物理人教版 (2019)4 互感和自感精品习题

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【核心素养目标】
知识点一 互感现象
【情境导入】
如图所示，在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？
【知识梳理】
1．互感和互感电动势：两个相互靠近且没有导线相连的线圈，当一个线圈中的 时，它所产生的 会在另一个线圈中产生 ，这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作 ．
2．应用：利用互感现象可以把 由一个线圈传递到 ，如变压器就是利用 制成的．
3．危害：互感现象能发生在任何两个 的电路之间．在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作．
【重难诠释】
1．当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势．
2．一个线圈中电流变化越快(电流的变化率越大)，另一个线圈中产生的感应电动势越大．
3．应用与危害
(1)应用：变压器、收音机的磁性天线都是利用互感现象制成的．
(2)危害：在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要设法减小电路间的互感．例如在电路板刻制时就要设法减小电路间的互感现象．
【典例精析】
例1． (多选)如图所示，线圈P、Q同轴放置，P与开关S、电源和滑动变阻器R组成回路，Q与电流计G相连，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有( )
A．闭合开关S后，把R的滑片右移
B．闭合开关S后，把R的滑片左移
C．闭合开关S后，把Q靠近P
D．无需闭合开关S，只要把Q靠近P即可
知识点二 自感现象
【情境导入】
1．按照如图所示电路图连接电路．
(1)开关S接通时，灯泡1和2的发光情况有什么不同？
(2)根据楞次定律结合电路图分析该现象产生的原因．
2.按照如图所示电路图连接电路．
(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻，先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关．观察开关断开时灯泡的亮度变化，并解释原因．若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻，灯泡的亮度如何变化？
(2)开关断开前后，流过灯泡的电流方向相同吗？
【知识梳理】
当一个线圈中的 变化时，它所产生的变化的磁场在 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自感电动势．
【重难诠释】
1．对自感现象的理解
自感现象是一种电磁感应现象，遵守法拉第电磁感应定律和楞次定律．
2．对自感电动势的理解
(1)产生原因
通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈上产生感应电动势．
(2)自感电动势的方向
当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同(即：增反减同)．
(3)自感电动势的作用
阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用．
3．对电感线圈阻碍作用的理解
(1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使通过电感线圈的电流不能突变．
(2)若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的．
(3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图．
【典例精析】
例2．如图所示，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，A和B是两个参数相同的灯泡，若将开关S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开开关S，则( )
A．开关S闭合时，灯泡A比B先亮
B．开关S闭合时，灯泡A、B同时亮，最后一样亮
C．开关S闭合后，灯泡A逐渐熄灭，灯泡B逐渐变亮，最后亮度保持不变
D．开关S断开瞬间，A、B闪亮一下逐渐熄灭
知识点三 自感系数和磁场的能量
【情境导入】
(1)自感电动势与哪些因素有关？
(2)在断电自感现象中，断开开关后，灯泡仍然亮一会，是否违背能量守恒定律？
【知识梳理】
自感系数
1．自感电动势：E＝Leq \f(ΔI,Δt)，其中eq \f(ΔI,Δt)是 ；L是 ，简称自感或电感．单位： ，符号： .
2．自感系数与线圈的 、 、 ，以及是否有 等因素有关．
磁场的能量
1．线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给 ，储存在 中．
2．线圈中电流减小时， 中的能量释放出来转化为电能．
3．自感电动势有阻碍线圈中 的性质．
【重难诠释】
1．自感电动势
(1)表达式：E＝Leq \f(ΔI,Δt).
