2024-2025年高中物理第二章电磁感应4互感和自感检测含解析新人教版选择性必修2

PAGEPAGE9互感和自感(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．(多选)下列关于互感现象的说法正确的是()A．—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【解析】选A、B、C。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，选项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，选项C正确；互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，会影响电路的正常工作，选项D错误。2.如图所示，两个电阻的值都为R，多匝线圈的电阻和电池的内阻均可忽视，开关原来断开，电路中的电流为I0，现将S闭合，线圈产生自感电动势，它的作用为()A．使电路中电流减小，最终减小为零B．阻碍电路中电流增大，使之保持不变C．阻碍电路中电流增大，最终电流小于I0D．阻碍电路中电流增大，最终电流等于2I0【解析】选D。由于开关的闭合，使得电流增加，则线圈产生自感电动势，有阻碍电流的作用，延长了电流改变的时间，因为多匝电感线圈L的电阻和电池内阻都忽视不计，最终电流渐渐增加到2倍，故D正确，A、B、C错误。3．在如图所示的电路中，两个灵敏电流计G1和G2的零点都在刻度盘中心，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆。在电路接通达到稳定状态后再断开的瞬间，下面哪个说法符合实际()A.G1指针向左摆，G2指针向右摆B．G1指针向右摆，G2指针向左摆C．G1、G2的指针都向左摆D．G1、G2的指针都向右摆【解析】选B。电路稳定后断开，通过电阻这一支路的电流马上消逝，由于电感线圈对电流的改变有阻碍作用，会阻碍其减小，并且通过电感线圈的电流通过电阻。所以含有电感线圈的支路的电流从“＋”接线柱流入，G1指针向右摆。含有电阻的支路电流从“－”接线柱流入，G2指针向左摆。故B正确，A、C、D错误。故选B。4.如图所示，三只完全相同的灯泡A、B、C分别与带有铁芯的电感线圈L、定值电阻R、二极管D串联在电路中，闭合开关S，电路稳定后，三只灯泡亮度相同。下列说法正确的是()A．断开开关S，灯泡A、C立刻熄灭，灯泡B渐渐熄灭B．断开开关S，灯泡C立刻熄灭，灯泡A、B渐渐熄灭C．断开开关S瞬间，通过灯泡B的电流方向是从左向右的D．假如先抽掉电感线圈的铁芯，再断开开关S，会发觉灯泡B熄灭得更慢【解析】选B。在电路稳定后，断开开关S的瞬间，L由于产生自感电动势，相当于电源，依据楞次定律可知，L产生的电动势使L的右侧电势高，L的左侧的电势低，所以此时感应电流不能通过二极管，所以灯泡C立刻熄灭；灯泡A、B串联，所以灯泡A、B渐渐熄灭，故A错误，B正确；由楞次定律可知，L产生的自感电动势使L的右侧电势高，L的左侧的电势低，所以通过灯泡B的电流方向是从右向左的，故C错误；抽掉电感线圈的铁芯，则电感线圈L自感系数变小，则对电流改变的阻碍作用减小，所以再断开开关S，会发觉灯泡B熄灭得较快，故D错误。5．如图所示灯LA、LB完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽视。则()A.S闭合的瞬间，LA、LB同时发光，接着LA变暗，LB更亮，最终LA熄灭B．S闭合瞬间，LA不亮，LB马上亮C．S闭合瞬间，LA、LB都不马上亮D．稳定后再断开S的瞬间，LB熄灭，LA比LB(原先亮度)更亮【解析】选A。S接通的瞬间，线圈L支路中电流从无到有发生改变，因此，线圈L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间线圈L中的电流特别小，电流几乎全部流过LA，所以LA、LB会同时亮。当L中电流稳定时，感应电动势消逝，线圈的电阻可忽视，对LA起到“短路”作用，因此，LA便熄灭。这时电路的总电阻比刚接通时小，电路中电流增大，LB会比以前更亮，故A项正确，B、C两项错误。稳定后断开S前，流过L和LB的电流相等，断开S后，线圈L和LA组成回路，由于自感电动势，线圈L的电流渐渐减小，LA不会比LB更亮，故D项错误。6.如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻RL与灯泡的电阻R满意RL<R。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。