2024-2025学年新教材高中物理第二章电磁感应4互感和自感课时练习含解析新人教版选择性必修2

PAGE7-互感和自感(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.下列说法中正确的是()A.线圈中电流匀称增大,磁通量的变更率也将匀称增大B.线圈中电流减小到零,自感电动势也为零C.自感电动势的方向总是与原电流方向相反D.自感现象是线圈自身电流变更而引起的电磁感应现象【解析】选D。因为电流匀称增大,产生的磁场强度也匀称增大,所以磁感应强度也匀称增大,磁通面积不变,所以磁通量也线性变更,但磁通量的变更率却不变,故A错误;依据E=L可知,电流减小到零,自感电动势可以不变,故B错误;由楞次定律知产生的自感电动势,可与原电流方向相反,可与其相同,故C错误;依据感应电流产生条件,则自感现象是线圈自身电流变更而引起的电磁感应现象,故D正确。2.某同学为了验证断电自感现象,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;稳定后断开S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复试验,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,缘由可能是()A.线圈电阻偏大 B.电源的内阻偏大C.小灯泡电阻偏大 D.线圈的自感系数偏大【解析】选A。线圈电阻偏大,稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流,断开开关时,依据楞次定律,流过灯泡的电流从线圈原来的电流渐渐减小,灯泡不发生闪亮现象,故A正确;断开开关时,灯泡能否发生闪亮,取决于灯泡的电流有没有增大,与电源的内阻无关,故B错误;若小灯泡电阻偏大,稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流,断开开关时,依据楞次定律,流过灯泡的电流从线圈原来的电流渐渐减小,灯泡将发生闪亮现象,故C错误;线圈的自感系数较大,产生的自感电动势较大,但不能变更稳定时灯泡和线圈中电流的大小关系,故D错误。3.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,电键原来断开,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,延长了电流变更的时间,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。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,则对电流变更的阻碍作用减小,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变更的图像中,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,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,原来通过线圈的电流渐渐减小,由于电感阻碍自身电流变更,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。6.如图所示,图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图,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,最终灯A2与灯A3的亮度相同。下列说法正确的是()A.图甲中,A1的电阻比L1的直流电阻大B.图甲中,闭合开关S1,电路稳定后,A1中的电流大于L1中的电流C.图乙中,变阻器R连入电路的电阻比L2的直流电阻大D.图乙中,闭合开关S2瞬间,L2中的电流与变阻器R中的电流相等【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)闭合开关的瞬间,通过线圈的电流增大,产生自感电动势。(2)依据楞次定律分析电流的变更,推断通过两灯电流的关系。(3)待电路稳定后断开开关,线圈产生自感电动势,分析通过两灯的电流关系,推断两灯是否同时熄灭。【解析】选A。