鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 自感现象与涡流综合训练题

第3节　自感现象与涡流

基础过关练

题组一　自感电动势、自感系数

1.关于自感现象、自感系数、自感电动势,下列说法正确的是(　　)

A.当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,线圈自感系数为零

B.线圈中电流变化越快,线圈的自感系数越大

C.自感电动势方向与原电流方向相反

D.对于确定的线圈,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比

2.(多选)线圈通以如图所示的随时间变化的电流,则(　　)

A.0~t1时间内线圈中的自感电动势最大

B.t1~t2时间内线圈中的自感电动势最大

C.t2~t3时间内线圈中的自感电动势最大

D.t1~t2时间内线圈中的自感电动势为零

题组二　通电自感、断电自感

3.在如图所示电路中,L是自感系数足够大的线圈,它的电阻可忽略不计,D1和D2是两个完全相同的小灯泡。将开关K闭合,待灯泡亮度稳定后,再将开关K断开,则下列说法中正确的是(深度解析)

A.K闭合瞬间,两灯同时亮,以后D1变更亮,D2变暗

B.K闭合瞬间,D1先亮,D2后亮,最后两灯亮度一样

C.K闭合后断开时,两灯都亮一下再慢慢熄灭

D.K闭合后断开时,D2立即熄灭,D1亮一下再慢慢熄灭

4.(多选)图中两个电路是研究自感现象的电路,对实验结果的描述正确的是(　　)

A.接通开关时,灯A2立即就亮,A1稍晚一会儿亮

B.接通开关时,灯A1立即就亮,A2稍晚一会儿亮

C.断开开关时,灯A1立即熄灭,A2稍晚一会儿熄灭

D.断开开关时,灯A2立即熄灭,A1稍晚一会儿熄灭

5.如图所示是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路,L两端并联一电压表,用来测量自感线圈的直流电压。在测量完毕后,将电路拆开时应(　　)

A.先断开S1 

B.先断开S2

C.先拆除电流表 

D.先拆除电阻R

6.在如图所示电路中,L为电阻很小的线圈,G1和G2为零点在表盘中央的相同的电流表。当开关S闭合时,两表指针均偏向右方,那么当开关S断开时,将出现的现象是(　　)

A.G1和G2指针都立即回到零点

B.G1指针立即回到零点,而G2指针缓慢地回到零点

C.G1指针缓慢回到零点,而G2指针先立即偏向右方,然后缓慢地回到零点

D.G1指针立即偏向左方,然后缓慢地回到零点,而G2指针缓慢地回到零点

7.如图所示,两相同灯泡A1、A2,A1与一理想二极管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会逐渐变亮

B.闭合开关S稳定后,A1、A2亮度相同

C.断开开关S的瞬间,a点的电势比b点低

D.断开开关S的瞬间,A1会逐渐熄灭

8.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、电阻可忽略的自感线圈,C是电容很大的电容器。在S刚闭合时与闭合足够长时间之后,A、B两灯泡的发光情况是(　　)

A.S刚闭合时,B亮一下又逐渐变暗

B.S刚闭合时,A亮一下又逐渐熄灭

C.S闭合足够长时间后,A和B一样亮

D.S闭合足够长时间后,A、B都熄灭

题组三　涡流及其应用

9.如图所示是一种冶炼金属的感应炉的示意图,此种感应炉应接怎样的电源(　　)

A.直流低压 B.直流高压

C.低频交流电 D.高频交流电

10.如图所示,在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一盛有水的小铁锅和玻璃杯。给线圈通入电流,一段时间后,某容器中水温升高,则通入的电流与水温升高的是(　　)

A.恒定直流、小铁锅中的水

B.恒定直流、玻璃杯中的水

C.变化的电流、小铁锅中的水

D.变化的电流、玻璃杯中的水

11.金属探测器是用来探测金属的仪器,关于其工作原理,下列说法中正确的是(　　)

A.探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场

B.只有有磁性的金属物才会被探测器探测到

C.探测到金属物是因为金属物中产生了涡流

D.探测到金属物是因为探测器中产生了涡流

12.如图所示为高频电磁炉的工作示意图,它是采用电磁感应原理产生涡流加热的。电磁炉工作时产生的电磁波,完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质的锅所吸收,不会泄漏,对人体健康无危害。关于电磁炉,以下说法中正确的是(　　)

A.电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的

B.电磁炉是利用变化的磁场产生涡流,使含铁质的锅底迅速升温,进而对锅内食物加热的

C.电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的

D.电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的

13.(多选)如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流,感应电流通过焊缝产生大量热,将金属熔化,把工件焊接在一起,而工件其他部分发热很少,以下说法正确的是(　　)

A.电流变化的频率越高,焊缝处的温度升高得越快

B.电流变化的频率越低,焊缝处的温度升高得越快

C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小

D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大

14.(多选)“电磁感应铝箔封口机”被广泛应用在医药、食品、化工等生产行业的产品封口环节中,如图所示为一手持式封口机,它的工作原理是:在封口机工作时,套在瓶口上的封口头内的线圈有电流通过,致使靠近线圈(但与线圈绝缘)的铝箔自行快速发热,熔化复合在铝箔上的溶胶,从而粘贴在被封容器的瓶口处,达到迅速封口的目的。下列有关说法正确的是(　　)

