13.11互感和自感现象（解析版）-24高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份13.11互感和自感现象（解析版）-24高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共13页。试卷主要包含了11讲 互感和自感现象等内容，欢迎下载使用。

第13.11讲 互感和自感现象
【知识点精讲】
1．互感现象
(1)定义：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，这种现象叫互感。
(2)作用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器、收音机的磁性天线。
2．自感现象
(1)概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感。
(2)自感电动势
①定义：在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势。
②表达式：E＝Leq \f(ΔI,Δt)。
(3)自感系数L
①相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。
②单位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H，1 μH＝10－6 H。
【方法归纳】
自感现象理解
1．自感现象的四大特点
(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。
(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。
(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。
(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。
2．自感中“闪亮”与“不闪亮”问题
更多课件 教案 视频 等优质滋源请 家 威杏 MXSJ663
3. 分析自感问题的三个技巧
【最新高考题精练】
1．（2023高考北京卷）如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（ ）
A．P与Q同时熄灭 B．P比Q先熄灭
C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭
【参考答案】D
【名师解析】根据题述，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，说明线圈L中通过的电流大于灯泡P中电流。断开开关，线圈L中产生自感电动势，与灯泡P形成闭合回路，所以P闪亮后再熄灭，Q立即熄灭，D正确ABC错误。
2.（2017北京卷）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
【参考答案】：C
【名师解析】：本题考查自感现象及其相关的知识点。断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，由于线圈L1的自感，通过L1的电流逐渐减小，且通过A1，即自感电流会大于原来通过A1的电流，说明闭合S1，电路稳定时，通过A1的电流小于通过L1的电流，L1的电阻小于A1的电阻，AB错误；闭合S2，电路稳定时，A2与A3的亮度相同，说明两支路的电流相同，因此变阻器R与L2的电阻值相同，C正确；闭合开关S2，A2逐渐变亮，而A3立即变亮，说明L2中电流与变阻器R中电流不相等，D错误.
【最新模拟题精练】
1.（2023北京朝阳一模）13．某同学利用电压传感器来研究电感线圈工作时的特点。图甲中三个灯泡完全相同，不考虑温度对灯泡电阻的影响。在闭合开关S的同时开始采集数据，当电路达到稳定状态后断开开关。图乙是由传感器得到的电压u随时间t变化的图像。不计电源内阻及电感线圈L的电阻。下列说法正确的是（ ）
A．开关S闭合瞬间，流经灯D2和D3的电流相等
B．开关S闭合瞬间至断开前，流经灯D1的电流保持不变
C．开关S断开瞬间，灯D2闪亮一下再熄灭
D．根据题中信息，可以推算出图乙中u1与u2的比值
【参考答案】．D
【名师解析】开关S闭合瞬间，由于电感线圈的阻碍作用，灯D3逐渐变亮，通过灯D3的电流缓慢增加，待稳定后，流经灯和的电流相等；故从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯D1的电流也是逐渐增加，A、B错误；开关S断开瞬间，由于电感线圈阻碍电流减小的作用，由电感线圈继续为灯D2和D3提供电流，又因为电路稳定的时候，流经灯D2和D3的电流相等，所以灯逐渐熄灭，C错误；开关S闭合瞬间，灯D1和D2串联，电压传感器所测电压为D2两端电压，由欧姆定律
电路稳定后，流过D3的电流为。
开关S断开瞬间，电感线圈能够为D2和D3提供与之前等大电流，故其两端电压为
所以，故可以推算出图乙中u1与u2的比值，D正确。
