高中物理4 互感和自感习题

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一、互感现象
1. 互感：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。这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。
2. 互感的应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，因此互感在电工技术和电子技术中有广泛的应用。变压器就是利用互感现象制成的。
3. 互感的危害：互感现象可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。在电力工程中和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。
导师点睛 互感现象是一种常见的电磁感应现象，遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律。法拉第心系“磁生电”，发现电磁感应现象的实验实质就是互感。
二、自感现象、自感系数
(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。
(2)通过线圈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。
三、磁场的能量
四、通电自感和断电自感的比较
1. 对通电自感和断电自感的三点理解
(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加，且与原电流方向相反。
(2)断电时线圈产生的自感电动势与原来线圈中的电流方向相同，且在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流大小从原来的值逐渐变小，不发生突变。
(3)自感电动势只是延缓了电流的变化，但它不能阻止原电流的变化，更不能使原电流反向。
2. 自感现象的三种状态
(1)线圈通电瞬间可把线圈看成断路；
(2)断电时自感线圈相当于电源；
(3)电流稳定时，自感线圈相当于导体，理想线圈电阻为零，相当于短路。
【自感和互感举一反三练习】
1．在空间站进行实验可以克服来自地球磁场及电场的干扰，使得物理现象更为准确和明显。为了研究电感现象，宇航员在空间站进行如图所示的研究。在图中，为自感系数较大的电感线圈，且电阻不计，、为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则（ ）
A．断开以后，熄灭，重新亮后再熄灭B．断开以后，变得更亮，缓慢熄灭
C．合上的瞬间，先亮，后亮D．合上的瞬间，先亮，后亮
【答案】A【详解】AB．断开以后，马上熄灭，线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，在线圈与小灯泡B构成的闭合回路中产生感应电流，故闪亮后熄灭，故A正确，B错误；CD．合上的瞬间，电源电压同时加到两灯上，两灯同时亮，故CD错误。故选A。
2．如图所示，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，A、B是两个完全相同的灯泡，它们的额定电压和电源电动势相等，电源内阻可忽略。下列说法正确的是（ ）

A．闭合开关S时，A、B灯同时亮且都正常发光
B．闭合开关S，待电路稳定时，A灯比B灯亮
C．闭合开关S，待电路稳定时，B灯比A灯亮
D．断开开关S时，A、B两灯同时缓慢熄灭
【答案】D【详解】ABC．开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光，由于线圈的自感电动势阻碍电流的增加， A灯逐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽略，待电路稳定时，A灯会和B灯一样亮，故ABC错误；D．断开开关S的瞬间，线圈与两灯一起构成一个新的自感回路，通过线圈的电流将逐渐减小，由于自感作用， A、B两灯同时缓慢熄灭，故D正确。故选D。
3．自感线圈广泛应用在无线电技术中，是交流电路或无线电设备中的基本元件。 如图所示，是电感足够大的线圈， 其直流电阻可忽略不计，A 和B是两个参数相同的灯泡， 若将开关闭合，等灯泡亮度稳定后， 再断开开关，则（ ）

A．开关闭合时，、亮度始终相同
B．开关闭合时， 灯泡同时亮， 随后灯变暗 直至熄灭， B灯逐渐变更亮
C．开关断开瞬间，立即熄灭
D．开关断开瞬间，都闪亮一下逐渐熄灭
【答案】B【详解】AB．将开关S闭合时，灯泡A、B同时亮；由于线圈的直流电阻可忽略不计，电路稳定后，灯泡A会被短路，所以随后A灯会变暗直至熄灭，B灯逐渐变更亮，选项A错误，B正确；CD．开关S断开瞬间，灯B立即熄灭；由于线圈L对电流的阻碍作用，L中仍有电流，与灯泡A构成回路，所以A灯会先变亮然后再熄灭，选项CD错误。故选B。
4．在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使和亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为。在时刻断开S，能正确反映前后的一小段时间内通过的电流和通过的电流随时间变化关系的是（ ）

A． B．
C． D．
【答案】C【详解】在t0时刻断开S，电感线圈L将产生自感电动势阻碍通过其电流减小，此时L1与L2构成一个回路，且该回路中电流方向为顺时针，所以t0时刻i1将从I逐渐减小至零；而开始时通过L2的电流方向为向右，所以t0时刻i2将从I突变为-I之后再逐渐减小至零，综上所述可知ABD错误，C正确。故选C。
5．如图所示的电路中，a、b、c为三个相同的灯泡，线圈L的自感系数很大，电阻不计， 电源E内阻不计，下列判断正确的有（ ）