A.封口材料可用普通塑料来代替铝箔

B.封口机工作时封口头内的线圈有短时间的恒定电流

C.可以通过控制封口头内线圈电流的频率来设定铝箔发热的功率

D.封口头内线圈中电流产生的磁场方向应当与铝箔表面垂直

能力提升练

题组一　自感图像问题

1.(2019福建莆田第一中学高二上期末,)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,为理想电流表。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变化的图线可能是下图中的(　　)

2.(2020山东山师附中高二检测,)在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的自感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调节R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。然后,断开S。若t'时刻再闭合S,则在t'前后的一小段时间内,能正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图像是(　　)

3.(2020辽宁大连金州高级中学一模,)在如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,自电感线圈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变化的图像中,正确的是(　　)

题组二　涡流及其应用

4.(2019宁夏青铜峡高中高二下月考,)(多选)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)

A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率

C.将金属杯换为瓷杯 D.取走线圈中的铁芯

5.(2020湖南师范大学附属中学高二检测,)将一个闭合金属环用绝缘丝线悬于O点,如图所示,虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场,而右边没有磁场,不计空气阻力,将金属环拉至图示位置释放后(　　)

A.金属环的摆动不会停下来,一直做等幅摆动

B.金属环的摆动幅度越来越小,小到某一数值后做等幅摆动

C.金属环的摆动最终会停下来

D.金属环摆动过程中机械能守恒

6.(2019湖南张家界高二上期末,)图甲为磁控健身车,图乙为其车轮处结构示意图,在金属飞轮的外侧有一些磁铁(与飞轮不接触),人用力蹬车带动飞轮旋转时,磁铁会对飞轮产生阻碍,拉动旋钮拉线可以改变磁铁与飞轮间的距离。下列说法正确的有(　　)

A.飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力

B.飞轮转速一定时,磁铁越靠近飞轮,飞轮受到的阻力越小

C.磁铁和飞轮间的距离一定时,飞轮转速越大,受到的阻力越小

D.磁铁和飞轮间的距离一定时,飞轮转速越大,内部的涡流越弱

答案全解全析

第3节　自感现象与涡流

基础过关练

1.D　自感系数是描述线圈特性的物理量,只与线圈本身有关。当线圈中通恒定电流时,线圈中没有自感现象,不产生自感电动势,但是线圈自感系数不为零,选项A错误。线圈中电流变化越快,产生的自感电动势越大,线圈的自感系数与电流变化快慢无关,选项B错误。根据楞次定律,当线圈中电流增大时,自感电动势阻碍电流增大,自感电动势方向与原电流方向相反;当线圈中电流减小时,自感电动势阻碍电流减小,自感电动势方向与原电流方向相同,选项C错误。对于确定的线圈,自感系数L一定,其产生的自感电动势与其电流变化率成正比,选项D正确。

2.CD　线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比,即E∝。根据题图分析:0~t1时间内的电流变化率小于t2~t3时间内的电流变化率,A错误,C正确;t1~t2时间内的电流变化率为零,自感电动势为零,B错误,D正确。

3.D　K闭合瞬间,但由于线圈的电流增加,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加,所以两灯同时亮,当电流稳定时,由于线圈电阻可忽略不计,所以以后D1熄灭,D2变亮。选项A、B错误;K闭合后断开,D2立即熄灭,但由于线圈的电流减小,导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小,所以D1亮一下再慢慢熄灭,选项C错误、D正确。

解题模板　

自感现象的分析思路

明确通过自感线圈的电流怎样变化(是增大还是减小)

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根据“增反减同”,判断自感电动势的方向

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分析阻碍的结果:电流增强时,由于自感电动势的作用,线圈中电流逐渐增大,与线圈串联的元件中的电流也逐渐增大;电流减小时,由于自感电动势的作用,线圈中电流逐渐减小,与线圈串联的元件中的电流也逐渐减小

4.AC　接通开关时,A2立即就亮,A1与线圈串联,由于自感电动势的作用,电流逐渐变大,所以A1稍晚一会儿亮,A正确;断开开关时,A1立即熄灭,A2由于和线圈构成回路,回路中电流逐渐减小,所以稍晚一会儿熄灭,C正确。

5.B　若先断开S1或先拆除电流表,线圈与电压表组成闭合回路,这时,流过电压表的电流与原来方向相反,电压表的指针将反向偏转,容易损坏电压表。按操作要求,应先断开开关S2,再断开开关S1,然后拆除器材。故B项正确。

6.D　当开关闭合时,两表指针均向右方偏,说明电流计指针向电流流进的方向偏,当开关断开时,通过线圈的电流变小,导致线圈中产生感应电动势,产生自感电流的方向跟原电流的方向相同,从而阻碍电流的变小,所以使得G2的指针缓慢地回到零点,而G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点,故A、B、C错误,D正确。