2. (2023·湖南省长郡中学模拟)某同学想对比自感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器．先闭合开关K得到如图乙所示的i－t图像，等电路稳定后，断开开关(断开开关的实验数据未画出)．下列关于该实验的说法正确的是( )
A．闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零
B．图乙中的a曲线表示电流传感器A2测得的数据
C．断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
D．t1时刻小灯泡与线圈的电阻相等
【参考答案】 D
【名师解析】 闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，自感线圈中电流为零，故A错误；A2中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故A2中数据应为题图乙中b曲线，故B错误；断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，回路中的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，故C错误；t1时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，故D正确．
3. （2023河北张家口宣化一中二模）如图所示，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略不计）。电源内阻不计，则（ ）
A. S闭合时，A灯立即亮，亮度保持不变
B. S闭合时，B灯立即亮，然后亮度逐渐加大
C. S闭合时，C灯立即亮，然后亮度逐渐减弱
D. 电路接通稳定后，S断开时，B、C灯立即熄灭，A灯逐渐熄灭
【参考答案】B
【名师解析】
电源内阻不计，电路接通时，C灯两端电压不变，C灯亮度不变，A灯立即亮，L直流电阻不计，稳定后，L直流电阻为零，L将A灯短接，A灯熄灭。接通S，在电路达到稳定的过程中，A和L并联，然后和B串联，串联两端电压不变，A灯两端电压逐渐减小，B灯两端电压逐渐增大，电键S闭合后，B灯立即亮，然后亮度逐渐加大，故AC错误，B正确；断开S瞬间，L由于自感作用，线圈L充当电源对三个灯泡供电，A灯闪亮，然后逐渐熄灭。B灯、C灯的电流均瞬间减小，然后再逐渐减为零，B灯、C灯亮度均瞬间降低，然后逐渐熄灭，故D错误。
4、（2023北京顺义九中调研）如图所示，电路中为电感线圈，C为电容器，先将开关S1闭合，稳定后再将开关S2闭合，则（ ）
A．S1闭合时，灯A、B都逐渐变亮
B．S1闭合时，灯A中无电流通过
C．S2闭合时，灯B立即熄灭
D．S2闭合时，灯A中电流由b到a
【参考答案】、D
【名师解析】
S1闭合时，因为电容器通交流阻直流，所以灯A中有短暂电流通过，且不会逐渐变亮，故AB错误；
S2闭合时，因为电感线圈，灯B会逐渐熄灭，故C错误；
开关S2闭合时，电容放电，所以S2闭合瞬间A灯有电流从b到a ，故D正确。
5. （2023山西太原期中）如图的电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合S时，灯泡B立即变亮，A缓慢变亮
B. 闭合S时，灯泡B不亮，A缓慢变亮
C. 闭合S待稳定后再断开，灯泡A、B慢慢熄灭
D. 闭合S待稳定后再断开，灯泡B立即变亮，然后A、B慢慢熄灭
【参考答案】BD
【名师解析】
闭合S时，因加在二极管上的电压为反向电压，可知二极管截止，灯泡B不亮；由于线圈L阻碍该支路电流的增加，可知A缓慢变亮，选项A错误，B正确；
闭合S待稳定后再断开，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，则线圈相当电源，在灯泡A、线圈L、二极管D和灯泡B中形成新的回路，使得灯泡B立即变亮，然后A、B慢慢熄灭，选项C错误，D正确。
6．（2023山东滕州质检）如图所示，小灯泡与线圈并联，用传感器测量小灯泡所在支路的电流，在时刻闭合开关，经过一段时间后，在时刻断开开关，计算机上显示小灯泡中电流随时间变化的图象如图所示，图中，下列说法正确的是（ ）
A．开关闭合瞬间，线圈中的电流为零，之后保持不变
B．开关断开后瞬间，灯泡中电流大小不变，方向与原来相反
C．开关断开后瞬间，灯泡中的电流大小与线圈相同
D．线圈电阻等于灯泡电阻
【参考答案】C
【名师解析】开关闭合瞬间，由于线圈产生自感电动势，线圈中的电流为零，灯泡中立刻电流最大，之后线圈中逐渐增大，最后保持稳定，灯泡中电流减小，最后保持稳定，A错误；开关断开后瞬间，线圈中产生自感电动势与灯泡构成闭合回路，灯泡中电流大小变为I2，逐渐减小，方向与原来相反，灯泡中的电流大小与线圈相同，B错误C正确；由于，即断开开关瞬间，产生的感应电流更大，所以在电路稳定时，流过线圈的电流大于流过灯泡的电流，线圈电阻小于灯泡电阻，D错误。
7.（2023江西部分重点高中联考）如图所示，a、b、c是三个相同的小灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻和灯泡电阻一样大，下列说法正确的是（ ）
A.开关S闭合时，b、c灯立即亮，a灯逐渐亮，通过b灯电流方向向左
