专题85自感现象与电磁阻尼（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第十五章  电磁感应专题85  自感现象和电磁阻尼第一部分  知识点精讲一、自感现象1．自感现象由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。2．自感电动势(1)定义：在自感现象中产生的感应电动势。(2)表达式：E＝L。(3)自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关，单位为亨利(H)。3．自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显；自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。4．自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2＞I1，灯泡“闪亮”后逐渐变暗。两种情况下灯泡中电流方向均改变二．涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水中的旋涡一样的感应电流。三．电磁阻尼与电磁驱动的比较 电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功相同点两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 第二部分 最新高考题精选 第三部分 最新模拟题精选1. （2022山西太原三模）一种叫“焦耳小偷”的电路,可以“榨干”一颗旧电池的能量,其原理如图所示。一颗废旧的5号电池开路电压大约1 V,直接点亮一个需要1.6 V电压驱动的发光二极管是不可能的,这时可以反复快速接通和断开开关,发光二极管就会闪烁起来。下列说法中正确的是A.发光二极管的正极应接在C端B.只有开关接通的瞬间,发光二极管才会闪亮C.只有开关断开的瞬间，发光二极管才会闪亮D.开关断开及接通的瞬间,A端的电势均高于B端的电势【参考答案】C【名师解析】发光二极管的正极应接在B端，只有开关断开的瞬间，线圈产生感应电动势，感应电动势与电池电动势方向相同，大于1.6V，就可使发光二极管闪亮，选项B错误C正确；开关接通的瞬间,A端的电势高于B端的电势，开关断开的瞬间,A端的电势低于B端的电势，选项D错误。7. （2022浙江湖州期末）老师在物理课堂内做了“千人震”趣味小实验，如图所示，用了一个日光灯上拆下来的镇流器、两节1.5V的干电池、电键以及导线若干，几位同学手牵手连到电路的C、D两端，会产生“触电”的感觉，则以下说法正确的是（　　）A. “触电”是发生在电键K断开的瞬间B. “触电”是由感应起电引起的C. “触电”时通过人体的电流方向是A→C→D→BD. 干电池的3V电压让人感到“触电”【参考答案】A【名师解析】在电键K断开的瞬间，镇流器产生自感电动势，几位同学手牵手连到电路的C、D两端，会产生“触电”的感觉，选项A正确B错误；由楞次定律可判断出“触电”时通过人体的电流方向是B→D→C→A，选项C错误；根据36V电压为安全电压，干电池的3V电压不能让人感到“触电”，选项D错误。6. （2022山东聊城重点高中质检）如图所示的电路中，电感线圈L的自感系数足够大且直流电阻可忽略，G为电流传感器，灯泡A与理想二极管B相连，则下列说法正确的是（　　）A. K闭合瞬间，灯泡A立即亮，电流传感器G电流逐渐增大B. K闭合瞬间，灯泡A亮一下再熄灭，电流传感器G电流突然减小C. K断开瞬间，灯泡A亮一下再熄灭，电流传感器G电流逐渐减小D. K断开瞬间，灯泡A不亮，电流传感器G电流先增大后逐渐减小【参考答案】C【名师解析】灯泡A与二极管串联，闭合开关K时，电流无法流过二极管，灯泡A不亮，电感线圈L与电流传感器串联，由于自感现象，电流传感器的示数逐渐增大后不变，故AB错误；．断开开关K时，由于自感现象，线圈中电流逐渐减小，流过G的电流逐渐减小，线圈与二极管、灯泡构成一个回路，线圈上的电流从左向右，二极管上电流从右向左，正向导通，所以灯泡A在断开开关K瞬间，亮一下再熄灭，故C正确、D错误；9. （2022山东济南高二重点高中质检）如图所示，L是自感系数足够大的线圈，其直流电阻与灯泡、的电阻相同，两灯泡的额定电压、额定功率相同，额定电压小于电源的电动势，闭合电键S，则下列判断正确的是（　　）A. 闭合电键后，、两灯泡逐渐变亮B. 闭合电键后，、两灯泡逐渐变暗至熄灭C. 断开电键一瞬间，灯泡中有从右向左的电流D. 断开电键一瞬间，灯泡的功率变为原来的四分之一【参考答案】CD【名师解析】闭合电键后，L相当于断路，、两灯泡通有电流会直接变亮，当稳定后L相当于定值电阻，与灯泡并联，此时灯泡中电流稳定，亮度正常，故AB错误；闭合电键后，稳定时L中电流从左到右，当断开电键一瞬间，L等效于电源，电流方向不变，与灯泡构成回路，因此灯泡中有从右向左的电流，故C正确；闭合电键后，稳定时L阻值与灯泡阻值相同，因此电流相同，当断开电键一瞬间L等效于电源，电流大小不变，两个灯泡并联接入电路分流，电流大小为原来一半，根据可知灯泡的功率变为原来的四分之一，故D正确。4. (2022广东潮州二模)电磁阻尼可以无磨损地使运动的线圈快速停下来。如图所示，扇形铜框在绝缘细杆作用下绕转轴O在同一水平面内快速逆时针转动，虚线把圆环分成八等份，扇形铜框恰好可以与其中份重合。为使线框快速停下来，实验小组设计了以下几种方案，其中虚线为匀强磁场的理想边界，边界内磁场大小均相同，其中最合理的是（　　）A  B. C.  D. 【参考答案】C【名师解析】扇形铜框逆时针转动时，对于A、D选项，通过铜框的磁通量不发生变化，无感应电流产生，则线圈不会受到安培力阻碍；对于B、C选项，通过铜框的磁通量发生变化，产生感应电流，B项的铜框只有单边或受到安培阻力作用，而C项的铜框边、边同时受到安培阻力作用，所以最合理的是C选项。故ABD错误，C正确。