第2章　电磁感应及其应用 第3节　自感现象与涡流 试卷

第3节　自感现象与涡流

课后篇巩固提升

必备知识基础练

1.

(2020福建莆田第二十四中学期中)如图所示,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。给线圈通入电流,一段时间后,一个容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是(　　)

A.恒定直流、小铁锅

B.恒定直流、玻璃杯

C.变化的电流、小铁锅

D.变化的电流、玻璃杯

解析通入恒定直流时,所产生的磁场不变,不会产生感应电流;通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,在空间产生感生电场。铁锅是导体,感生电场在导体内产生电流,电能转化为内能,使水温升高;涡流是由变化的磁场在导体内产生的,所以玻璃杯中的水不会升温。

答案C

2.(2020福建厦门检测)如图所示,多匝线圈和电池的内阻均为零,两个电阻的阻值均为R,开关S断开时,电路中的电流为I。现将S闭合,于是电路中产生自感电动势,此自感电动势的作用是(　　)

A.使电路中的电流减小,最后由I减小到零

B.有阻碍电流的作用,最后电流小于I

C.有阻碍电流增大的作用,故电流总保持不变

D.有阻碍电流增大的作用,但电流还是增大,最后变为2I

解析当S闭合后,电路总电阻减小,电流增大,线圈产生自感电动势阻碍电流增大,但“阻碍”并不是“阻止”,电流最终仍增大到2I,故只有选项D正确。

答案D

3.(多选)(2020陕西西安第七十中学检测)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。在图像中0~1 s时间内原电流正方向减小,所以自感电动势的方向是正方向,在1~2 s时间内原电流负方向增加,所以自感电动势与其方向相反,即还是正方向;同理分析2~3 s、3~4 s时间内自感电动势的方向,可得B、D两项正确。

答案BD

4.(多选)安检门是一个用于安全检查的“门”,“门框”内有线圈,线圈里通有交变电流,交变电流在“门”内产生交变磁场,金属物品通过“门”时能产生涡流,涡流产生的磁场又反过来影响线圈中的电流,从而引起报警。以下关于这个安检门的说法正确的是(　　)

A.这个安检门也能检查出毒品携带者

B.这个安检门只能检查出金属物品携带者

C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流,也能检查出金属物品携带者

D.这个安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应

解析安检门是利用涡流的原理进行工作的,因而只能检查出金属物品携带者,A错,B对;若“门框”的线圈中通上恒定电流,只能产生恒定磁场,它不能使块状金属产生涡流,因而不能检查出金属物品携带者,C错;安检门工作时,既利用了电磁感应现象,又利用了电流的磁效应,D对。

答案BD

5.(2020广东清远英德第一中学检测)金属探测器已经广泛应用于安检场所,下列关于金属探测器的说法正确的是(　　)

A.金属探测器可用于食品生产,防止细小的砂石颗粒混入食品中

B.金属探测器探测地雷时,探测器的线圈中产生涡流

C.金属探测器探测金属时,被测金属中感应出涡流

D.探测过程中金属探测器与被测物体相对静止与相对运动的探测效果相同

解析金属探测器只能探测金属,不能防止细小的砂石颗粒混入食品中,故A错误;金属探测器探测金属时,被测金属中感应出涡流,故B错误,C正确;探测过程中金属探测器与被测物体相对运动或相对静止时,得出探测效果不同,故D错误。

答案C

6.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成,而不采用一整块硅钢,这是为了　　　　　　涡流,提高变压器的效率,　　　　　　铁芯的发热量。(选填“增大”或“减小”) 

解析涡流的主要效应之一就是发热,而变压器的铁芯发热,是我们不希望出现的,所以不采用整块硅钢,而采用薄硅钢片叠压在一起,目的就是为了减小涡流,从而减小铁芯的发热量,进而提高变压器的效率。

答案减小　减小

7.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,电感线圈的电阻不计,分别求当开关S接通的瞬间、S接通达到稳定时、S切断的瞬间流过R1的电流。

解析开关S接通瞬间,流过线圈L的电流不会发生突变,所以流过R1的电流仍为0。达到稳定时,线圈相当于导线,所以流过R1的电流为I1= A=3 A。开关S断开瞬间,流过线圈L的电流不会发生突变,所以流过R1的电流仍为3 A。

答案0　3 A　3 A

关键能力提升练

8.(2021河南郑州期末)下列四个图都与涡流有关,其中说法不正确的是(　　)

A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置

B.自制金属探测器是利用被测金属中产生的涡流来进行探测的

C.电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物

D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流

解析真空冶炼炉的线圈中的电流做周期性变化,在金属中产生涡流,从而产生大量的热量熔化金属,故A正确;金属探测器中变化电流遇到金属物体,在被测金属中上产生涡流来进行探测,故B正确;家用电磁炉工作时,在锅体中产生涡流,加热食物,故C错误;当变压器中的电流变化时,在其铁芯中产生涡流,使用相互绝缘的硅钢片做成的铁芯可以尽可能减小涡流造成的损失,故D正确。题目让选不正确的,故选C。

答案C

9.

