势EL=LIt,与自感系数和电流变化率有关,对于给定的线圈,L一定,已知电流均匀增大,说明电流变化率恒定,故自感电动势不变,D项正确。答案:CD2.(多选)下列说法正确的是()A.当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个靠得较近的线圈中产生感应电动势,这种感应电动势叫作

2、互感电动势B.当通过导体本身的电流发生变化时,在它本身激发出的感应电动势叫作自感电动势C.自感电动势总是与原电流的方向相反D.自感电动势总是与原电流的方向相同解析:根据互感与自感电动势的定义可知A、B正确。自感电动势的方向与原电流方向关系遵守楞次定律,即当原电流增加时,自感电动势的方向与原电流方向相反;当原电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同。答案:AB3.(多选)在如图所示的电路中,带铁芯的、电阻比灯泡的电阻小的线圈L与灯A并联,当合上开关S后灯A正常发光。则下列说法正确的是()A.当断开S时,灯A立即熄灭B.当断开S时,灯A突然闪亮后熄灭C.用阻值与灯A相同的线圈取代L接入电路,当

3、断开S时,灯A逐渐熄灭D.用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路,当断开S时,灯A突然闪亮后熄灭解析:在S断开的瞬间,L与A构成闭合回路,灯A不会立即熄灭。问题是“小灯泡在熄灭之前是否闪亮一下”这一点如何确定。根据P=I2R可知,灯A能否闪亮,取决于S断开的瞬间,流过A的电流是否更大一些。在断开S的瞬间,灯A中原来的电流IA立即消失,但灯A和线圈L组成一闭合回路,由于线圈L的自感作用,其中的电流IL不会立即消失,它还要通过回路维持短暂的时间。如果ILIA,则灯A熄灭之前要闪亮一下;如果ILIA,则灯A是逐渐熄灭而不闪亮一下。至于IL和IA的大小关系,由RA和RL的大小关系决定:若RARL,则I

4、AIL,灯将闪亮一下;若RARL,则IAIL,灯将逐渐熄灭。答案:BC4.某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈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;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因。下列情况中你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大解析:开关断开开关时,灯泡能否发生闪亮,取决于通过灯泡的电流有没有增大,与电源的内阻无关,故A错误;若小灯泡电阻偏大,稳定时通过灯

5、泡的电流小于线圈的电流,断开开关时,根据楞次定律,通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B错误;线圈电阻偏大,稳定时通过灯泡的电流大于线圈的电流,断开开关时,根据楞次定律,通过灯泡的电流逐渐减小,灯泡不发生闪亮现象,故C正确;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,故D错误。答案:C5.如图所示,A和B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其电阻值与R相同。由于存在自感现象,在开关S闭合和断开时,灯A和B先后亮暗的顺序是()A.闭合时,A先达到最亮;断开时,A后暗B.闭合时,B先达到最亮;断开时,B后暗C.闭合时,A

6、先达到最亮;断开时,A先暗D.闭合时,B先达到最亮;断开时,B先暗解析:开关S闭合时,由于自感作用,线圈L中自感电动势较大,电流几乎全部从A中通过,而该电流又同时分路通过B和R,所以A先达到最亮,经过一段时间稳定后A和B达到同样亮;开关S断开时,通过电源的电流立即为零,B立即熄灭,由于L的自感作用,A要慢慢熄灭。综上所述A项正确。答案:A6.右图是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路,L两端并联一电压表,用来测量自感线圈的直流电压。在测量完毕后,将电路解体时应()A.先断开S2B.先断开S1C.先拆除电流表D.先拆除电阻R解析:在断开电路瞬间,线圈会产生自感现象,由于线圈的自感系数很大,产生

7、的自感电动势很大,若先切断S2的话,自感电动势就加在电压表上,可能将电压表烧毁;若先断开S1的话,就切断了自感电动势的释放回路,就可避免事故的发生。答案:B7.在如图甲所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在 t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S。图乙表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中,正确的是()甲乙解析:由于自感现象,电感L中的电流从0逐渐增大。流过内阻r的电流逐渐增大,内阻r上的分压会变大,路端电压变小。故t=0时刻UAB较大,随时间的推移UAB减小;断开S,电感L中的电流方向不变,大小减小,经过L、R