下列表示通过灯泡的电流随时间改变的图像中，正确的是()【解析】选C。在t＝0时刻闭合开关S时，灯泡两端干脆获得电压，所以灯泡的电流瞬间达到最大；而线圈中电流增大，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；依据闭合电路的欧姆定律可知，电源内阻r消耗的电压增大，路端电压将减小，所以流过灯泡的电流减小，渐渐达到稳定；当断开开关时，原来通过线圈的电流渐渐减小，由于电感阻碍自身电流改变，线圈产生的感应电流流过灯泡，其方向与起先时流过灯泡的电流方向相反，I渐渐减小，最终为0。故A、B、D错误，C正确。【补偿训练】(多选)如图A1、A2是两个电流表，AB和CD两支路直流电阻相同，R是变阻器，L是带铁芯的线圈，下列结论正确的有()A.刚闭合K时，A1示数大于A2示数B．闭合K后(经足够长时间)，A1示数等于A2示数C．刚断开K的瞬间，A1示数大于A2示数D．断开K后，通过R的电流方向与断开K前相反【解析】选B、D。闭合开关的瞬间，L所在支路上线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，A1的示数小于A2的示数。故A错误；开关S闭合稳定后，L不再阻碍，A1的示数等于A2的示数，故B正确；断开开关，R中原来电流马上消逝，L中产生自感电动势，相当于电源，R、L串联，A1的示数等于A2的示数，且流过R的电流反向，故C错误、D正确。故选B、D。二、非选择题(本题共2小题，共24分)7．(12分)为了演示接通电源的瞬间和断开电源的瞬间的电磁感应现象，设计了如图所示的电路图，A、B两灯规格相同，L的直流电阻和R相等，开关接通的瞬间，A灯的亮度____________(选填“大于”“等于”或“小于”)B灯的亮度；通电一段时间后，A灯的亮度_________(选填“大于”“等于”或“小于”)B灯的亮度；断电的瞬间，B灯__________(选填“马上”或“渐渐”)熄灭。【解析】闭合开关的瞬间，通过L的电流增大，产生自感电动势，阻碍原电流的改变，从而使通过A灯的电流比B灯的电流大，所以灯A的亮度大于灯B的亮度；当通电一段时间后，电路的电流稳定，通过两灯的电流相同，所以两灯亮度相同；断电瞬间，通过L的电流减小，产生自感电动势，阻碍原电流的改变，从而使通过A灯的电流比B灯的电流消逝得慢，进而推断灯A渐渐熄灭，灯B马上熄灭。答案：大于等于马上8．(12分)张老师在课堂上演示了如图所示的试验，电源电动势为1.5V，人两手间电阻设为200kΩ，L为自感系数很大的电感线圈。当开关S1和S2都闭合稳定时，电流表A1、A2的示数分别为0.6A和0.4A。当断开S2，闭合S1，电路稳定时电流表A1、A2的示数都为0.5A。试验前先将两开关都断开。(1)以下操作能使人有触电感觉的是________。A．先将S1和S2闭合，稳定后再突然断开S1B．先将S1和S2闭合，稳定后再突然断开S2C．保持S2断开，先闭合S1，稳定后再突然断开S1D．由于电源电动势只有1.5V，无论怎样操作都不会使人有触电的感觉。(2)随意操作两开关，有可能烧坏的是________。A．电流表A1B．电流表A2C．小灯泡D．全部仪器都不会烧坏(3)保持S2断开，先闭合S1待稳定后突然断开S1，此时A、B两点中电势较高的点是________点，A、B间瞬时电压的最大值为________kV。【解析】(1)当开关S1和S2都闭合稳定时，电流表A1、A2的示数分别为0.6A和0.4A；电源电动势为1.5V，人两手间电阻设为200kΩ，可知流过人体的电流值几乎可以忽视不计，可知流过灯泡的电流为0.2A，结合欧姆定律可知，灯泡的电阻值较小。当电路稳定后再突然断开S1时，线圈产生自感电动势，此时人与灯泡并联，由于灯泡的电阻值小，所以流过灯泡的电流比较大，则线圈的电流改变率比较小。依据自感电动势的公式可知，线圈产生的自感电动势就比较小，人不能产生触电的感觉，故A错误；先将S1和S2闭合，稳定后再突然断开S2时，对线圈的回路没有影响，线圈不产生比较大的自感电动势，故B错误；保持S2断开，当开关闭合后，电感线圈与人并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以流过人的电流很小。当断开S1时，线圈与人串联，由于电感线圈电流渐渐变小到几乎等于0，依据自感电动势的公式可知能够产生很高的瞬间电压，使人有触电的感觉，故C正确，D错误；故选C。(2)由电路图可知，随意操作两开关，会导致线圈中产生很高的感应电动势，则小灯泡最有可能烧坏，故C正确，A、B、D错误；故选C。(3)保持S2断开，先闭合S1待稳定后突然断开S1，因电流的减小，导致线圈产生感应电动势，从而阻碍电流的减小，则线圈相当于瞬间电源的作用，此时A、B两点中电势较高的点是A。