2024新教材高中物理第二章电磁感应4互感和自感作业新人教版选择性必修第二册

4.互感和自感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改变时，它所产生的改变的磁场会在另一个线圈中产生eq\o(□,\s\up2(01))感应电动势的现象。产生的电动势叫作互感电动势。(2)应用：利用互感现象可以把eq\o(□,\s\up2(02))能量由一个线圈传递到另一个线圈，变压器就是利用互感现象制成的。(3)危害：互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且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。2．自感现象(1)定义：当一个线圈中的电流改变时，它所产生的改变的磁场在eq\o(□,\s\up2(01))线圈本身激发出感应电动势的现象。由于eq\o(□,\s\up2(02))自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。(2)通电自感和断电自感留意：通过线圈的电流不能发生突变，只能缓慢改变。电流稳定时，自感线圈就相当于一般导体。(3)危害：变压器、电动机等设备中有匝数许多的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生eq\o(□,\s\up2(05))电火花，烧蚀接触点，甚至会引起人身损害。3．自感系数(1)自感电动势的大小和自感系数：E＝eq\o(□,\s\up2(01))Leq\f(ΔI,Δt)，式中L是比例系数，叫作自感系数，简称自感或电感。电感的单位是eq\o(□,\s\up2(02))亨利，简称亨，符号是eq\o(□,\s\up2(03))H。常用的单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。(2)自感系数大小的确定因素：自感系数与线圈的eq\o(□,\s\up2(04))大小、eq\o(□,\s\up2(05))形态、eq\o(□,\s\up2(06))匝数，以及eq\o(□,\s\up2(07))是否有铁芯等因素有关。4．磁场的能量(1)自感现象中的磁场能量①线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源把能量输送给eq\o(□,\s\up2(01))磁场，储存在eq\o(□,\s\up2(02))磁场中。②线圈中电流减小时：eq\o(□,\s\up2(03))磁场中的能量释放出来转化为电能。(2)电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中eq\o(□,\s\up2(04))电流改变的“惯性”。典型考点一互感现象的理解和分析1．(多选)下列关于互感现象的说法正确的是()A．一个线圈中的电流改变时，与之靠近的线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象B．互感现象的实质是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律C．利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，人们制造了收音机的“磁性天线”D．互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作答案ABC解析两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流改变时，它所产生的改变的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象，之所以会在另一个线圈中产生感应电动势，是因为改变的电流产生改变的磁场，引起另一个线圈中的磁通量发生改变，发生电磁感应现象，A、B正确；收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感的原理，也就是利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，C正确；互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，有时会影响电路的正常工作，D错误。2．在无线电仪器中，常须要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中有电流改变时，对另一个线圈中的电流的影响尽量小。则图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()答案D解析两个相距较近的线圈，当其中一个线圈中电流发生改变时，就在四周空间产生改变的磁场。这个改变的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，即发生互感现象。要使这种影响尽量小，应采纳D图所示的安装位置才符合要求，因为通电线圈的磁场分布与条形磁体的类似，采纳D图所示的安装位置时，改变的磁场穿过另一个线圈的磁通量始终为零。3.1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表组成另一个回路，如图所示。