高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册4 互感和自感练习题

第二章　电磁感应

4　互感和自感

基础过关练

题组一　互感现象

1.(2019江苏常州高二期中)(多选)下列关于互感现象的说法正确的是(　　)

A.一个线圈中的电流变化时,与之靠近的另一线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象

B.互感现象的实质是电磁感应,同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律

C.利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈,人们制造了收音机的“磁性天线”

D.在电力工程以及电子电路中,互感现象不会影响电路的正常工作

2.(2019江苏常州教学研究合作联盟高二下期中)(多选)关于互感现象,下列说法正确的是(　　)

A.两个线圈之间必须有导线相连,才能产生互感现象

B.互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈

C.互感现象都是有益的

D.变压器是利用互感现象制成的

3.(2019重庆江津田家炳中学高二下月考)在无线电仪器中,常需要在距离较近处安装两个线圈,并要求当一个线圈中电流有变化时,对另一个线圈中电流的影响尽量小。如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是(　　)

题组二　自感现象和自感系数

4.(2019北京大学附属中学高二期中)(多选)关于自感现象,下列说法中正确的是(　　)

A.自感现象是线圈自身的电流发生变化而引起的电磁感应现象

B.自感电动势总是阻碍原电流的变化

C.自感电动势的方向总是与原电流的方向相反

D.自感电动势的方向总是与原电流的方向相同

5.(2020湖南株洲高二上期中)关于线圈的自感系数,下面说法正确的是(　　)

A.线圈的自感系数越大,自感电动势就一定越大

B.线圈中的电流变化越快,自感系数越大

C.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定

D.线圈中的电流等于零时,自感系数也等于零

6.(2020福建永安三中高二上月考)(多选)如图所示,带铁芯的电感线圈的阻值与电阻R的阻值相同,A1和A2是两个完全相同的电流表,则下列说法中正确的是(　　)

A.闭合S瞬间,电流表A1示数小于A2示数

B.闭合S瞬间,电流表A1示数等于A2示数

C.断开S瞬间,电流表A1示数大于A2示数

D.断开S瞬间,电流表A1示数等于A2示数

7.(2020北京师大附中高二上期末)在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为电感线圈,E为电源,S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是(深度解析)

A.合上开关,a先亮,b后亮;断开开关,a、b同时熄灭

B.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭

C.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a、b同时熄灭

D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭

8.如图所示,线圈L的直流电阻不计,R1、R2为定值电阻,C为电容器。下列说法中正确的是(　　)

A.合上开关的瞬间,R1中无电流

B.合上开关稳定后,R2中无电流

C.合上开关稳定后,断开S的瞬间,通过R1的电流方向向右

D.合上开关稳定后,断开S的瞬间,通过R2的电流方向向右

能力提升练

题组一　自感电路中电流大小、方向的判断

1.(2020安徽合肥高二期末,)如图所示是演示自感现象的电路,A1与A2是完全相同的灯泡,电阻均为R;在开关S2断开、S1闭合并且电路稳定时两灯的亮度一样。现闭合开关S2,待电路稳定后,突然断开开关S1的瞬间,下列说法正确的是(深度解析)

A.A1立即熄灭

B.A1先是变得更亮,再逐渐变暗直至熄灭

C.有短暂电流流过A2,方向向右

D.有短暂电流流过A1,方向向左

2.(2020浙江选考高三模拟,)如图所示为演示自感现象的电路图,其中R0为定值电阻,电源电动势为E、内阻为r,小灯泡的灯丝电阻为R(可视为不变),电感线圈的自感系数为L、电阻为RL。电路接通并达到稳定状态后,断开开关S,可以看到灯泡先是“闪亮”(比开关断开前更亮)一下,然后才逐渐熄灭,但实验时发现“闪亮”现象并不明显。为了在上述实验过程中观察到更明显的“闪亮”现象,下列措施中一定可行的是(　　)

A.更换电感线圈中的铁芯,使L减小

B.更换电感线圈中的铁芯,使L增大

C.更换电感线圈,保持L不变,使RL减小

D.更换电感线圈,保持L不变,使RL增大

3.(2020重庆一中高二上期末,)如图,A、B是两个完全相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。下面说法正确的是(　　)