6. （2022江苏南京二模） 如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。电磁制动是一种非接触的制动方式，其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）A. 制动过程中，导体不会产生热量B. 如果导体反向转动，此装置将不起制动作用C. 制动力的大小与线圈中电流的大小无关D. 线圈电流一定时，导体运动的速度越大，制动力就越大【参考答案】D【名师解析】.电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量,A 错误； .如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力,B 错误； 线圈中电流越大，则产生的磁场越强，则转盘转动产生的涡流越强，则制动器对转盘的制动力越大，C 错误；  线圈电流一定时，导体运动的速度越大，转盘转动产生的涡流越强，制动力就越大,D 正确。2. （2022山东济南重点高中质检）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。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B. 电磁炉是利用变化磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热C. 电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热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【参考答案】B【名师解析】电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热，故B正确，ACD错误。10. （2022北京西城期末）如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）A. 制动过程中，导体不会产生热量B. 如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力C. 制动力的大小与导体运动的速度无关D. 为了使导体获得恒定的制动力，制动过程中可以逐渐增大线圈中的电流【参考答案】D【名师解析】电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，A错误；如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力，B错误；导体运动的速度磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，C错误；在制动过程中，运动导体速度减小，要想使导体获得恒定的制动力，需要增加导体所处的磁场的磁感应强度，可以通过增大线圈中的电流来增加磁场强度，D正确。12. （2022北京朝阳二模）1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是（　　）
 A. 磁针的磁场使圆盘磁化，圆盘产生的磁场导致磁针转动B. 圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C. 在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D. 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动【参考答案】B【名师解析】铜不是铁磁质，不会被磁针磁化，磁针转动的原因在于圆盘与磁针存在相对运动，使圆盘切割磁感线，产生了涡流，而涡流的磁场导致磁针转动，故A错误，B正确；．在圆盘转动的过程中，圆盘位置和面积均未变，根据磁针周围磁感线的分布情况可知磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量未变，故C错误；．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动，但铜离子也会随圆盘一起运动，二者产生的等效电流为大小相同、方向相反，即可认为圆盘整体不产生电流，故D错误。1．(2021重庆渝北区五校联考)金属探测器是用来探测金属的仪器，如图所示，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恒定的磁场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【参考答案】.C【名师解析】 探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，探测到金属物是因为金属物中产生了涡流.因此C正确。 1．（2021湖北天门期末）如图所示为实验室所用的某种灵敏天平，安装在天平臂一端（图中的右端）的金属片置于蹄形磁铁的两个磁极之间，该装置有利于振动的天平臂迅速平静下来，现因物体放置在秤上引起天平臂的摆动带动金属片上下运动，则以下说法正确的是A．当金属片上下运动时，由于穿过金属片的磁通量没有发生变化，因此金属片中没有感应电流B．当金属片上下运动时，金属片中会产生逆时针方向的涡流C．当金属片向上运动时，金属片受到向下的磁场力D．由于当金属片在上下运动，受到的磁场力总是阻碍金属片的运动，使其机械能转化为内能，导致物体质量测量值偏小【参考答案】C【名师解析】当金属片上下运动时，穿过金属片的磁通量发生变化，因此金属片中有感应电流，选项A错误；当金属片上下运动时，金属片中会产生方向相反的涡流，选项B错误；当金属片向上运动时，根据楞次定律可知，金属片受到向下的磁场力，选项C正确；由于当金属片在上下运动，受到的磁场力总是阻碍金属片的运动，使其机械能转化为内能，使其尽快平静下来，不会影响物体质量的测量，选项D错误。 8. （2021江苏常州一模）零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难．