高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 自感现象与涡流练习

2.3自感现象与涡流同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．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

2．在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，自感系数较大，（电阻可忽略），E为电源，S为开关．下列说法正确的是（       ）

A．合上开关，a先亮，b逐渐变亮

B．合上开关，b先亮，a逐渐变亮

C．断开开关， b中仍有自左向右的电流

D．断开开关，b先熄灭，a后熄灭

3．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3个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．在的时刻，闭合开关S，电路稳定后在时刻断开开关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、表示流过D1和D2的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是（　　）

A． B．

C． D．

4．下列关于自感现象的说法中，不正确的是(　　)

A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象

B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反

C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关

D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大

5．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为高频感应炉的示意图．冶炼炉内盛有待冶炼的金属，线圈通入高频交变电流．这种冶炼方法速度快，温度容易控制，并能避免有害杂质混入被冶炼金属中，因此适用于冶炼特种金属和贵重金属，该炉的加热原理是 （        ）

A．利用线圈电流产生的焦耳热

B．利用线圈电流产生的红外线

C．利用线圈电流的磁场在炉内产生的涡流

D．利用线圈电流的磁场激发的微波

6．如图所示是日光灯的电路图，日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法不正确的是（     ）

A．日光灯启动，利用了镇流器中线圈的自感现象

B．日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用

C．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作

D．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯不能正常工作

7．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属，该炉的加热原理是（　　）

A．利用线圈中电流产生的焦耳热

B．利用线圈中电流产生的磁场

C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流

D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电

8．如图所示的电路，开关原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻突然断开开关S，则通过电阻R1中的电流I随时间变化的图线可能是下图中的（　　）

A． B．

C． D．

9．下列说法中正确的是

A．电磁炉中线圈通交变电流时，在金属锅上产生涡流，使锅体发热而加热食物，电流频率越低，加热越快．

B．磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，是为了防止电磁感应．

C．精密线绕电阻常采用双线绕法，可以增强线绕电阻通电时产生的磁场．

D．车站的安检门可以探测人身携带的金属物品，其是利用了电磁感应原理．

10．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是两个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．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，则图中能定性描述电流i随时间t变化关系的是（ ）

A． B．

C． D．

11．如图所示，电磁炉是利用感应电流（涡流）的加热原理工作的．下列关于电磁炉的说法，正确的是（　　）

A．电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部

B．电磁炉面板采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品

C．电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热

D．改变电子线路的频率不能改变电磁炉的功率

12．磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈。缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上。线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小。如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是（　　）

A．俯视看线圈中通有逆时针方向的电流 B．穿过铝框的磁通量减少

C．俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流 D．使用铝框做线圈骨架会使电流的测量值偏小

13．在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图所示，其道理是（　　）

A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消

B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流相互抵消

C．当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消

D．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量相互抵消

14．下图为日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列说法正确的是(     )

A．S1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光

B．S1 、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光

C．S1、S2、S3接通，日光灯就能正常发光

D．S3断开，接通S1、S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光

15．如图所示，铁芯上绕有线圈A和B，线圈A与电源连接，线圈B与理性发光二极管D相连，衔铁E连接弹簧K控制触头C的通断，忽略A的自感，下列说法正确的是

A．闭合S，D闪亮一下

B．闭合S，C将会过一小段时间接通

C．断开S，D不会闪亮

D．断开S，C将会过一小段时间断开

二、填空题（共4题）

16．当一个线圈中的______变化时，它产生的______不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈______激发出感应电动势，这种现象称为自感．由于自感而产生的感应电动势叫作______。

17．手机是利用_______传送信号的；电磁炉是利用________加热的；医院里常用的CT检查是利用_________来成像的．

18．当电键闭合后，通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为 ___图；通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为___图．

A．B．C．D．

19．小明同学将废弃不用的手机充电器拆开，发现内部有一个变压器，他想在不拆变压器绕线的前提下测量其初级线圈的直流电阻，先用多用电表欧姆档测得阻值约400Ω，然后再用伏安法精确测量其直流电阻。现有器材如下：

①电流表A1（量程20mA，内阻r1约为3Ω，读数记为I1）；

②电流表A2（量程5 mA，内阻，读数记为I2）；

③电压表V（量程15V，内阻Rv约为15 KΩ，读数记为U）；

④定值电阻；

⑤定值电阻；

⑥滑动变阻器R（0~1000Ω）；

⑦蓄电池E（电动势6V，内阻很小）；

⑧开关、导线若干。

(1)小明利用以上的部分器材设计了如图1所示的电路图，请指出此电路设计不妥当的地方：(      )

(2)请利用提供的器材在图2的方框中画出改进后的电路图，并标出各器材的代号。(      )

(3)测量初级线圈的电阻表达式为RL=___________。（本结果均用题中所给的字母表示）

(4)关于实验操作说法正确的是___________。

A．接通电路时应先接通K1，电路稳定后再接通K2

B．实验结束拆除电路时应先断开K1，稍等一会儿再断开K2

C．调整滑动变阻器电阻后立刻读出电表读数

三、综合题（共4题）

20．如图所示是利用高频交流焊接自行车零件的原理图，其中外圈A是通过高频交流电的线圈，B是自行车的零件，a是待焊接的接口，焊口两端接触在一起。当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处的金属熔化而焊接起来，问：

