物理鲁科版 (2019)第2章 电磁感应及其应用第3节 自感现象与涡流课堂检测

自感现象与涡流

(25分钟　60分)

一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)

1.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变化而引起的电磁感应现象

B.自感电动势总是阻止原电流的变化

C.自感电动势的方向总是与原电流方向相反

D.自感电动势的方向总是与原电流方向相同

【解析】选A。根据自感的定义，A正确，B错误；选项C、D把阻碍电流变化理解错了，其实自感电动势与原电流方向可以相同，也可以相反。根据阻碍含义，若原电流增大，自感电动势就阻碍增大，与原电流方向相反；若原电流减小，自感电动势就阻碍减小，与原电流方向相同，故C、D错误。

2.如图所示为大型考试用到的金属探测器，工作时，其内部的探测器线圈内通有正弦交流电，关于探测器的工作原理，下列说法不正确的是(　　)

A.探测器线圈中通有频率越低的交流电，越容易探测出金属物品

B.探测器线圈中正弦交流电会产生变化的磁场

C.探测器附近有金属时，金属中会产生涡流

D.探测器附近有金属时，探测器线圈中电流会发生变化

【解析】选A。探测器线圈中的交流电频率越低，电流变化越慢，根据法拉第电磁感应定律可知产生的感应电流越小，灵敏度越低，越不容易探测出金属物品，故A不正确；根据法拉第电磁感应定律可知，当探测器线圈中通以正弦交流电会产生变化的磁场，故B正确；探测器中有一个通有交变电流的线圈，当线圈周围有金属时，金属物中会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，探测器线圈中电流会发生变化，使探测器报警，C、D正确，故选A。

3.关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是(　　)

A.电感一定时，电流变化越大，电动势越大

B.电感一定时，电流变化越快，电动势越大

C.通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零

D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大

【解析】选B。自感电动势的大小取决于穿过线圈的磁通量的变化快慢，而穿过线圈的磁通量取决于线圈的电流产生的磁场，电流变化越快，穿过线圈的磁通量的变化越快，自感电动势越大，故只有选项B正确。

4.下列图中，A图是真空冶炼炉可以冶炼高质量的合金；B图是充电器工作时绕制线圈的铁芯中会发热；C图是安检门可以探测人身是否携带金属物品；D图是工人穿上金属丝织成的衣服可以高压带电作业。不属于涡流现象的是(　　)

【解析】选D。线圈接有交变电流，在线圈中会产生变化的磁场，变化的磁场在冶炼炉中产生电场，使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流，故A中属于涡流现象；充电器工作时有交变电流通过，交变电流产生的交变磁场穿过铁芯，在铁芯中产生电场，使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流，故B中属于涡流现象；线圈中交变电流产生交变的磁场，会在金属物品中产生交变的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流(涡流)，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，故C中属于涡流现象；工作服用包含金属丝的织物制成，形成一个导体壳，壳外有电场，壳内电场强度保持为0，高压外电场不会对内部产生影响，故D中属于静电屏蔽；故选D。

5.如图所示，L为自感系数较大的线圈，电路稳定后小灯泡A正常发光，在断开开关S的瞬间(　　)

A.灯A立即熄灭

B.灯A慢慢熄灭

C.灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭

D.灯A突然闪亮一下再突然熄灭

【解析】选A。断开开关S，电路断路，线圈中虽然产生自感电动势，但不能形成自感电流，故灯A立即熄灭，故选A。

6.如图所示的电路中，P、Q两灯泡相同，L的直流电阻不计，则下列说法正确的是(　　)

A.S断开瞬间，P立即熄灭，Q过一会才熄灭

B.S接通瞬间，P、Q同时正常发光

C.S断开瞬间，通过P的电流从右向左

D.S断开瞬间，通过Q的电流与原来电流方向相反

【解析】选C。S接通瞬间，L中电流从0开始增大，于是产生自感电动势，阻碍电流的增大，因此Q不会立即正常发光，较P要晚些，选项B错误；S断开瞬间，因L的自感作用，通过P、Q形成的回路的电流逐渐减小为0，且通过P的电流从右向左，因此，P、Q两只灯泡会一起渐渐熄灭，选项A、D错误，选项C正确。

二、非选择题(本题共2小题，共24分)

7.(12分)如图所示，电源的电动势E=15 V，内阻忽略不计。R1=5 Ω，R2=15 Ω，电感线圈的直流电阻不计，求当开关S接通的瞬间、S接通后达到稳定时及S断开的瞬间流过R1的电流。

【解析】开关S接通瞬间，流过电感线圈的电流不能突变，所以流过R1的电流仍为0，开关S接通后达到稳定时，电感线圈相当于导线，所以流过R1的电流为I1==3 A，开关S断开瞬间，流过电感线圈的电流不能突变，所以流过R1的电流仍为3 A。

答案：0　3 A　3 A

8.(12分)如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来。

(1)试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系；

(2)试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不是很热。

【解析】(1)线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率P=I2R也越大，焊接越快。

(2)B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，此种接触电阻很大，电流的热功率P=I2R也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不是很热。