A．S闭合的瞬间，c灯最亮
B．S闭合的瞬间， b灯最亮
C．电路稳定后， 将S断开的瞬间， a、c两灯立即熄灭
D．电路稳定后， 将S断开， a、c两灯亮度相同且逐渐变暗
【答案】D【详解】AB．由于通过线圈L的电流会缓慢变化，当电键K闭合瞬间，L中的电流为0，电路的结构为b与c串联后与a并联，所以a支路的电阻值小，流过a的电流大，而流过b、c的电流相等，所以S闭合的瞬间，bc两灯一样亮，a灯最亮。故AB错误；CD．当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，此时b被短路，a与c并联；电路稳定后，将S断开此时线圈L产生感应电动势，相对于电源电路的结构是a与c串联后与b并联，所以a、c两灯亮度相同且逐渐变暗。故C错误，D正确。故选D。
6．如图所示的电路中，、、是三个相同的灯泡，电感的电阻和电源的内阻可忽略，为理想二极管。下列判断正确的是（ ）

A．开关从断开状态突然闭合时，逐渐变亮，一直不亮，立即变亮
B．开关从断开状态突然闭合时，、逐渐变亮，立即变亮
C．开关从闭合状态突然断开时，、逐渐熄灭，突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭
D．开关从闭合状态突然断开时，逐渐熄灭，突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，立即熄灭
【答案】D【详解】AB．由于二极管具有单向导电性，所以开关S从断开状态突然闭合时，二极管不能导通，L2一直不亮；此时L1、L3和L串联在同一回路中，L产生自感电动势阻碍通过其电流增大，所以通过L1和L3的电流逐渐增大，L1和L3均逐渐变亮，故AB错误；CD．开关S从闭合状态突然断开时，通过L3的电流立即变为零，所以L3立即熄灭；L产生自感电动势阻碍通过其电流减小，此时自感电动势的方向满足二极管导通的条件，所以L1、L2和L串联在同一回路中，通过L1的电流逐渐减小，L1逐渐熄灭，而由于L2开始时不亮，所以L2突然变亮，然后逐渐变暗熄灭，故C错误，D正确。故选D。
7．如图所示，是日光灯的电路图，主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关S点燃日光灯管过程中，启动器的双金属片始终是闭合的
B．闭合开关S点燃日光灯管过程中，镇流器相当于电阻
C．将镇流器换为定值电阻，闭合开关S仍能正常点燃日光灯管
D．将启动器更换为开关S1，先闭合开关S和S1，再断开S1，仍有可能点燃日光灯管
【答案】D【详解】A．当开关接通220伏的电压立即使启动器的惰性气体电离，产生辉光放电,辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触；电流通过镇流器、启动器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子，双金属片自动复位，两极断开；故A错误；B．在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动，在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光；则镇流器相当于自感电源，提供高压，故B错误；C．将镇流器换为定值电阻，闭合开关S不能提供高压让氩气分子电离，则不能正常点燃日光灯管，故C错误；D．将启动器更换为开关S1，先闭合开关S和S1，再断开S1，相当于启动器的作用，也能提供断电时的自感电动势获得高压，则仍有可能点燃日光灯管，故D正确；故选D。
8．手机无线充电装置的设计利用了电磁感应原理。图甲所示是市场上某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，送电线圈未与手机连接。当ab间接正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流实现给手机充电。下列说法正确的是（ ）
A．该装置主要运用了自感现象
B．送电线圈回路中的电流为零时，受电线圈两端的电压也为零
C．增大送电线圈和受电线圈的间距，受电线圈输出电压的频率改变
D．减小送电线圈和受电线圈的间距，受电线圈输出电压增大
【答案】D【详解】A．该装置主要利用了电磁感应中的互感现象，故A错误；B．当送电线圈的电流为0，此时电流变化率最大，磁通量变化率也最大，故受电线圈中磁通量变化率也最大，其感应电动势最大，故B错误；C．增大送电线圈和受电线圈的间距，不会改变受电线圈端电压的频率，故C错误；D．在匝数和线圈直径不变的情况下，由于漏磁现象，导致穿过两个线圈的磁通量不相等，若减小送电线圈和受电线圈的间距，穿过受电线圈的磁通量变大，单位时间内磁通量变化率变大，受电线圈输出电压将会变大，故D正确。故选D。
9．如图所示，电感线圈的自感系数L很大，且直流电阻不计，小灯泡A、B的电阻相等，电源内阻忽略不计。下列说法正确的是（ ）