（1）为什么在其他条件不变的情况下，交变电流的频率越高，焊接得越快；

（2）为什么焊接过程中，接口a处已经熔化而零件的其他部分并不很热。

21．如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S，观察两只灯泡在电路接通瞬间的发光情况有什么不同？根据楞次定律分析该现象产生的原因．

22．有人设计了可变阻尼的电磁辅助减震系统，由三部分组成．下部分是电磁侦测系统:-部分是可变电磁阻尼系统，吸收震动时的动能:控制系统接收侦测系统的信号，改变阻尼磁场的强弱．系统如图(1)所示，侦测线框、阻尼线圈固定在汽车底盘上，侦测系统磁体、减震系统磁体固定在车轴上，车轴与底盘通过一减震弹簧相连．侦测系统磁场为匀强磁场，B1=0.01T， 长方形线框宽d=0.05m，整个回路的电阻，运动过程中，线框的下边不会离开磁场，上边不会进入磁场．阻尼线圈由100个相互绝缘的独立金属环组成，这100个金属环均匀固定在长为0.2m的不导电圆柱体上，减震系.统磁场辐向分布，俯视如图(2)所示，线圈所在位置磁感应强度B2大小处处相等，大小由控制系统控制．汽车静止时，阻尼线圈恰好50匝处于磁场中，取此时侦测线框所在的位置为原点，取向下为正，线框相对侦测磁场的位移记为x，B2 的大小与x的关系如图(3)所示．每个线圈的电阻为，周长L=0.3m．不考虑阻尼线圈之间的电磁感应，忽略阻尼线圈导体的粗细，设车轴与底盘总保持平行．

(1)侦测线框向下运动时电流的方向为顺时针还是逆时针?

(2)写出侦测线框由平衡位置向下运动时，侦测线框流入控制系统的电量q与位移x的大小关系式:

(3)某次侦测线框由平衡位置向下运动，流入控制系统的电量，这一过程底盘相对车轴做v=10m/s的匀速运动，求这-过程阻尼线圈吸收了多少机械能;

(4)某次侦测线框由平衡位置向下运动，流入控制系统的电量，求这一过程中安培力对阻尼线圈的总冲量．

23．类比是研究问题的常用方法。

（1）情境1：物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（k为常量）的作用。其速率v随时间t的变化规律可用方程（①式）描述，其中m为物体质量，G为其重力。求物体下落的最大速率。

（2）情境2：如图1所示，电源电动势为E，线圈自感系数为L，电路中的总电阻为R。闭合开关S，发现电路中电流I随时间t的变化规律与情境1中物体速率v随时间t的变化规律类似。类比①式，写出电流I随时间t变化的方程；并在图2中定性画出I - t图线。

（3）类比情境1和情境2中的能量转化情况，完成下表。

参考答案：

1．D

2．B

3．C

4．B

5．C

6．D

7．C

8．D

9．D

10．A

11．A

12．C

13．D

14．D

15．D

16．     电流     变化的磁场     本身     自感电动势

17．     电磁波；     涡流；     X射线

18．     C     A

19．    

(1)被测线圈两端的最大电压为6V，达不到电压表V量程的一半，测量误差较大，所以不能使用该电压表；

(2)流过被测线圈的最大电流为，所以电流表选择A1；如果变阻器选择分压接法，当与被测线圈并联的部分电阻丝阻值达到时（滑片已经滑过了五分之三的区域），被测线圈两端的电压才达到2.25V，所以分压接法很难控制被测线圈两端电压的微小变化；如果选择限流接法，被测线圈两端的电压变化范围为1.8V~6V，足够测量多组数据，而且串联情况下更容易控制电压的微小变化，所以滑动变阻器选择限流接法；用内阻已知的电流表A2和阻值较大的定值电阻R2构造成电压表，用来测量电压值；流过电压表的电流最大值为，符合电流表A2的量程；由于电流表A2可以测出电流，所以电流表采用外接法，可以减小测量误差。改进后的电路图如下图所示：

(3)根据部分电路的欧姆定律，被测线圈的阻值为

(4)由于线圈具有自感，在电路通断的瞬间，会产生较强的感应电流，容易损坏电流表，所以接通电路时应先接通K1，待电路稳定后再接通K2；实验结束拆除电路时应先断开K2，稍等一会儿再断开K1；调整滑动变阻器电阻后应稍等一会，待电流表示数稳定后再读出读数。

故选A。

20．（1）磁通量变化率大，感应电动势和感应电流都变大，热功率也随着变大；（2）接口处电阻大，串联电路中电流强度处处相等，电阻大的地方生热较多

21．

现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来．

原因：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间．

22．(1) 逆时针(2) 0.005x (C) (3) 2812.5 J (4) 1856.25 N•s，方向向上

23．（1）；（2）a.，b.；（3）各种能量转化的规律如图所示