物理选择性必修 第二册4 互感和自感优秀课后作业题

2.4 互感和自感课中练

一、互感现象

1. 如图所示，在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？

2. 手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（    ）

A. 送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化

B. 受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变

C. 送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递

D. 手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失

3. 如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈，左边电路中两电源相同，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”，直到电流重新稳定。则在此过程中，电阻R中的电流方向是（　　）

A. 先由P→Q，再由Q→P                 B. 先由Q→P，再由P→Q

C. 始终由Q→P D. 始终由P→Q

二、自感现象

4. 按照图连接电路．

（1）开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？

（2）利用已学知识解释该现象。

5. 按照图连接电路。

（1）先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关．观察并说明开关断开时灯泡的亮度。

（2）利用已学知识解释该现象。

6. 图1和图2是教材中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A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（　　）

A. 图1中，A1与L1的电阻值相同

B. 图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流

C. 图2中，变阻器R与L2的电阻值相同

D. 图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等

7. 如图所示，灯泡A、B与定值电阻的阻值均为R，L是自感系数较大的线圈，当S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B两灯亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是（　　）

A. B灯立即熄灭 B. A灯将比原来更亮一下后熄灭

C. 有电流通过B灯，方向为c→d D. 有电流通过A灯，方向为b→a

8. 如图所示，开关S处于闭合状态，小灯泡A和B均正常发光，小灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，现断开开关S，以下说法正确的是(　　)

A. 小灯泡A越来越暗，直到熄灭

B. 小灯泡B越来越暗，直到熄灭

C. 线圈L中的电流会立即消失

D. 线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右

9. 在如图所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是自感线圈，直流电阻为RL，则下列说法正确的是

A. 合上开关后，c先亮，a、b后亮

B. 断开开关时，N点电势高于M点

C. 断开开关后，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭

D. 断开开关后，c马上熄灭，b闪一下后缓慢熄灭

10. 如图所示的电路中，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，下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

11. 在如图所示的电路中，开关闭合且稳定后流过自感线圈的电流是，流过灯泡的电流是，现将开关突然断开，能正确反映流过灯泡的电流在开关断开前后随时间变化关系的图像是（　　）

A.  B.  C.  D.

三、自感电动势和自感系数

12. 自感电动势的大小与哪些因素有关？自感系数与哪些因素有关？

13. 关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是（　　）

A. 当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零

B. 线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大

C. 自感电动势与原电流方向相反

D. 对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比

1. 【答案】见解析

【详解】两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会使穿过另一个线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势．

2. AC

【详解】AB．由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也是周期性变化的，A正确，B错误；

C．根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递，C正确；

D．手机与机座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此这样传递能量是有能量损失的，D错误。

故选AC。

3. A

【详解】单刀双掷开关接在点1上时，A线圈中的电流恒定不变，在铁芯中产生的磁场方向是沿铁芯自右向左．当单刀双掷开关由点1扳向点2的过程中，通过线圈A中的电流，先沿原方向减小到零，再由零增大到原电流值，所以B中产生的感应电流分两个阶段分析： (1)在A中电流沿原方向减小到零的过程中，A的磁场自右向左也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量在减小，由楞次定律知，线圈B中会产生右上左下的感应电流，即流过电阻R的电流方向是P→Q； (2)在A中电流由零增大到原方向的电流的过程中，A的磁场自右向左也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量在增大．由楞次定律知，线圈B中会产生左上右下的感应电流，即通过电阻R的电流方向是Q→P。综上分析知，全过程中流过电阻R的电流方向先是P→Q，然后是Q→P。故A正确。

故选A。

4. 【答案】（1）见解析；（2）见解析

【详解】（1）灯泡2立即发光，而灯泡1是逐渐亮起来的．

（2）接通电源的瞬间，电流增加，线圈L中产生感应电动势．根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡1慢慢地亮起来．

5. 【答案】（1）灯泡逐渐熄灭；（2）见解析

【详解】（1）灯泡逐渐熄灭．

（2）开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡不是马上熄灭，而是慢慢熄灭．

6. C

【详解】AB．题图1中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL。S1断开瞬间，A1突然变亮，可知IL>I1，因此A1和L1电阻不相等，故AB错误；

CD．题图2中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同，由于A2、A3完全相同，故变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确，D错误。

故选C。

7. AD

【详解】AC．由于定值电阻R没有自感作用，故闭合S2，待电路稳定后将S1断开时，B灯立即熄灭，故A正确，C错误。

BD．S1闭合、S2断开且电路稳定时，A、B两灯一样亮，说明两个支路中的电流相等，这时线圈L没有自感作用，可知线圈L的电阻也为R，在S2、S1都闭合且稳定时，IA＝IB，当S2闭合、S1突然断开时，由于线圈的自感作用，流过A灯的电流方向变为b→a，但A灯不会出现比原来更亮一下再熄灭的现象，故D正确，B错误。

故选AD。

8. D

【详解】由题知，线圈L的电阻小于小灯泡A的电阻，故在S断开前，流过L的电流大于小灯泡A的电流。S断开后瞬间，B立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右，因L和A组成新的回路，且断开前流过L的电流大于小灯泡A的电流，故A亮一下再慢慢熄灭。

故选D。

9. B

【详解】A、开关S闭合瞬间，因线圈L的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势阻碍电流的增大，通过a灯的电流逐渐增大，所以b、c先亮，a后亮，故A错误；

BCD、断开开关S的瞬间，因线圈L的电流减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知通过自感线圈的电流方向与原电流方向相同，N点电势高于M点；L和a、b组成的回路中有电流，由于原来a灯的电流小于b灯的电流，开关断开的瞬间，通过a、b和线圈回路的电流从a灯原来的电流减小，所以b灯会闪暗后a、b一起缓慢熄灭，而c没有电流，马上熄灭，故B正确，C、D错误；

故选B．

10. B

【详解】开关闭合时，线圈由于自感对电流的阻碍作用，可看做电阻，线圈电阻逐渐减小，并联电路电阻逐渐减小，电压UAB逐渐减小；开关闭合后再断开时，线圈的感应电流与原电流方向相同，形成回路，灯泡的电流与原电流方向相反，并逐渐减小到0，所以正确选项B．

11. A

【详解】断开前，流过灯泡电流方向为向右，断开后，自感线圈为了阻碍电流的减小，产生一个同向的自感电动势，所以流过灯泡的电流方向向左，并且在断电瞬间，流过线圈的电流大小保持不变。

故选A。

12. 【答案】见解析；见解析

【详解】根据公式

E＝L

可知，自感电动势与自感系数和电流的变化率有关。自感系数与线圈的大小、形状、匝数以及有无铁芯等因素有关。

13. D

【详解】A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零。故A错误；

B．线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，线圈的自感系数与电流变化快慢无关。故B错误；

C．根据楞次定律，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同。故C错误；

D．对于确定的线圈，自感系数L一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，故D正确。

故选D。