B.开关S闭合，电路稳定后，a、b、c灯都亮，a、b灯亮度一样
C.开关S断开时，b、c灯立即熄灭，a灯闪亮一下再逐渐熄灭
D.开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭，通过b灯电流方向向左
【参考答案】D
【名师解析】A.开关S闭合时，b、c灯立即亮，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加，使得a灯逐渐亮，左边电源正极，通过b灯电流方向向右，A错误；
.开关S闭合，电路稳定后，三灯都亮，自感线圈有电阻，通过a、b灯电流不一样，亮度不一样，B错误；
.开关S断开时，c灯立即熄灭，由于在L中产生自感电动势阻碍电流的减小，则电流将在L与a、b灯之间形成新的回路，使得a、b灯逐渐熄灭，通过b灯电流方向向左，C错误，D正确，故选D。
8.（2023四川内江一中入学考试） 如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零。A和B是两个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（ ）
A 闭合开关S后，A灯亮，B灯不亮
B. 闭合开关S后，A、B灯亮，之后B灯慢慢熄灭，A灯更亮
C. 开关S闭合电路稳定后，在突然断开的瞬间，A、B灯都闪亮一下
D. 开关S闭合电路稳定后，在突然断开的瞬间，A灯立即熄灭、B灯闪亮一下再熄灭
【参考答案】BD
【名师解析】
开关S闭合瞬间，线圈L因自感对电流有阻碍作用，则相当于灯泡A与B串联，因此两灯同时亮且亮度相同，稳定后B灯被短路熄灭，A灯更亮，A错误，B正确；
电路稳定后当开关S突然断开瞬间，A灯中不会再有电流通过，故A灯马上熄灭，由于线圈的自感使得线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源与B灯构成闭合回路放电，B灯闪亮一下再熄灭，C错误，D正确。
9. （2022山西太原三模）一种叫“焦耳小偷”的电路,可以“榨干”一颗旧电池的能量,其原理如图所示。一颗废旧的5号电池开路电压大约1 V,直接点亮一个需要1.6 V电压驱动的发光二极管是不可能的,这时可以反复快速接通和断开开关,发光二极管就会闪烁起来。下列说法中正确的是
A.发光二极管的正极应接在C端
B.只有开关接通的瞬间,发光二极管才会闪亮
C.只有开关断开的瞬间，发光二极管才会闪亮
D.开关断开及接通的瞬间,A端的电势均高于B端的电势
【参考答案】C
【名师解析】发光二极管的正极应接在B端，只有开关断开的瞬间，线圈产生感应电动势，感应电动势与电池电动势方向相同，大于1.6V，就可使发光二极管闪亮，选项B错误C正确；开关接通的瞬间,A端的电势高于B端的电势，开关断开的瞬间,A端的电势低于B端的电势，选项D错误。
10. （2022浙江湖州期末）老师在物理课堂内做了“千人震”趣味小实验，如图所示，用了一个日光灯上拆下来的镇流器、两节1.5V的干电池、电键以及导线若干，几位同学手牵手连到电路的C、D两端，会产生“触电”的感觉，则以下说法正确的是（ ）
A. “触电”是发生在电键K断开的瞬间
B. “触电”是由感应起电引起的
C. “触电”时通过人体的电流方向是A→C→D→B
D. 干电池的3V电压让人感到“触电”
【参考答案】A
【名师解析】在电键K断开的瞬间，镇流器产生自感电动势，所以“触电”是发生在电键K断开的瞬间，由楞次定律可知，“触电”时通过人体的电流方向是B→D→C→A，A正确BC错误；干电池的3V电压不能让人感到“触电”，D错误。
11. （2022山东聊城重点高中质检）如图所示的电路中，电感线圈L的自感系数足够大且直流电阻可忽略，G为电流传感器，灯泡A与理想二极管B相连，则下列说法正确的是（ ）
A. K闭合瞬间，灯泡A立即亮，电流传感器G电流逐渐增大
B. K闭合瞬间，灯泡A亮一下再熄灭，电流传感器G电流突然减小
C. K断开瞬间，灯泡A亮一下再熄灭，电流传感器G电流逐渐减小
D. K断开瞬间，灯泡A不亮，电流传感器G电流先增大后逐渐减小
【参考答案】C
【名师解析】
灯泡A与二极管串联，闭合开关K时，电流无法流过二极管，灯泡A不亮，电感线圈L与电流传感器串联，由于自感现象，电流传感器的示数逐渐增大后不变，故AB错误；
断开开关K时，由于自感现象，线圈中电流逐渐减小，流过G的电流逐渐减小，线圈与二极管、灯泡构成一个回路，线圈上的电流从左向右，二极管上电流从右向左，正向导通，所以灯泡A在断开开关K瞬间，亮一下再熄灭，故C正确、D错误；
12. （2022山东济南高二重点高中质检）如图所示，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻与灯泡、的电阻相同，两灯泡的额定电压、额定功率相同，额定电压小于电源的电动势，闭合电键S，则下列判断正确的是（ ）
A. 闭合电键后，、两灯泡逐渐变亮
B. 闭合电键后，、两灯泡逐渐变暗至熄灭
C. 断开电键一瞬间，灯泡中有从右向左的电流
D. 断开电键一瞬间，灯泡的功率变为原来的四分之一
【参考答案】CD
【名师解析】
闭合电键后，L相当于断路，、两灯泡通有电流会直接变亮，当稳定后L相当于定值电阻，与灯泡并联，此时灯泡中电流稳定，亮度正常，故AB错误；