(多选)(2020福建龙岩期中)涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示,线圈中通以一定频率的正弦交变电流,靠近待测工件时,工件内会产生涡流,同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法正确的是(　　)

A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化

B.涡流的频率等于通入线圈的交变电流的频率

C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力

D.待测工件可以是塑料或橡胶制品

解析涡流是感应电流,涡流的磁场总是阻碍穿过工件的磁通量的变化,而且涡流的频率与线圈中交变电流的频率相等,A、B均正确;因待测工件中的涡流与通电线圈中的电流具有相同频率,因此二者间必有周期性的作用力,C正确;涡流只能在金属制品中产生,故选项D错误。

答案ABC

10.

(多选)(2020四川威远中学检测)如图所示,用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略,线圈的自感系数较大,其直流电阻小于电阻R的阻值。t=0时刻闭合开关S,电路稳定后,t1时刻断开S,电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像中可能正确的是(　　)

解析当开关S闭合时,电感阻碍电流变化,流过电感的电流逐渐增大,所以IL慢慢增大,最后稳定时电感相当于电阻,IL为恒定,当开关S断开后,电感阻碍自身电流变化,产生的感应电流仍沿着原来方向,大小逐渐减小到零,选项A正确,B错误;当开关S闭合时,电感阻碍电流变化,导致通过电阻的电流刚开始较大,当电感的阻碍慢慢减小,IR逐渐减小到稳定值,当开关S断开时,原来通过R的电流立即消失,电感阻碍自身电流变化,产生的感应电流流过电阻,其方向与规定图示流过电阻的方向相反,电流反向减小到零,选项C错误,D正确。

答案AD

11.

(多选)(2020广东深圳期中)如图所示,条形磁铁位于固定的半圆光滑轨道的圆心位置。一半径为R、质量为m的金属球从半圆轨道的一端沿半圆轨道由静止下滑。重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　)

A.金属球会运动到半圆轨道的另一端

B.由于金属球没有形成闭合电路,所以金属球中不会产生感应电流

C.金属球受到的安培力做负功

D.经过足够长时间后,系统产生的总热量为mgR

解析金属球在运动过程中,穿过金属球的磁通量不断变化,在金属球内形成闭合回路,产生涡流,金属球受到的安培力做负功,金属球产生的热量不断地增加,机械能不断地减少,直至金属球停在半圆轨道的最低点,C正确,A、B错误;根据能量守恒定律得系统产生的总热量为mgR,D正确。

答案CD

12.图甲为研究自感实验电路图,并用电流传感器显示出在t=1×10-3 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙)。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,灯泡R1的阻值为6 Ω,电阻R的阻值为2 Ω。

(1)线圈的直流电阻RL=　　　　　Ω。 

(2)开关断开时,该同学观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

解析(1)由图像可知开关S闭合稳定时

IL=1.5 A,

RL=-R= Ω-2 Ω=2 Ω,

此时小灯泡的电流I1= A=1 A。

(2)S断开后,L、R、R1组成临时回路

电流由1.5 A逐渐减小,所以灯泡会闪亮一下再熄灭。

答案(1)2　(2)灯泡闪亮一下后逐渐变暗,最后熄灭

13.如图所示,灯泡L1和L2的规格均为“6 V　3 W”,L3为“6 V　6 W”,电源电动势为8 V,线圈L的自感系数很大而电阻可忽略,则:

(1)开关闭合瞬间,三个灯泡的亮度情况如何?

(2)当电流逐渐稳定时,三个灯泡的亮度情况又如何?

解析(1)首先求得三个灯泡的电阻,R1=R2=12 Ω,R3=6 Ω,由于线圈L的自感系数很大而电阻可忽略,则开关闭合瞬间,灯泡L3中无电流,L3不亮,灯泡L1和L2中电流相同,L1、L2同样亮。

(2)当电流逐渐稳定时,线圈L相当于导线,设通过灯泡L1的电流为I1,则通过L3的电流I3=2I1,通过L2的电流I2=3I1,根据P=I2R可知,L1、L3、L2亮度依次增加。

答案(1)L1、L2同样亮,L3不亮　(2)L1、L3、L2亮度依次增加