8、、D形成回路,故UAB的方向改变,大小逐渐减小至0。所以选项B正确。答案:B8.(多选)如图所示,闭合电路中的螺线管可自由伸缩,螺线管有一定的长度,这时灯泡具有一定的亮度,若将一软铁棒从螺线管左端迅速插入螺线管内,则将看到()A.灯泡变暗B.灯泡变亮C.螺线管缩短D.螺线管伸长解析:加上软铁棒,使螺线管的磁场变强,则螺线管产生自感电动势来阻碍磁场的变强,使原电流减小,故灯泡变暗,螺线管各匝间的吸引力变小,从而使螺线管伸长。选项A、D正确。答案:AD9.右图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B,线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起,构成一个闭合电路。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立

9、刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作,延时继电器就是这样得名的。(1)请解释:当开关S断开后,为什么电磁铁还会继续吸住衔铁一段时间?(2)如果线圈B不闭合,是否会对延时效果产生影响?为什么?解析:(1)当开关S断开后,电磁铁还会继续吸住衔铁一段时间是由于通过B线圈的磁通量减少,由于互感现象,B中产生互感电流,感应电流的磁场对衔铁仍有吸引,故能够延时。(2)如果线圈B不闭合,无互感电流,无磁场产生,不能延时。答案:见解析能力提升1.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡A1和A2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调整R,使A1

10、和A2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。然后,断开S。若t时刻再闭合S,则在t前后的一小段时间内,正确反映流过A1的电流i1、流过A2的电流i2随时间t变化的图像是()解析:闭合S通电后,由于电感线圈的自感作用,i1逐渐增大,最终达到稳定值,而i2直接从某一最大值减小到某一稳定值后保持不变,所以选项B正确。答案:B2.(多选)某线圈通有如图所示的电流,则线圈中自感电动势改变方向的时刻有()A.第1 s末B.第2 s末C.第3 s末D.第4 s末解析:在自感现象中当原电流减小时,自感电动势与原电流的方向相同,当原电流增加时,自感电动势与原电流方向相反。在01 s内原电流正方向减小,所

11、以自感电动势的方向是正方向,在12 s内原电流负方向增加,所以自感电动势与其方向相反,即沿正方向;同理分析23 s、34 s、45 s内可得正确选项为B、D。答案:BD3.如图所示,绕在铁芯上的线圈M与电源、滑动变阻器和开关组成了一个闭合回路,在铁芯的右端,线圈P与灵敏电流计连成闭合电路。下列说法正确的是()A.开关S闭合后,线圈P中有感应电流,M、P相互排斥B.开关S闭合后,使变阻器滑片向左匀速移动,线圈P中有感应电流,M、P相互排斥C.开关S闭合后,使变阻器滑片向右匀速移动,线圈P中有感应电流,M、P相互排斥D.开关S闭合瞬间,线圈P中有感应电流,M、P相互吸引解析:由安培定则知开关S闭合

12、后,M线圈中的电流产生的磁场方向,沿铁芯轴线向右,开关闭合后,由于线圈P中的磁通量不变,故不会产生感应电流,M、P没有排斥作用,也没有吸引作用,故A错误;当开关S闭合后,滑片向左匀速移动,线圈M中的电流增大,因而穿过线圈P的磁通量增加,产生感应电流,由楞次定律知,感应电流的磁场方向与线圈M的磁场方向相反,故M、P两线圈相互排斥,B正确。同理判知C错误。S闭合瞬间,线圈P中有感应电流,M、P相互排斥,所以D错误。答案:B4.(多选)如图所示,A、B是两盏完全相同的灯泡,L是电阻不计的电感线圈,如果断开开关S1,接通S2,A、B两灯都能同样发光。下列描述的现象与其操作相符的是()A.在S1已接通的