(2)理解：①公式中eq \f(ΔI,Δt)为电流的变化率，电流变化越快，电流变化率越大，自感电动势也越大．
②公式中L为线圈的自感系数．
2．自感系数
【典例精析】
例3．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
针对训练
一、单选题
1．图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，闭合开关S1，电路稳定后，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮。而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，A1与L1的电阻值相同
B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
2．如图所示为“万人跳”实验的示意图，电源的内电阻可忽略，L为学生实验用变压器线圈，在时刻闭合开关S，经过一段时间后，在时刻断开S。下列表示通过人体电流I随时间t变化的图像中，你认为最符合该实验实际的是（ ）
A．B．C．D．
3．下列关于互感现象的说法不正确的是（ ）
A．一个线圈中的电流变化时，与之靠近的线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象
B．互感现象的实质是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律
C．利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，所以人们制造了收音机的“磁性天线”
D．在电力工程以及电子电路中不会出现互感现象而影响电路的正常工作
4．某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图所示的电路，电路两端电压恒定，电感线圈和灯泡并联接在电源两端。先闭合开关K，等电路稳定后，再断开开关，发现灯泡突然闪了一下。已知灯泡的规格为（1.25W，3.0V），在实验室找到了两个自感系数相同的线圈A、B，它们的直流电阻分别为10Ω、5Ω。下列关于该实验的说法正确的（ ）
A．选用两个线圈中的任意一个都可以得到上述实验现象
B．闭合开关时，灯泡逐渐亮起来
C．断开开关时，流过电感线圈的电流突然增大
D．断开开关时，流过灯泡的电流改变方向
5．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A．S闭合瞬间，B先亮A后亮
B．S闭合瞬间，A先亮B后亮
C．电路稳定后，在S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭
D．电路稳定后，在S断开瞬间，B立即熄灭
6．如图所示，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻R串联后接到电路中。先闭合开关S，调节R，使两个灯泡的亮度相同，再调节R1，使它们正常发光，然后断开开关S，下列说法正确的是（ ）
A．重新接通电路，A1、A2同时变亮
B．重新接通电路，A1逐渐变暗
C．接通电路，电路稳定后再次断开S，A1、A2逐渐熄灭
D．接通电路，电路稳定后再次断开S，A2闪亮一下再熄灭
7．如图所示电路为演示自感现象的实验电路。实验时，先闭合开关S，电路达到稳定后，设通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡L2的电流为I2，小灯泡L1、L2均处于正常发光状态。以下说法正确的是（ ）
A．S闭合瞬间，L2灯慢慢变亮，L1灯立即变亮
B．S闭合瞬间，L1灯慢慢变亮，L2灯立即变亮
C．S断开瞬间，流经小灯泡L2中的电流由I2逐渐减为零
D．S断开瞬间，流经小灯泡L2中的电流由I1逐渐减为零
8．如图所示，是日光灯的电路图，主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关S点燃日光灯管过程中，启动器的双金属片始终是闭合的
B．闭合开关S点燃日光灯管过程中，镇流器相当于电阻
C．将镇流器换为定值电阻，闭合开关S仍能正常点燃日光灯管
D．将启动器更换为开关S1，先闭合开关S和S1，再断开S1，仍有可能点燃日光灯管
二、多选题
9．如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感线圈L1、L2与直流电源连接，电感线圈的电阻忽略不计，开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有（ ）
A．a先变亮，然后逐渐熄灭
B．b先变亮，然后逐渐熄灭
C．c先变亮，然后逐渐熄灭
D．b、c逐渐熄灭
10．如图所示为演示自感现象的实验电路图，线圈的自感系数较大，且使滑动变阻器R接入电路中的阻值与线圈直流电阻相等，下列判断正确的是（ ）
A．接通开关S，灯A1、A2立即变亮
B．接通开关S，灯A1逐渐变亮，灯A2立即变亮
C．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭
D．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭
11．如图甲所示，无线手机充电因其方便、科技感强，很受年轻人的喜爱。图乙为电磁感应式手机无线充电的原理示意图，与变压器类似，在充电基座上的送电线圈接入正弦交流电，手机中的受电线圈感应出电流，实现为手机充电的目的。则在充电过程中（ ）
A．无线充电与有线充电一样实现了能量的传递
B．送电线圈接入恒定电流也可以持续给手机充电
C．送电线圈中电流产生的磁场是均匀变化的磁场
D．受电线圈中感应电流产生周期性变化的磁场
12．在日常生活中，比如摩托车和汽车上装有的磁性转速表就是利用了电磁驱动原理，如图所示是磁性式转速表及其原理图，关于磁性式转速表的电磁驱动原理，下列说法正确的是（ ）
A．铝盘接通电源，通有电流的铝盘在磁场作用下带动指针转动
B．永久磁体随转轴转动产生运动的磁场，在铝盘中产生感应电流，感应电流使铝盘受磁场力而转动
C．铝盘转动的方向与永久磁体转动方向相同
D．由于铝盘和永久磁体被同一转轴带动，所以两者转动是完全同步的
13．如图所示，电路中有两个相同的灯泡L1、L2，电感线圈L的自感系数很大，直流电阻可忽略不计，电源内阻不计。第一次：S2合向1，再闭合S1，电路稳定后再断开S1；第二次：S2合向2，再闭合S1，电路稳定后再断开S1，则下列说法正确的是（ ）
A．第一次：闭合S1后，会看到L1、L2立即变亮，此后L2逐渐熄灭
B．第一次：断开S1后，会看到L1逐渐熄灭，L2亮一下后熄灭
C．第二次：闭合S1后，会看到L2立即变亮，L1逐渐变亮
D．第二次：断开S1后，会看到L1逐渐熄灭，L2亮一下后熄灭
14．在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使和亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为I。在之后的时刻断开S，则在如图所示的图像中，能正确反映前后的一小段时间内通过的电流和通过的电流随时间t变化关系的是（ ）
A．B．
C．D．
15．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=O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、D2的电流，则下列图象中能定性描述电流随时间变化关系的是（ ）
A．B．
C．D．
物理观念
了解互感现象及其应用.
科学思维
能够通过电磁感应的有关规律分析通电自感和断电自感现象.
科学探究
了解自感电动势的表达式E＝Leq \f(ΔI,Δt)，知道自感系数的决定因素
了解自感现象中的能量转化．
科学态度与责任
通过互感和自感知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。