通过多次试验，法拉第最终总结出产生感应电流的条件。关于该试验，下列说法正确的是()A．闭合开关S的瞬间，电流表中有a→b的感应电流B．闭合开关S的瞬间，电流表中有b→a的感应电流C．闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的电阻的过程中，电流表中有a→b的感应电流D．闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的电阻的过程中，电流表中有b→a的感应电流答案D解析闭合开关S的瞬间，通过B线圈的磁通量不发生改变，B线圈中不产生感应电流，A、B错误；闭合开关S后，在增大滑动变阻器R接入电路的电阻的过程中，A线圈中通过的是渐渐减弱的电流，即线圈B处于渐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可推断，电流表中的感应电流方向为b→a，故C错误，D正确。典型考点二自感电动势的理解4．(多选)下列说法正确的是()A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反答案AC解析当线圈中的电流不变时，由楞次定律可知线圈中不会产生自感电动势，A正确；推断线圈中自感电动势的方向与原电流的方向关系时，要看原电流的改变状况，当原电流增大时，线圈中的自感电动势的方向与原电流的方向相反，当原电流减小或反向时，线圈中的自感电动势的方向与原电流的方向相同，C正确，B、D错误。5．关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是()A．电感肯定时，电流改变越大，自感电动势越大B．电感肯定时，电流改变越快，自感电动势越大C．通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D．通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大答案B解析电感肯定时，电流改变越快，eq\f(ΔI,Δt)越大，由E＝Leq\f(ΔI,Δt)知，自感电动势越大，A错误，B正确；线圈中电流为零时，电流的改变率不肯定为零，自感电动势不肯定为零，C错误；当通过线圈的电流最大时，电流的改变率为零，自感电动势为零，D错误。典型考点三自感系数的理解6．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是()A．线圈的自感系数越大，自感电动势就肯定越大B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流改变越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯确定答案D解析由自感电动势公式E＝Leq\f(ΔI,Δt)知，自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流改变快慢有关，A错误；自感系数与线圈的大小、形态、匝数、有无铁芯有关，与其他因素无关，B、C错误，D正确。典型考点四通电自感和断电自感7.如图所示，L是自感系数较大的自感线圈，开关闭合后，当电路稳定时小灯泡A能正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，能视察到的现象分别是()A．小灯泡渐渐变亮，小灯泡马上熄灭B．小灯泡马上亮，小灯泡马上熄灭C．小灯泡渐渐变亮，小灯泡比原来更亮一下再渐渐熄灭D．小灯泡马上亮，小灯泡比原来更亮一下再渐渐熄灭答案A解析闭合开关瞬间，由于L的自感作用，灯泡渐渐变亮，断开开关S的瞬间，线圈产生自感电动势，但是线圈与灯泡A在开关断开后，不能形成回路，则灯泡A马上熄灭。A正确，B、C、D错误。8.(多选)如图所示，A、B是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽视的自感线圈。下面说法正确的是()A．闭合开关S时，A、B灯同时亮，且亮度相同B．闭合开关S时，B灯比A灯先亮，最终一样亮C．闭合开关S时，A灯比B灯先亮，最终一样亮D．断开开关S时，A灯与B灯同时渐渐熄灭答案CD解析开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，A灯马上发光，由于自感线圈的阻碍作用，B灯渐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽视，B灯最终与A灯一样亮，A、B错误，C正确；断开开关S的瞬间，自感线圈与两灯一起构成一个回路，通过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当于电源，两灯同时渐渐熄灭，D正确。9.如图所示是用于视察自感现象的电路图，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满意RL≪R，则在开关S由闭合到断开的瞬间，可以视察到()A．灯泡马上熄灭B．灯泡渐渐熄灭C．灯泡有明显的闪亮现象D．