图甲中,断开S1的瞬间,A1灯突然闪亮,是因为电路稳定时,L1的电流大于A1的电流,可知L1的电阻小于A1的电阻,故A正确;图甲中,闭合S1,电路稳定后,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,说明灯泡中的电流小于线圈中的电流,故B错误;图乙中,因为要视察两只灯泡发光的亮度变更,两个支路的总电阻相同,因两个灯泡电阻相同,所以变阻器R与L2的电阻值相同,故C错误;图乙中,闭合S2瞬间,L2对电流有阻碍作用,所以L2中电流与变阻器R中电流不相等,故D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)如图是测定自感系数很大的线圈L电阻的电路,L两端并联一只电压表(电压表的内阻RV很大),用来测电感线圈的直流电压,在测量完毕后将电路解体时,为了电表的平安,应当先断开开关________(选填“S1”或“S2【解析】若先断开开关S1或先拆去电流表或先拆去电阻R,L和电压表组成回路,原先L中有较大的电流通过,由于L的自感作用,现在这个电流将通过电压表,造成电表损坏。所以为了电表的平安,应当先断开开关S2。答案:S28.(12分)如图所示,线圈电感系数L=2.4H,电源电动势ε=10V。在调整滑动变阻器R的瞬时,由于电流变更,在线圈上产生的自感电动势为3V,其极性为下正上负(Ub>Ua)。求:(1)此时电流变更率多大?变阻器滑动头向哪个方向滑动?(2)若S断开瞬间,电流在0.1s内由5A减小到零,在开关S两端的电压多大?哪端电势高?【解析】(1)在线圈上产生自感电动势为3V,依据自感电动势公式为:E=L,则有:==A/s=1.25A/s因极性为下正上负,由楞次定律可知,电路的电流在增大,因此变阻器滑动头向左滑动;(2)依据自感电动势公式为:E=L=2.4×V=120V因此开关两端a,b的电压为120V因电流的减小,依据楞次定律,则有由b到a的感应电流,即有a端电势高。答案:(1)1.25A/s向左滑动(2)120Va端电势高(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,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D1短路,灯D1熄灭,回路中总电阻减小,电流增大,D2比S刚闭合时亮,故C正确;S闭合稳定后再断开开关,D2马上熄灭,但由于线圈的自感作用,L相当于电源,与D1组成回路,D1要闪亮一下再熄灭,故D正确。10.(7分)(多选)用电流传感器探讨自感现象的电路如图甲所示,线圈L没有带铁芯。闭合开关S,传感器记录了电路中电流随时间的变更规律如图乙所示。下列说法中正确的有()A.线圈中产生的自感电动势阻碍磁通量增大B.若线圈中插入铁芯,上述过程中电流达到稳定时经验的时间大于t0C.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经验的时间仍等于t0D.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经验的时间大于t0【解析】选A、B、D。闭合S后的瞬间回路中的电流渐渐增大,说明线圈中电流增大时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大,即阻碍电流产生的磁通量增大,故A正确;若线圈中插入铁芯,线圈自感系数增大,自感现象延长,所以若线圈中插入铁芯,上述过程中电路电流达到稳定值经验的时间大于t0,故B正确;若将线圈匝数加倍,线圈自感系数增大,自感现象延长,上述过程中电路电流达到稳定值经验的时间大于t0,故C错误,D正确。11.(7分)(多选)如图所示,电路中A、B是两个完全相同的灯泡,L是一个自感系数很大、直流电阻可忽视的电感线圈,C是电容很大的电容器。下列说法正确的是()A.开关S刚闭合后,灯泡A亮一下又渐渐熄灭,灯泡B渐渐变亮B.开关S闭合足够长时间后,灯泡A和B一样亮C.电路稳定后断开开关S时,灯泡A闪亮后渐渐熄灭D.电路稳定后断开开关S时,灯泡B的电流换向,渐渐熄灭【解析】选A、C。S刚闭合后,灯泡A与电感线圈并联,由于电感线圈阻碍电流的增大,所以A灯亮一下,然后渐渐熄灭,B灯与电容器并联,由于电容器充电,所以B灯渐渐变亮,故A正确;S闭合足够长时间后,C中无电流,相当于断路,L相当于短路,所以B很亮,而A不亮,故B错误;S闭合足够长时间后,当S断开时,L与A组成一个自感闭合回路,所以A闪亮后渐渐熄灭,故C正确;S闭合足够长时间后,电容器C两个极板上有肯定的电压。当S断开时,B灯与电容器的小回路里电容器放电,由于电容器左侧的极板与电源的正极相连,所以电容器左侧极板带正电,放电的电流向右通过灯泡B,起先时B电流的方向向右;所以二者的方向相同,故D错误。12.(19分)如图所示,设电源的电动势E=10V,内阻不计,L与R的电阻均为5Ω,两灯泡的电阻均为Rs=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t的变更图像。【解析】(1)电路稳定工作时,由于a、b两点的电势相等,导线ab上无电流流过。因此通过L的电流为IL==1A。流过