闭合电键后，稳定时L中电流从左到右，当断开电键一瞬间，L等效于电源，电流方向不变，与灯泡构成回路，因此灯泡中有从右向左的电流，故C正确；
闭合电键后，稳定时L阻值与灯泡阻值相同，因此电流相同，当断开电键一瞬间L等效于电源，电流大小不变，两个灯泡并联接入电路分流，电流大小为原来一半，根据可知灯泡的功率变为原来的四分之一，故D正确。
13 如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感线圈L的直流电阻不计，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变化的图象中，正确的是( )
【参考答案】B
【名师解析】
S闭合时，通过灯泡的电流由A至B，由于电感线圈L有感抗，经过一段时间电流稳定时L电阻不计，可见电路的外电阻由大变小。由U外＝eq \f(R外,R外＋r)E可知U外也由大变小，所以A、C错；t1时刻断开S，由于自感，L、R、D构成回路，通过灯泡的电流由B至A，所以t1时刻UAB反向，B正确，D错。
14．如图所示是研究自感实验的实物电路，L1、L2是两个规格相同的小灯泡，L为自感线圈，闭合开关S，调节滑动变阻器R，使两个灯泡的亮度相同，然后断开开关S，则( )
A．闭合开关S，L1、L2都逐渐变亮
B．闭合开关S，L2立刻变亮，L1逐渐变亮
C．闭合开关S稳定后，L仍有自感电动势
D．闭合开关S稳定后，断开S，L没有自感电动势
【参考答案】B
【名师解析】
L1与线圈相连，闭合开关后线圈发生自感，L1逐渐变亮，L2与滑动变阻器相连，闭合开关后，L2立刻变亮，选项A错误，B正确；自感现象在开关闭合和断开的时候发生，电路稳定后，线圈没有自感电动势，选项C、D错误。
15.(19分)如图所示，设电源的电动势为E＝10 V，内阻不计，L与R的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值为R灯＝10 Ω。
(1)求断开S的瞬间，灯泡L1两端的电压；
(2)画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间的变化规律。
【名师解析】
(1)电路稳定工作时，由于a、b两点的电势相等。导线ab上无电流通过，因此通过L的电流为：
IL＝ eq \f(E,2R) ＝ eq \f(10,10) A＝1 A，
流过L1的电流为I灯＝ eq \f(E,2R灯) ＝ eq \f(10,20) A＝0.5 A，
断开S的瞬间，由于线圈要维持IL不变，而与L1组成闭合回路，因此通过L1的最大电流为1 A，所以此时L1两端的电压U＝IL·R灯＝10 V(正常工作时为5 V)。
(2)断开S前，流过L1的电流为0.5 A不变，而断开S的瞬间，通过L1的电流突变为1 A，而方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图像如图所示(t0为断开S的时刻)。
注：从t0开始，电流持续的时间实际上一般是很短的。
16.如图所示，图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流(图中未画出)。电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，A、B间的电压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，该时刻前后电流传感器显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示。
(1)求出线圈L的电阻RL；
(2)在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何？
(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？
【名师解析】
(1)由题图可知，开关S闭合电路稳定时流过线圈L的电流I0＝1.5 A，由欧姆定律得I0＝ eq \f(U,R＋RL) ，
解得：RL＝ eq \f(U,I0) －R＝2.0 Ω
(2)断开开关前，流过线圈L的电流自左向右，断开开关后，线圈L、电阻R和电灯构成一闭合回路，由自感规律可知，电灯中的电流方向自右向左。
(3)由题图可知，t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的电流I＝0.3 A，此时线圈L相当于电源，由闭合电路欧姆定律得E＝I(RL＋R＋R1)＝0.3×(2.0＋2.0＋6.0) V＝3.0 V
答案：(1)2.0 Ω (2)自右向左
(3)3.0 V与线圈串联的灯泡
与线圈并联的灯泡
电路图
通电时
电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮
电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定
断电时
电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变
电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变