人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应4 互感和自感随堂练习题

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第4节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动1.1831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G组成另一个回路，如图所示。通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件。关于该实验，下列说法正确的是(　　)A.闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流B.闭合开关S的瞬间，电流表G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的过程中，电流表G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的过程中，电流表G中有b→a的感应电流2.如图所示，电源电动势为E，其内阻不可忽略，A、B是完全相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，电容器的电容为C，合上开关S，电路稳定后(　　)A.电容器的电荷量为CEB.灯泡A、B的亮度相同C.在断开S的瞬间，通过灯泡A的电流方向向右D.在断开S的瞬间，灯泡B立即熄灭3.在如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源。在t=0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S。规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下列图像中能定性描述电流I随时间t变化关系的是(　　)4.在如图所示电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个理想线圈，下列说法正确的是(　　)A.S闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭B.S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭C.S闭合足够长时间后，B发光，而A不发光D.S闭合足够长时间后，B不发光，而A逐渐熄灭5.如图所示，电池的电动势为E，内阻不计，线圈自感系数较大，直流电阻不计。当开关S闭合后，下列说法正确的是(　　)A.a、b间电压逐渐增加，最后等于EB.b、c间电压逐渐增加，最后等于EC.a、c间电压逐渐增加，最后等于ED.电路中电流逐渐增加，最后等于6.如图所示，用电流传感器研究自感现象。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。t=0时刻闭合开关S，电路稳定后，t1时刻断开S，电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图像。下列图像可能正确的是(　　)7.在如图所示的电路中，电流表的内阻不计，电阻R1=2.5 Ω，R2=7.5 Ω，线圈的直流电阻可以忽略。闭合开关S的瞬间，电流表读数I1=0.2 A，当线圈中的电流稳定后，电流表的读数I2=0.4 A。求电源的电动势和内阻。 8.如图所示，绕在铁芯上的线圈M与电源、滑动变阻器和开关组成了一个闭合回路，在铁芯的右端，线圈P与电流表连成闭合电路。下列说法正确的是(　　)A.开关S闭合，电路稳定后，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥B.开关S闭合，电路稳定后，使变阻器滑片向左匀速移动，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥C.开关S闭合，电路稳定后，使变阻器滑片向右匀速移动，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互排斥D.开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，线圈M、P相互吸引9.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。经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　)A.电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C.线圈的直流电阻偏大D.线圈的自感系数较大10.如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈L的直流电阻不计，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时刻断开开关S。下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像正确的是(　　)11.某线圈通有如图所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有(　　)A.第1 s末B.第2 s末C.第3 s末D.第4 s末12.如图所示，三个灯泡A、B、C的电阻关系为R1<R2<R3，线圈L的直流电阻可忽略，D为理想二极管。开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的是(　　)A.A逐渐变亮B.B立即熄灭C.A先变亮，然后逐渐变暗D.C先变亮，然后逐渐变暗13.下图是一种触电保护器的原理图，变压器上A处用双股相线(火线)和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器上，B处有一个输出线圈，一旦有电流，经放大后便能立即推动继电器J切断电源，下列情况下能起保护作用的是哪一种?说明理由。(1)增加开灯的盏数，能否切断电源?(2)双手分别接触相线和零线，能否切断电源?(3)单手接触相线，脚与地相接触而触电，能否切断电源?14.如图所示，电源的电动势为E=10 V，内阻不计，线圈L与电阻R的直流电阻均为5 Ω，两灯泡的电阻均为R0=10 Ω。(1)求断开S的瞬间灯泡A两端的电压。