当突然断开S1，经过人的电流为0.5A，而人的电阻为200kΩ，由欧姆定律，可知，U＝IR＝0.5×200kV＝100kV；答案：(1)C(2)C(3)A100(15分钟40分)9.(7分)(多选)如图所示，E为电源，L是电阻可忽视不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡。则下列说法正确的是()A．刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小相等B．刚闭合S的瞬间，通过D2的电流大于通过D1的电流C．闭合S待电路稳定后，D1熄灭，D2比原来更亮D．闭合S待电路稳定后，将S断开瞬间，D2马上熄灭，D1闪亮一下再熄灭【解析】选A、C、D。刚闭合S瞬间，由于自感线圈相当于断路，所以两灯是串联的，则通过灯泡D1、D2的电流相等，故A正确，B错误；S闭合稳定后，线圈相当于导线把灯泡D1短路，灯泡D1熄灭，回路中总电阻减小，电流增大，灯泡D2比S刚闭合时亮，故C正确；S闭合稳定后再断开开关，灯泡D2马上熄灭，但由于线圈的自感作用，L相当于电源，与灯泡D1组成回路，灯泡D1要闪亮一下再熄灭，故D正确。10.(7分)(多选)如图，电灯的灯丝电阻为2Ω，电池电动势为2V，内阻不计，线圈匝数足够多，其直流电阻为3Ω。先合上开关S，过一段时间突然断开S，则下列说法中错误的是()A．电灯马上熄灭B．电灯马上先暗再熄灭C．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相同D．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相反【解析】选A、C、D。突然断开S，线圈将产生自感现象，且与电灯构成一闭合回路，此时通过电灯的电流向上，与断开前的电流方向相反；因线圈直流电阻比电灯大，断开前通过线圈电流小于通过电灯的电流，即电灯会突然比原来暗一下再熄灭，B正确A、C、D错误。11．(7分)(多选)一个称为“千人震”的趣味物理小试验，试验是用一节电动势为1.5V的新干电池、一个日光灯镇流器(自感线圈)、开关和几根导线连成如图所示的电路。几位做试验的同学手拉手连成一排，首、尾两位同学分别握住导线的A、B端，在开关闭合或断开时就会使连成一排的同学都有触电感觉，则()A.人有触电感觉是在开关闭合的瞬间B．人有触电感觉是在开关断开的瞬间C．该试验现象的发生是因为自感线圈会产生很高的自感电动势D．若增加拉手的人数，触电的感觉会变得不明显【解析】选B、C。当开关闭合时，镇流器与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小。人没有触电的感觉，故A错误；当开关断开时，通过镇流器电流突然减小，从而产生很高的瞬间电压，使同学们有触电的感觉；增加拉手的人数，触电的感觉会仍旧明显。故B、C正确，D错误。【补偿训练】图1和图2是演示自感现象试验的两个电路图，L1和L2为电感线圈。试验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后渐渐变暗；闭合开关S2，灯A2渐渐变亮，而另一个相同的灯A3马上变亮，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【解析】选C。断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，由于线圈L1的自感，通过L1的电流渐渐减小，且通过A1，即自感电流大于原来通过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，A、B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渐渐变亮，而A3马上变亮，说明L2中电流与变阻器R中电流不相等，D错误。12.(19分)如图所示，设电源的电动势为E＝10V，内阻不计，L与R的电阻值均为5Ω，两灯泡的电阻值为R灯＝10Ω。(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的电流随时间的改变规律。【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＝1A，流过L1的电流为I灯＝eq\f(E,2R灯)＝eq\f(10,20)A＝0.5A，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1A，所以此时L1两端的电压U＝IL·R灯＝10V(正常工作时为5