A.闭合开关S,A、B灯同时亮

B.闭合开关S,A灯比B灯先亮

C.A、B灯最后一样亮

D.断开开关S,A灯慢慢熄灭,B灯闪亮一下再慢慢熄灭

题组二　自感现象中的图像问题

4.(2020福建永春一中高二上月考,)如图所示的电路,开关闭合,电路处于稳定状态。在某一时刻,突然断开开关S,则通过电阻R1的电流I随时间变化的图线可能是选项图中的(深度解析)

题组三　含电容器或二极管电路中的自感现象

5.(2020江苏扬州中学高三上月考,)如图所示电路中,电源电动势为E(内阻不计),线圈L的自感系数较大,电阻不计,电容器C的电容足够大。以下判断正确的是(　　)

A.闭合S,电路稳定后,电容器两端电压为E

B.闭合S,电路稳定后,电容器的a极板带正电

C.断开S的瞬间,灯泡A不会闪亮

D.断开S的瞬间,灯泡B立即熄灭

6.(2020安徽太和中学高二上月考,)如图所示,三个灯泡L1、L2、L3的阻值关系为R1<R2<R3,电感线圈L的直流电阻可忽略,D为理想二极管。开关S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的是(　　)

A.L1逐渐变暗,L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗

B.L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗

C.L1立即熄灭,L2、L3均逐渐变暗

D.L1、L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗

答案全解全析

基础过关练

1.ABC　两个相互靠近的线圈,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线圈中产生感应电动势,这种现象称为互感现象,A正确;之所以会在另一个线圈中产生感应电动势,是因为变化的电流产生变化的磁场,引起另一个线圈中的磁通量发生变化,发生电磁感应现象,选项B正确;收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感原理工作的,也就是利用互感现象将能量由一个线圈传递到另一个线圈,选项C正确;互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,会影响电路的正常工作,选项D错误。

2.BD　两个线圈之间没有导线相连,也能产生互感现象,选项A错误;互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈,选项B正确;互感现象不都是有益的,有时会影响电路的正常工作,选项C错误;变压器是利用互感现象制成的,选项D正确。

3.D　两个相距较近的线圈,当其中的一个线圈中电流发生变化时,就在周围空间产生变化的磁场,这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,即发生互感现象。要使这种影响尽量小,应采用选项D所示的安装位置才符合要求。因为通电线圈周围的磁场分布与条形磁铁的磁场分布类似,采用选项D所示的安装位置时,变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小。

4.AB　自感现象就是线圈自身的电流发生变化而引起的电磁感应现象,产生的自感电动势总是阻碍原电流的变化;根据楞次定律,当原电流增大时,感应电动势与原电流方向相反;当原电流减小时,感应电动势与原电流方向相同。选项A、B正确,C、D错误。

5.C　线圈的自感系数是由线圈本身的因素及有无铁芯决定的,与有无电流、电流变化情况都没有关系,故选项B、D错误,C正确;自感电动势的大小除了与线圈自感系数有关外,还与电流的变化率有关,故选项A错误。

6.AD　闭合S瞬间,由于通过电感线圈的电流迅速变大,导致其产生感应电动势,从而阻碍电流的变大,所以电流表A1示数小于A2示数,选项A正确,B错误。断开S瞬间,通过电感线圈的电流迅速变小,导致其产生感应电动势,阻碍电流的变小,此时电感线圈和电阻组成闭合回路,即相当于电压会变小的电源与电阻串联,由于两电流表串联,所以电流表A1示数等于A2示数,选项C错误,D正确。

7.C　由题图可以看出,a、b两灯泡在两个不同的支路中。对于纯电阻电路,不发生电磁感应,通电后用电器立即开始工作,断电后停止工作;但对于含电感线圈的电路,在通电瞬间,线圈产生自感电动势,对电流的增大有阻碍作用,在断电瞬间,线圈产生自感电动势,阻碍电流的减小。由以上分析可知,合上开关,b先亮,a后亮;断开开关时,线圈中产生自感电动势,由a、b及电感线圈组成一个回路,两灯同时逐渐熄灭。故C正确。