A．开关S闭合瞬间，两灯泡同时发光
B．开关S闭合瞬间，A灯泡逐渐变亮，B灯泡立刻变亮
C．开关S断开瞬间，两灯泡都立即熄灭
D．开关S断开瞬间，A灯泡逐渐熄灭，B灯泡闪亮一下后逐渐熄灭
【答案】B【详解】AB．开关闭合瞬间，由于线圈的阻碍，中的电流逐渐增加，A灯泡逐渐变亮，B灯泡立刻变亮，故A错误，B正确；CD．开关断开瞬间，电源不再提供电流，支路中电流瞬间消失，自感线圈中磁通量减小，感应出与原电流方向相同的电流，形成电源，线圈与两灯泡串联，形成回路，由于断开瞬间流过灯泡电流大小没变化，因此两灯泡都不会闪亮，都慢慢熄灭，故CD错误。故选B。
10．随着科技的不断发展，无线充电已经实现了从理论研发到实际应用的转化。如图所示，某手机正在进行无线充电，下列说法正确的是（ ）

A．无线充电时，手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电
C．只要有无线充电底座，所有手机都可以用它进行无线充电
D．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
【答案】D【详解】A．无线充电时，手机接收线圈部分的工作原理是“电磁感应”，故A错误；B．当充电设备通以恒定直流，无线充电设备不会产生变化的磁场，不能对手机进行充电，故B错误；C．被充电手机内部应该有类似金属线圈的部件，与手机电池相连，当有交变磁场时，则出现感应电动势，普通手机不能够利用无线充电设备进行充电，故C错误；D．接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同，故D正确。故选D。
11．（多选）如图是演示自感现象的电路，与是完全相同的灯泡，电阻均为，在开关断开、闭合时，两灯的亮度一样。现闭合，待电路稳定后，突然断开的瞬间（ ）
A．立即熄灭
B．不会突然变亮，而是逐渐熄灭
C．有电流流过，方向向左
D．有电流流过，方向向左
【答案】BD【详解】CD．在开关断开、闭合时，两灯的亮度一样，所以线圈的直流电阻也是，则闭合，待电路稳定后，线圈中的电流与两灯泡中的电流大小相等，即。断开开关的瞬间，由于通过线圈的电流要减小，线圈中产生自感电动势，与构成回路，和被短路，没有电流流过；根据楞次定律，流过的电流向左，故C错误，D正确；AB．因为，所以流过的电流不会突然变大，而是从逐渐减小到0，所以不会突然变亮，而是逐渐熄灭，故A错误，B正确。故选BD。
12．（多选）如图所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻都小于灯泡H的灯丝电阻。接通电路达到稳定时，灯泡H能发光。下列判断正确的是（ ）

A．开关S由断开到闭合时灯泡H将逐渐变亮
B．开关S由断开到闭合时灯泡H立即变亮
C．开关S由闭合到断开时灯泡H将逐渐变暗
D．开关S由闭合到断开时灯泡H先闪亮一下然后才变暗
【答案】AC【详解】AB．开关S由断开到闭合时，由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增大，所以灯泡H将逐渐变亮，故A正确，B错误；CD．开关S由闭合到断开时，线圈产生自感电动势，线圈与灯泡、电阻R构成回路，电流由原来的大小逐渐减小，所以灯泡H不会先闪亮一下，而是逐渐变暗，故C正确，D错误。故选AC。
13．（多选）如图所示， A、B 是完全相同的灯泡， L 是电阻不计的电感线圈，电源内阻不计，下列说法正确的是（ ）

A．闭合 K 时， B 灯先亮， A 灯后亮， 最后一样亮
B．断开 K 时， B灯立即熄灭， A 灯缓慢熄灭
C．断开 K 时， A、B 灯均缓慢熄灭
D．断开 K 时， A 灯熄灭， B 灯变亮后熄灭
【答案】AC【详解】A．当开关K闭合时，B 灯先亮，A灯支路电路中的电流增加，由于线圈的自感作用，将产生一自感电动势阻碍电流的增加，此时A灯电流逐渐增大，A 灯后亮，电路稳定后线圈相当于一段导线，两灯并联，最后一样亮，故A 正确。BCD．断开 K 时，由于线圈的自感作用，将产生一自感电动势阻碍电流的减小，此时A、B二灯相当于串联，因为开始两灯电流相等，所以两灯均缓慢熄灭，不会变亮，故C正确BD错误。故选AC。
14．（多选）如图所示的电路中，A、B是两个相同的灯泡，L是一个带铁芯的线圈，电阻不计。调节R，电路稳定时两灯泡都正常发光，则在开关闭合或断开时（ ）