(2)画出断开S前后一段时间内通过灯泡A的电流随时间的变化规律。           参考答案1.D　闭合开关S的瞬间，通过B线圈的磁通量不发生变化，B线圈中不产生感应电流，选项A、B错误；在增大滑动变阻器R的过程中，A线圈中通过的是逐渐减弱的电流，即线圈B处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可判断，电流表中的感应电流方向为b→a，选项C错误，D正确。2.C　合上开关S，电路稳定后，A被短路，A不亮，B发光，选项B错误；由于电源有内阻，电容器两端电压U<E，则电容器的电荷量Q<CE，选项A错误；断开S瞬间，通过A的电流方向向右，选项C正确；断开S瞬间，电容器放电，B慢慢熄灭，选项D错误。3.C　当闭合开关时，因为线圈与D1串联，所以流过D1的电流I1会慢慢增大，流过D2的电流I2为稳定值，且电路稳定时I2<I1，当开关断开时，因为线圈阻碍电流I1的减小，所以通过D1的电流不会立即消失，会逐渐减小，选项A、B错误；由于L、D1、D2和D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，选项C正确，D错误。4.AC　S闭合时，灯泡A与线圈并联，然后再与灯泡B串联，由于L是一个理想线圈，所以在闭合瞬间L中会产生一个很大的阻抗，导致线圈可以看成断开，电流从电阻流向A，再流向B，最后回到电源负极，故A、B立即亮，当电路稳定后，线圈中的阻抗消失，电阻恢复到零，灯泡A被短路，故A熄灭，B变得更亮，选项A、C正确。5.BD　由于线圈自感系数较大，当开关闭合瞬间，a、b间近似断路，所以a、b间电压很大，随着电流的增加，a、b间电压减小，b、c间电压增大，最后稳定后a、b间电压为零，b、c间电压等于E，电流大小为I=，选项B、D正确，A、C错误。6.AD　当开关S闭合时，线圈阻碍电流变化，流过线圈的电流逐渐增大，所以IL慢慢增大，最后稳定时线圈相当于电阻，IL恒定，当开关S断开后，线圈阻碍自身电流变小，产生的感应电流仍沿着原来方向，大小逐渐减小到零，选项A正确，B错误；当开关S闭合时，由于线圈阻碍作用很大，路端电压较大，随着自感作用减小，路端电压减小，IR逐渐减小到稳定值，当开关S断开，原来通过R的电流立即消失，线圈阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原先流过电阻的方向相反，IR反向减小到零，选项C错误，D正确。7.【答案】3 V　5 Ω【解析】闭合开关S的瞬间，R1和R2串联接入电路，由闭合电路欧姆定律得I1=电路稳定后，R2被短路，I2=联立两式解得E=3 V，r=5 Ω。8.B　开关S闭合，电路稳定后，线圈M中的电流不变，由安培定则可知，产生的磁场方向沿铁芯轴线向右，线圈P中的磁通量不变，故不会产生感应电流，M、P没有排斥作用，也没有吸引作用，选项A错误；当开关S闭合，电路稳定后，滑片向左匀速移动，线圈M中的电流增大，因而穿过线圈P的磁通量增加，线圈P中产生感应电流，并且由楞次定律知，感应电流的磁场方向与线圈M的磁场方向相反，故M、P两线圈相互排斥，选项B正确；同理可知选项C错误；开关S闭合瞬间，线圈P中有感应电流，M、P相互排斥，选项D错误。9.C　在断电自感现象中，断电时线圈与小灯泡构成回路，线圈中储存的磁场能转化为电能，线圈相当于电源，自感电动势E自=L，与原电源无关，选项A错误；如果小灯泡电阻偏大，则通过线圈的电流较大，断电时可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项B错误；如果线圈的直流电阻偏大，则电路稳定时通过线圈的电流较小，断电时只能看到不显著的延时熄灭现象，且小灯泡不会出现闪亮现象，选项C正确；如果线圈的自感系数较大，则自感电动势较大，可能看到显著的延时熄灭现象和小灯泡闪亮现象，选项D错误。10.B　开关S闭合的瞬间，由于L的阻碍作用，由R与L组成的支路相当于断路，后来由于L的阻碍作用不断减小，相当于外电路并联部分的电阻不断减小，根据闭合电路欧姆定律可知，整个电路中的总电流增大，由U内=Ir得内电压增大，由UAB=E-Ir得路端电压UAB减小；电路稳定后，由于R的阻值大于灯泡D的阻值，所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流，当开关S断开时，由于电感L的自感作用，流过灯泡D的电流立即与流过L的电流相等，与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小，即UAB反向减小。选项B正确。11.BD　在自感现象中，当原电流减小时自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时自感电动势与原电流方向相反。在图像中0~1 s内原电流正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向，在1~2 s内原电流负方向增加，所以自感电动势与其方向相反，即还是正方向，同理分析2~3 s、3~4 s内自感电动势的方向，可得选项B、D正确。12.BD　开关闭合时，因为R1<R2<R3，所以通过A的电流大于通过C的电流，断开开关，原来通过B和C的电流立即消失，通过A的电流由于线圈对电流的变化有阻碍作用，且L、A与B、C构成回路，又由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过B，则B立即熄灭，由于开始通过A的电流大于通过C的电流，所以C先变亮然后逐渐变暗，A逐渐变暗。故选项B、D正确，A、C错误。13.【答案】(1)不能。因A处线圈是采用的双绕法，增加开灯的盏数只会使电路中电流增大，但A处线圈两线中电流始终大小相等、方向相反，磁通量相互抵消，B处线圈中磁通量不发生改变，故不能推动J切断电源。(2)不能。理由同(1)。(3)能。因为有电流通过人体而流入地下，使A处线圈中两股电流大小不相等，B处线圈磁通量发生改变，产生感应电流，从而推动J切断电源。14.【答案】(1)10 V　(2)见解析【解析】(1)电路工作稳定时，由于a、b两点的电势相等，因此导线ab上无电流流过通过线圈L的电流IL= A=1 A通过A的电流为I= A=0.5 A断开S的瞬间，由于线圈L维持通过的电流IL不变，线圈L与A组成闭合回路，故通过A的瞬时电流为1 A，所以此时A两端的电压为U=ILR0=10 V。(2)断开S前，流过A的电流为0.5 A不变；而断开S的瞬间，通过A的电流突变为1 A，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，图像如图所示(t0为断开S的时刻)。