方法技巧　当开关接通和断开的瞬间,流过电感线圈的电流发生变化,产生自感电动势,阻碍原电流的变化,据此分析两灯亮暗的先后顺序。

8.D　合上开关的瞬间,R1中有电流,选项A错误;合上开关稳定后,R1被L短路无电流,R2中有电流,选项B错误;合上开关稳定后,断开S的瞬间,L产生自感电动势,阻碍电流的减小,L与R1构成回路,故R1中电流方向向左,选项C错误;合上开关稳定后,断开S的瞬间,由于电容器要放电,R2中电流方向向右,选项D正确。

能力提升练

1.D　开始S2断开、S1闭合,电路稳定时两灯的亮度相同,且已知A1、A2两完全相同的灯泡的电阻均为R,故线圈的直流电阻为R。S1、S2都闭合且电路稳定时,流过L、A1、A2、R的电流都相同。此时断开S1,线圈L和灯泡A1、开关S2组成回路,由于线圈L的自感作用,产生自感电动势,回路中的电流从原来电流大小逐渐减小,灯泡A1从原来亮度逐渐变暗,流过A1的电流从右向左,而灯泡A2立即熄灭。综上可知,选项A、B、C错误,选项D正确。

解题模板　自感现象问题的分析思路

明确通过电感线圈的电流怎样变化(是增大还是减小)

⇓

根据“增反减同”,判断自感电动势的方向

⇓

分析阻碍的结果:电流增大时,由于自感电动势的作用,线圈中电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中的电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小

2.C　闭合开关S在电路稳定的情况下,若RL<R,则线圈中的电流IL>IR;断开开关S的一瞬间,灯泡中的电流IR立刻消失,但由于线圈的自感作用,IL不能立刻减小,线圈和灯泡组成回路,IL流过灯泡;由于IL>IR,在IL流过灯泡的一瞬间,灯泡出现“闪亮”现象。要想使“闪亮”现象更加明显,则在S闭合电路稳定时,IL比IR大更多才行,减小RL,可使IL比IR大更多,选项C正确。

3.C　开关闭合的瞬间,电源两端的电压同时加到两支路的两端,B灯立即发光;由于线圈的自感作用,A灯逐渐发光,由于线圈的电阻可以忽略,则电路稳定时两灯一样亮,选项A、B错误,C正确。断开开关的瞬间,原来流过B灯的电流立即消失,流过线圈的电流将要减小,线圈产生自感电动势,相当于电源,线圈与两灯A、B构成一个闭合回路,则两灯同时逐渐熄灭;由于原来通过A、B两灯的电流相等,则B灯不会闪亮,选项D错误。

4.D　当断开开关的瞬间,原来通过R1的电流立即消失,自感线圈中产生自感电动势阻碍自身电流的变化,相当于电源,与R2、电流表A、R1构成闭合回路,自感线圈中的电流流过电阻R1,其方向与原来流过电阻R1的电流方向相反,逐渐减小,最后为0,选项D正确,A、B、C错误。

方法技巧　处理自感问题的三点注意和三个技巧

5.A　闭合S,电路稳定后,L相当于一根导线,A被短路,C两端的电压等于B两端的电压,等于电源的电动势大小,选项A正确;由题图知,闭合S,电路稳定后,电容器的b极板带正电,选项B错误;断开S的瞬间,线圈与A构成回路,线圈L相当于电源,电流自左向右流过灯泡A,A会闪亮,选项C错误;断开S的瞬间,因电容器放电,放电电流通过灯泡B,则灯泡B不会立即熄灭,选项D错误。

6.B　开关S处于闭合状态时,由于R1<R2<R3,则通过三个灯泡的电流大小关系为I1>I2>I3。开关S从闭合状态突然断开时,电感线圈产生自感电动势,阻碍通过它的电流的减小,由于二极管的反向截止作用,L2立即熄灭,电感线圈、L1、L3组成闭合回路,L1逐渐变暗,通过L3的电流由I3突变为I1,再逐渐减小,故L3先变亮,然后逐渐变暗。选项B正确,A、C、D错误。