在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难．下列方案合理的是(　　)【参考答案】D【名师解析】在指针转轴上装上的扇形铝框，要使指针在示数附近的摆动受到阻力，方案合理的是可以在铝框两侧边缘设置磁场，选项AB错误；在指针转轴上装上的扇形铝板，要使指针在示数附近的摆动受到阻力，方案合理的是可以在铝板中心设置磁场，选项D正确C错误。1.（2021江西吉安期末）下列图中的设备或元件没有利用涡流的是【参考答案】B【名师解析】金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流现象工作的，磁电式仪表利用涡流能让指针快速稳定，也是利用涡流现象。变压器中的硅钢片是为了防止涡流产生铁损，所以选项B没有利用涡流 3.(2020·衡阳联考)如图所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置，在电梯轿厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是(　　)A．当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中B．当电梯坠落至题图所示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反C．当电梯坠落至题图所示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落D．当电梯坠落至题图所示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落【参考答案】B【名师解析】　若电梯突然坠落，因线圈是闭合的，通过线圈的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流产生的磁场会阻碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能阻止磁铁的运动，故A错误；当电梯坠落至如题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知A与B中感应电流方向相反，故B正确；结合A项的分析可知，当电梯坠落至如题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C、D错误。2．（2020广东东莞模拟自测）如图所示，一根质量为M、长为L的铜管竖直放置在水平桌面上，现让一块质量为m、可视为质点的强磁铁从铜管上端由静止下落，强磁铁在下落过程中不与铜管接触，不计空气阻力．下列说法正确的是   A．强磁铁下落过程中，桌面对铜管的支持力小于Mg   B．强磁铁下落过程中，铜管和强磁铁组成的系统机械能守恒   C．若将铜管换成铝管，强磁铁将做自由落体运动   D．强磁铁下落到桌面的时间【参考答案】D【名师解析】强磁铁在下落过程中，在铜管中产生感应电流，强磁铁受到向上的阻尼作用，下落的加速度小于重力加速度，强磁铁下落到桌面的时间。根据牛顿第三定律，强磁铁对铜管的作用力向下，所以强磁铁下落过程中，桌面对铜管的支持力大于Mg，选项A错误D正确；强磁铁在下落过程中，在铜管中产生感应电流，铜管和强磁铁组成的系统机械能不守恒，选项B错误；若将铜管换成铝管，强磁铁在下落过程中，在铝管中产生感应电流，强磁铁将做加速度小于g的下落运动，选项C错误。 3．（2020江苏高考仿真模拟2）如图所示，让一铝制圆盘靠近U形磁铁的两级，但不接触，且磁铁的中心轴线与圆盘的中心在同一竖直线上。现让磁铁按照图示的方向转动，则下列说法正确的是  （   ）                                 A．磁铁转动时，圆盘内磁通量发生了变化B．圆盘内产生感应电动势C．圆盘跟随磁铁一起同步转动D．圆盘跟随磁铁转动的原因是内部产生的涡流引起的【参考答案】BD 【名师解析】：磁铁转动时，穿过整个圆盘的磁通量不发生变化，选项A错误；可将铝制圆盘沿半径方向分割成无数条金属导体棒，当磁铁转动时，这些导体棒会切割磁感线，故圆盘内产生感应电势，选项B正确；当磁铁转动起来时，紧靠磁铁的圆盘因电磁感应而产生涡流，根据楞次定律，涡流与磁场相互作用，驱动圆盘运动，但圆盘要比磁铁转动速度慢，选项C错误；圆盘内的涡流受到安培力的作用，使得圆盘开始转动起来，选项D正确。4（6分）（2019北京通州二模）课堂上，老师演示了一个有趣的电磁现象：将一铝管竖立，把一块直径比铝管内径小一些的圆柱形的强磁铁从铝管上端由静止释放，强磁铁在铝管中始终与管壁不接触。可以观察到，相比强磁铁自由下落，强磁铁在铝管中的下落会延缓许多。下课后，好奇的小明将一块较厚的泡沫塑料垫在电子秤上，再将这个铝管竖直固定在泡沫塑料上（用以消除电子秤内部铁磁性材料与磁铁相互作用的影响），如图所示，重复上述实验操作。在强磁铁由静止释放至落到泡沫塑料上之前，关于强磁铁的运动和受力情况，下列情况可能发生的是（　　）A．先加速下落后减速下落 B．始终做加速运动，且加速度不断增大 C．所受合力方向竖直向上 D．所受铝管对它的作用力越来越大【参考答案】D【名师解析】强磁铁在下落的过程中，铝管切割磁感线产生感生电流，受到磁铁所给的向下安培力作用，磁铁受到向上的安培力反作用力。初始阶段，磁铁的速度较小，在铝管中产生的安培力较小，磁铁受到的向下重力大于向上的安培力反作用力，于是向下做加速度减小的加速运动。如果铝管足够长，磁铁的加速度减小到零，此时磁铁受到的向下重力等于向上的安培力反作用力，之后磁铁向下做匀速运动。故A、B错误；由以上分析可知，如果铝管足够长，强磁铁在运动过程中，所受合力方向先竖直向下后减为零，故C错误；由于强磁铁在铝管中运动的速度越来越大，铝管切割磁感线产生感生电流越来越大，受到磁铁所给的向下安培力越来越大，铝管对强磁铁的安培力反作用力也随之越来越大，这是强磁铁落到泡沫塑料上时还没有达到最大速度或者刚好达到最大速度的情况，故D正确。