7.C　闭合开关S后,线圈产生自感电动势,两灯立刻亮,电路稳定后,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将更亮,故A、B错误;断开S瞬间,A2会立刻熄灭,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端的电势低于b端,但二极管具有单向导电性,所以回路没有形成电流,A1也立即熄灭,故D错误,C正确。

8.B　开关刚闭合时,由于线圈自感系数很大,对电流阻碍作用很强,相当于断路,两灯泡瞬间都亮,但由于线圈电阻可忽略,S闭合足够长时间后,线圈相当于导线,灯泡A被短路而熄灭,灯泡B不受影响,所以A灯亮一下又逐渐熄灭,B灯一直亮,A、C、D错误,B正确。

9.D　线圈中的电流做周期性的变化,在附近的导体中产生感应电流,从而在导体中产生大量的热,涡流现象也是电磁感应,而交流电的频率越大,产生的感应电流越大,产生的热量越多,故D正确,A、B、C错误。

10.C　通入恒定直流时,所产生的磁场不变,不会产生感应电流,通入变化的电流,所产生的磁场发生变化,会产生感应电流。涡流是由变化的磁场在导体内产生的,小铁锅是导体,产生涡流,电能转化为内能,使水温升高;玻璃是绝缘体,不产生涡流,故玻璃杯中的水不会升温,故选C。

11.C　金属探测器利用涡流探测金属物品原理是:探测器内线圈中有交变电流产生交变的磁场,会在金属物品上产生交变的感应电流,而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流,引起线圈中交变电流发生变化,从而被探测到。故A、B、D错误,C正确。

12.B　电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场,变化的磁场通过含铁质的锅的底部产生涡流,使锅底温度升高后加热食物,故选项A、C、D错误,B正确。

13.AD　交流电频率越高,产生的感应电流越强,升温越快,故A项正确;工件上各处电流相同,电阻大处产生的热量多,故D项正确。

14.CD　由涡流的原理可知,当磁感线穿过封口铝箔材料时,瞬间产生涡流,致使铝箔自行快速发热;而如果封口材料用普通塑料来代替铝箔,则不能产生涡流,所以不能起到加热的作用,选项A错误;由涡流的原理可知,穿过线圈的磁场必须是变化的磁场,才能使铝箔内产生涡流,所以封口机工作时封口头内的线圈有变化的电流,选项B错误;若改变封口头内线圈电流的频率,则电流产生的磁场变化的频率也发生改变,则周期发生改变,根据法拉第电磁感应定律可知在铝箔内产生的电动势改变,由闭合电路欧姆定律可知,产生的涡流的电流值改变,所以封口过程中铝箔发热的功率改变,所以可以通过控制封口头内线圈电流的频率来设定铝箔发热的功率,选项C正确;由封口机的原理可知,封口头内线圈中电流产生的磁场发生改变时,铝箔表面的磁通量发生改变,所以封口头内线圈中电流产生的磁场方向应当与铝箔表面垂直,选项D正确。

能力提升练

1.D　S断开后的瞬间L与R1、、R2构成闭合回路,流过电流表的电流反向且从I2开始减小,故D项正确。

2.B　与滑动变阻器R串联的L2,没有自感,直接变亮,电流变化图像如A中图线,C、D错误。与带铁芯的自感线圈串联的L1,由于自感,电流逐渐变大,A错误,B正确。

3.B　在t=0时刻闭合开关S,由于自感线圈L产生自感电动势,阻碍电流通过,电源输出电流较小,路端电压较高,经过一段时间电路稳定后,电源输出电流较大,路端电压较低。在t=t1时刻断开S,自感线圈L产生自感电动势,与灯泡构成闭合回路,灯泡D中有反向电流通过,所以表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中正确的是B。

4.AB　交变电流会产生交变磁场,金属杯会产生感应电流而发热,从而使杯内水沸腾。增加线圈的匝数和提高交流电源的频率都可以增大金属杯产生的电流,可缩短加热时间,选项A、B正确;将金属杯换成瓷杯,变化磁场不能使它产生电流,也就不能使水加热,选项C错误;取走线圈中的铁芯,会减小周围的磁场,金属杯产生的电流会减小,从而增加加热的时间,选项D错误。

5.C　当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化,会产生感应电流,从而阻碍线圈运动,即有机械能通过安培力做负功转化为内能,则金属环的机械能不守恒,金属环最终静止,故A、B、D三项错误,C项正确。

6.A　飞轮在磁场中做切割磁感线运动,所以会产生感应电动势和感应电流,根据楞次定律可知,磁场会对运动的飞轮产生阻力,以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动,所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力,故A正确;在飞轮转速一定时,磁铁越靠近飞轮,飞轮处的磁感应强度越强,飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大,飞轮受到的阻力越大,故B错误;磁铁和飞轮间的距离一定时,根据法拉第电磁感应定律可知,飞轮转速越大,飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大,飞轮受到的阻力越大,故C、D错误。