13、情况下,闭合S2,A、B灯都立即亮,并保持亮度不变B.在S1已接通的情况下,闭合S2,A、B灯都立即亮,但B灯逐渐变暗至熄灭C.在S1、S2都已接通的情况下,断开S1,B灯立即变亮D.在S1、S2都已接通的情况下,断开S2时,A灯立即熄灭,B灯先亮一下然后熄灭解析:在S1已接通的情况下,闭合S2,A、B灯都立即亮,但线圈中电流缓慢增加,最后相当于直导线,故灯泡B被短路而熄灭,故选项A错误,B正确;在S1、S2都已接通的情况下,断开S1,B灯与电源连接,立即变亮,故选项C正确;在S1、S2都已接通的情况下,断开S2时,A灯立即熄灭,虽然L相当于电源,但二极管有反向截止的作用,所以B灯也不亮,故选

14、项D错误。答案:BC5.(多选)在如图所示的电路中,L是自感系数足够大的线圈(直流电阻不计),A、B为两只相同的灯泡。下列说法正确的是()A.在S刚闭合时,A灯逐渐变亮,B灯立即变亮B.在S刚闭合时,两灯同时亮,然后A灯熄灭,B灯更亮C.在S闭合一段时间后,再将S断开,A、B两灯同时熄灭D.在S闭合一段时间后,再将S断开,A灯亮一会儿才熄灭,B灯立即熄灭解析:S闭合的瞬间,由于自感的作用,L上的电流只能逐渐增大,所以开始时A、B灯同时亮,A错。当稳定后,由于L的电阻为零,它把A灯短路,所以A灯熄灭,B灯更亮,B正确。S断开的瞬间,由于自感的作用,使与线圈相连的A灯亮一会儿才熄灭,而B灯立即熄灭

15、,C错,D正确。答案:BD6.如图所示,电感线圈L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,L1、L2是两个相同的灯泡,且在下列实验中不会烧毁,电阻R2阻值约等于R1的两倍,则()A.闭合开关S时,L1、L2同时达到最亮,且L2更亮一些B.闭合开关S时,L1、L2均慢慢亮起来,且L1更亮一些C.断开开关S时,L1慢慢熄灭,L2马上熄灭D.断开开关S时,L1慢慢熄灭,L2闪亮后才慢慢熄灭解析:由于线圈L产生自感电动势,阻碍电流的增大,所以L2比L1先亮,选项A、B错误;由于L1所在的支路电阻阻值偏小,故稳定时电流大,即L1更亮一些;当S断开的瞬间,线圈L产生自感电动势,阻碍电流的减小,故L1慢慢熄灭

16、,L2闪亮后才慢慢熄灭,选项C错误,D正确。答案:D7.如图所示,L为自感线圈,A是一个灯泡,在S闭合瞬间,A、B两点电势相比,点电势较高,在S断开瞬间,A、B两点电势相比,点电势较高。解析:开关接通的瞬间,线圈的自感作用将阻碍电流的增加,故A点电势高;断开开关的瞬间,线圈中自感电动势的方向与原电流方向相同,B点电势高。答案:AB8.某同学在学习了自感现象后,准备了相关的实验仪器来测量某一个线圈的自感系数和线圈产生的自感电动势,其中的两次实验记录分别为电流在0.001 s内由0.02 A增加到0.18 A,产生60 V的自感电动势;电路中电流由0.3 A增加到0.7 A,变化所用时间为0.004 8 s。请你帮助该同学求出线圈的自感系数和另一次实验中线圈所产生的自感电动势的大小。解析:由E=LIt得,电感L=EtI=600.0010.18-0.02 H=0.375 H。由于线圈的自感系数由线圈本身决定,故当电流变化时,其自感系数不变。由E=LIt得,自感电动势E=0.3750.7-0.30.004 8 V=31.25 V。答案:0.375 H31.25 V- 7 -