答案：见解析

【补偿训练】

　　如图所示，L是电阻不计的自感线圈，C是电容器，E为电源，在开关S闭合和断开时，关于电容器的带电情况，下列说法中正确的是(　　)

A.S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电

B.S保持闭合，A板带正电，B板带负电

C.S断开瞬间，A板带正电，B板带负电

D.由于线圈L的电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下电容器均不带电

【解析】选A。当S闭合瞬间，L内电流增大，产生的自感电动势的方向是由下向上，使电容器充电，A板带正电，B板带负电，选项A正确；当S保持闭合时，L的电阻为零，电容器两极板被短路，不带电，选项B、D错误；当S断开瞬间，L内的电流减小，自感电动势的方向由上向下，在L、C组成的回路中给电容器充电，使B板带正电，A板带负电，选项C错误。

(15分钟　40分)

9.(7分)(多选)下列关于线圈自感系数的说法中，正确的是(　　)

A.自感电动势越大，自感系数也越大

B.把线圈中的铁芯抽出，自感系数减小

C.把线圈匝数增加一些，自感系数变大

D.线圈中电流变化越快，自感系数越大

【解析】选B、C。自感系数的大小是由线圈的匝数、材料、粗细、有无铁芯等因素决定的，与电流变化快慢、自感电动势大小无关。匝数越多，自感系数越大；有铁芯时，自感系数显著增大。故选项A、D错误，选项B、C正确。

10.(7分)(多选)如图所示，LA、LB是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大、电阻可以忽略的带铁芯的线圈，则(　　)

A.开关S闭合的瞬间，LA、LB同时亮，随后LA灯变亮，LB灯变暗

B.开关S闭合的瞬间，LA、LB同时亮，随后LA灯熄灭，LB灯变亮

C.断开开关S的瞬间，LA、LB灯同时熄灭

D.断开开关S的瞬间，LB灯立即熄灭，LA灯突然闪亮一下再熄灭

【解析】选B、D。开关S闭合的瞬间，线圈L的阻碍作用很强，LA、LB同时亮，稳定后线圈相当于导线，LA灯因被短路而熄灭，A错、B对；断开开关S的瞬间，线圈L相当于电源与LA灯形成回路，因此LB灯立即熄灭，LA灯突然闪亮一下再熄灭，C错、D对。

11.(7分)(多选)电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉的工作原理是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身快速发热，然后再加热锅内食物，如图所示。下列相关说法正确的是(　　)

A.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的

B.锅体中的涡流是由变化的磁场产生的

C.磁场越强，电磁炉的加热效果越好

D.提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果

【解析】选B、D。电磁炉接交流电，其锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项A错误，B正确；电磁炉的加热效果与磁场的强弱无关，只与磁场的变化快慢有关，选项C错误；根据发热原理可知，提高磁场变化的频率，可增强涡流，提高电磁炉的加热效果，选项D正确。

12.(19分)图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，电路中电灯的电阻R1=

6.0 Ω，定值电阻R=2.0 Ω，AB间电压U=6.0 V。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1=1.0×10-3 s时刻断开开关S，此时刻前后通过线圈L的电流随时间变化的图线如图乙所示。

(1)求出线圈L的直流电阻RL；

(2)在图甲中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向；

(3)在t2=1.6×10-3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？

【解析】(1)由题图乙可知，零时刻通过电感线圈L的电流为：I0=1.5 A，由欧姆定律得I0=

解得：RL=-R=2.0 Ω。

(2)电灯中电流方向向左，如图所示。

(3)由题图乙可知，在t2=1.6×10-3 s时刻电感线圈L的电流I=0.2 A。线圈此时相当于一个电源，由闭合电路的欧姆定律得：

E=I(RL+R+R1)

代入数据解得：E=2.0 V。

答案：(1)2.0 Ω　(2)见解析　(3)2.0 V

【补偿训练】

　　如图所示，E、r分别为电源的电动势、内阻，R1、R2为定值电阻，线圈L的直流电阻不计，C为电容器。下列说法正确的是(　　)

A.合上开关S的瞬间，R1中无电流

B.合上开关S稳定后，R2中无电流

C.合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R1中电流方向向右

D.合上开关S稳定后，断开S的瞬间，R2中电流方向向右

【解析】选D。合上开关S的瞬间，线圈L的自感作用会阻碍电流的增大，此时它就相当于一个电阻，所以R1中有电流，选项A错误；合上开关S稳定后，电容器相当于断路，所以R2中有电流，选项B错误；合上开关S稳定后，断开S的瞬间，线圈L产生自感电动势，并与电阻R1组成闭合回路，流过线圈的电流方向不变，所以流过R1的电流方向向左，选项C错误；合上开关S瞬间，电容器被充电，并且左极板带正电，当合上开关S稳定后，断开S的瞬间，电容器开始放电，所以R2中电流方向向右，选项D正确。