只有在RL≫R时，才会看到灯泡有明显的闪亮现象答案C解析开关S闭合后稳定时，由于线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满意RL≪R，则线圈中的电流IL≫I，当开关断开后灯泡中原电流马上完全消逝，而线圈由于自感作用阻碍其自身电流的减小，故线圈与灯泡组成回路，其电流IL渐渐减小，灯泡中由原来较小的电流I变为较大的电流IL时要明显闪亮一下，然后再渐渐熄灭，C正确，A、B错误；由分析知只要IL＞I，即RL＜R，灯泡就会出现闪亮的现象，若RL≪R就会有明显闪亮现象，若RL≫R，灯泡不会有闪亮现象，D错误。10.如图所示电路中，开关S原先闭合，电路处于稳定状态时，通过两电阻的电流大小分别为I1、I2，已知R1＞R2，不计线圈L的直流电阻，为志向电流表。在某一时刻突然断开开关S，则通过电流表的电流I随时间t改变的图线可能是下图中的()答案D解析当断开开关S时，原来通过R1的电流马上消逝，线圈阻碍自身电流改变，产生的感应电流流过电流表，其方向与原来流过电流表的电流方向相反，大小等于原来通过L的电流大小I2，渐渐减小最终为0，由题意可知I1<I2，故D正确。11.(2024·安徽省舒城中学高二月考)(多选)如图所示电路中，灯泡A、B的规格相同，电感线圈L的自感系数足够大且电阻可忽视，电容器的电容为C，电源电动势为E，内阻为r。下列关于此电路的说法中正确的是()A．S闭合电路稳定后，电容器的带电荷量为CEB．S闭合后的瞬间，B先亮，A渐渐变亮，最终A、B一样亮C．S断开后的瞬间，通过灯泡A的电流方向向下D．S断开后的瞬间，灯泡B渐渐熄灭答案CD解析S闭合电路稳定后，电容器与B并联，其两端电压等于路端电压，低于电源电动势E，因此电容器所带电荷量小于CE，故A错误；S闭合后的瞬间，电源的电压同时加到两灯泡上，A、B同时亮，随着L中的电流增大，线圈的分流作用增大，由于线圈L的电阻可以忽视不计，因此A渐渐变暗直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，B变亮，故B错误；S断开后的瞬间，线圈中电流减小，产生自感电动势，通过灯泡A的电流方向向下，故C正确；S断开后的瞬间，电容器要放电，因此B渐渐熄灭，故D正确。1．在同一铁芯上围着两个线圈，单刀双掷开关原来接在点“1”，现把它从“1”扳向“2”，如图所示，试推断在此过程中，在电阻R上的电流方向是()A．先由P→Q，再由Q→PB．先由Q→P，再由P→QC．始终由Q→PD．始终由P→Q答案C解析S从“1”扳开瞬间，B中磁通量向右减小，由楞次定律得R中电流由Q→P；S向“2”闭合瞬间，B中磁通量向左增加，R中电流由Q→P，故C正确。2.在制作精密电阻时，为了消退运用过程中由于电流改变而引起的自感现象，采纳双线并绕的方法，如图所示。其道理是()A．当电路中的电流改变时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流改变时，两股导线产生的感应电流相互抵消C．当电路中的电流改变时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D．以上说法都不对答案C解析由于采纳双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样改变，任何时刻两股导线中电流总是等大反向的，所产生的磁场也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消退了自感，A、B、D错误，C正确。3．(多选)如图所示，将两端刮掉绝缘漆的导线绕在一把锉刀上，一端接上电池(电池另一极与锉刀接触)，手持导线的另一端，在锉刀上来回划动，由于锉刀表面凹凸不平，就会产生电火花，则下列说法中正确的是()A．产生电火花的回路只由导线与电池组成B．若导线端只向一个方向划动也能产生电火花C．锉刀采纳什么材料制成对试验没有影响D．导线端划动的方向与自感电动势的方向无关答案BD解析由图可知，产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，A错误；手执导线的另一端，在锉刀上来回划动时产生的电火花，是由于电路时通时断，在回路中产生自感电动势产生的，与导线端运动的方向无关，如导线端只向一个方向划动也能产生电火花，B正确；产生电火花的回路由导线、锉刀与电池组成，假如锉刀是绝缘体，则试验不能完成，C错误；自感电动势的方向与电路是接通还是断开有关，与导线端划动的方向无关，D正确。4．(2024·湖南省张家界市高二上学期期末)随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线，小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经在无线充电方面实现了从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是()A．无线充电时，手机上接收线圈的工作原理是“电流的磁效应”B．接收线圈中交变电流的频率与放射线圈中交变电流的频率相同C．只有将充电底座接到直流电源上，才能对手机进行充电D．只要有无线充电底座，全部手机都可以进行无线充电答案B解析无线充电时，手机上接收线圈的工作原理是电磁感应现象，不是“电流的磁效应”，故A错误；无线充电利用的是电磁感应的互感现象，分析可知接收线圈中交变电流的频率与放射线圈中交变电流的频率相同，B正确；当充电底座中通以恒定直流时，不会产生交变磁场，不能对手机进行充电，故C错误；被充电手机内部，须有一类似金属线圈的部件，与手机电池相连，当有交变磁场时，才能出现感应电动势，所以不是全部的手机都能利用无线充电设备进行充电，故D错误。