A．合上S时，A、B两灯同时正常发光
B．断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭
C．断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，且通过A灯泡的电流方向与原电流方向相同
D．断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，但一定同时熄灭
【答案】CD【详解】A．在开关合上S时，通过线圈的电流在增大，导致线圈出现自感电动势，从而阻碍灯泡A的电流增大，则B先亮，A慢慢变亮，由于L的电阻不计，稳定后两灯的亮度相同，B的亮度有变小的过程，A错误；C．断开开关S的瞬间，由于电流减小，线圈中会产生自感电动势，使L和两灯泡组成的回路中的电流不会立即变为零，通过A灯的电流的方向不变，而B灯的电流方向与原电流方向相反，C正确；BD．断开开关S的瞬间，因灯泡相同、L的电阻不计，则电流相等，所以两灯会慢慢熄灭，但不会闪亮一下，B错误，D正确。故选CD。
15．（多选）如图为日光灯电路，关于该电路，以下说法中正确的是（ ）

A．启动过程中，起辉器断开瞬间镇流器L产生瞬时高压
B．日光灯正常发光后，镇流器L使灯管两端电压低于电源电压
C．日光灯正常发光后起辉器是导通的
D．图中的电源可以是交流电源，也可以是直流电源
【答案】AB【详解】A．起辉器内部有双金属片温控开关，启动过程中，起辉器断开瞬间，由于自感，日光灯中的镇流器L在启动时产生瞬时高压，A正确；B．在正常工作时镇流器L又起降压限流作用，镇流器L由于自感使灯管两端电压低于电源电压，B正确；C．启动前卸掉启动器，不再采取其他措施，日光灯失去镇流器L自感产生的瞬时高压，日光灯不能正常启动，当电路接通后，由于启辉器分压少、辉光放电无法进行，起辉器中的氖气停止放电，起辉器内部有双金属片温控开关，冷却收缩，两个触片分离，电路断开，C错误；D．根据上述，日光灯要正常工作，需要镇流器L自感作用，即只适用于交流电源，不适用于直流电源，D错误。故选AB。
16．（多选）下列关于自感现象的说法中，正确的是（ ）
A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象
B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反
C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关
D．加铁芯后线圈的自感系数比没加铁芯时要小
【答案】AC【详解】AC．自感现象实质上属于电磁感应现象。当线圈中的电流发生变化时，穿过线圈的磁通量会发生变化，产生感应电动势，自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关，AC正确；D．自感系数与线圈本身因素有关，加铁芯后线圈的自感系数变大，D错误；B．当原电流增大时，感应电动势方向与原电流的方向相反，当原电流减小时，感应电动势方向与原电流方向相同，B错误。故选AC。
自感现象
当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感
自感电动势
定义
由于自感而产生的感应电动势
大小
正比于电流的变化率
公式
方向判断
遵循楞次定律
自感系数
物理意义
表示线圈产生自感电动势本领的大小
大小的
决定因素
与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关
单位
国际单位制单位是亨利，简称亨，符号是H。
常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)，1 H=103 mH=106 μH
自感现象中
磁场的能量
(1)线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，这可以看作电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。
(2)线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能
电的“惯性”
自感电动势阻碍线圈中的电流的变化
通电自感
断电自感
自感电路
器材规格
A1、A2灯同规格，R=RL1，L1的自感系数较大
L2的自感系数很大
自感现象
在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终两灯一样亮
先闭合开关，使灯泡发光，然后断开开关。在开关S断开时，A灯不会立即熄灭
产生原因
开关闭合时，流过线圈L1的电流迅速增大，线圈L1中产生自感电动势，阻碍电流的增大，流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增大得慢，又R=RL1，最终流过两灯的电流一样大
断开开关S时，流过线圈L2的电流迅速减小，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间。在S断开后，通过L2的电流会通过A灯(与原来A灯的电流方向相反)，A灯不会立
即熄灭。若RL2IA，则A灯熄灭前要闪亮一下；若RL2≥RA，原来的电流IL2≤IA，则A灯逐渐熄灭
等效理解
电感线圈的作用相当于一个阻
值无穷大的电阻在短时间内减
小为电感线圈的直流电阻
电感线圈的作用相当于一个瞬时电源(电源电动势在短时间内减小为零)
能量转化
电能转化为磁场能
磁场能转化为电能