5．(多选)如图甲、乙电路中，电阻R、电感线圈L的电阻均和灯泡A的电阻相等。关于灯泡的亮、暗改变状况，下列说法中正确的是()A．在电路甲中，闭合开关S后，A灯将渐渐变亮B．在电路乙中，闭合开关S后，A灯将渐渐变亮C．在电路甲中，断开开关S后，A灯将先变得更亮，然后渐渐变暗D．在电路乙中，断开开关S后，A灯将先变得更亮，然后渐渐变暗答案AD解析在电路甲中，闭合开关S瞬间，L中电流要增大，就会产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以甲电路中灯泡将渐渐变亮，A正确；在电路乙中，闭合开关S瞬间，A灯将马上变亮，B错误；在电路甲中，断开开关时，L中电流要减小，就会产生自感电动势，相当于电源，自感电动势阻碍电流的减小，由于灯泡中的电流从原先的值起先渐渐减小，所以灯泡不会先变得更亮，C错误；在电路乙中，开关断开时，L相当于电源，由于L中原来的电流大于灯泡中原来的电流，则灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗，D正确。6.某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他苦思冥想找不出缘由。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的缘由是()A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大答案C解析依据实物连线图画出正确的电路图，如图所示，当闭合开关S，电路稳定之后，小灯泡中有稳定的电流IA，自感线圈中有稳定的电流IL，当开关S突然断开时，电流IA马上消逝，但是，由于自感电动势的作用，流过线圈的电流IL不能突变，自感线圈和小灯泡构成回路，假如IL>IA，则能视察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时熄灭的时间就越长。可见灯泡未闪亮的根本缘由是不满意IL>IA的条件，这是线圈电阻偏大造成的。故C正确。7.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改变的图像中，正确的是()答案B解析在t＝0时刻闭合开关S时，线圈中电流增大，产生自感电动势，使得线圈中电流只能渐渐增大，干路中电流I也渐渐增大，依据闭合电路欧姆定律UAB＝E－Ir，UAB渐渐减小直到稳定。稳定时，电阻R中的电流小于灯泡D中的电流。在t＝t1时刻断开S时，灯泡中原来的电流马上减小为零，线圈中产生自感电动势，电阻R、灯泡D和线圈组成回路，回路中电流从原来R中的电流值渐渐减小到零，此时流过灯泡D的电流方向与原来的方向相反，B点的电势比A点的电势高，UAB<0，由于稳定时线圈中电流较小，则此时UAB的值比稳定时小。B正确。8.(多选)如图所示，A、B是两个完全相同的小灯泡，L是电阻不计、自感系数很大的线圈。下列说法正确的有()A．闭合S1，再闭合S2，A灯将变暗B．闭合S1，再闭合S2，B灯将变暗直至熄灭C．闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将马上熄灭D．闭合S1、S2稳定后，再断开S1，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭答案BCD解析闭合S1，再闭合S2，闭合电路总电阻将减小，干路电流增大，A灯将变亮，A错误；闭合S1，再闭合S2，流过L的电流渐渐变大，稳定时B灯将被短路，所以B灯将变暗直至熄灭，B正确；闭合S1、S2稳定后，再断开S1，A灯将马上熄灭，C正确；闭合S1、S2稳定后，B灯熄灭，再断开S1，由于自感现象，B灯先亮一下然后变暗直至熄灭，D正确。9.如图所示，两相同灯泡A1、A2，A1与一志向二极管D连接，线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是()A．闭合开关S后，A1会渐渐变亮B．闭合开关S稳定后，A1、A2亮度相同C．断开S的瞬间，A1会渐渐熄灭D．断开S的瞬间，a点的电势比b点低答案D解析闭合开关S后，线圈自感，但两灯和线圈不是串联的关系，则两灯马上亮，A错误；闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以A1与二极管被短路，导致灯泡A1不亮，而A2亮，因此A1、A2亮度不同，B错误；断开S的瞬间，A2会马上熄灭，线圈L与灯泡A1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a点的电势低于b点，但二极管具有单向导电性，所以回路中没有感应电流，A1也是马上熄灭，C错误，D正确。10.如图所示的电路可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在试验完毕后，将电路拆去时应()A．先断开开关S1 B．先断开开关S2C．先拆去电流表A D．先拆去电阻R答案B解析当开关S1、S2闭合稳定后，线圈中的电流由a→b，电压表中的电流由d→c，先断开开关S1或先拆去电流表A或先拆去电阻R的瞬间，线圈中产生自感电动势，相当于