高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应4 互感和自感课时练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应4 互感和自感课时练习，共11页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.下列说法中正确的是( )
A.线圈中电流均匀增大,磁通量的变化率也将均匀增大
B.线圈中电流减小到零,自感电动势也为零
C.自感电动势的方向总是与原电流方向相反
D.自感现象是线圈自身电流变化而引起的电磁感应现象
【解析】选D。因为电流均匀增大,产生的磁场强度也均匀增大,所以磁感应强度也均匀增大,磁通面积不变,所以磁通量也线性变化,但磁通量的变化率却不变,故A错误;根据E=L可知,电流减小到零,自感电动势可以不变,故B错误;由楞次定律知产生的自感电动势,可与原电流方向相反,可与其相同,故C错误;根据感应电流产生条件,则自感现象是线圈自身电流变化而引起的电磁感应现象,故D正确。
2.某同学为了验证断电自感现象,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;稳定后断开S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复实验,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,原因可能是( )
A.线圈电阻偏大 B.电源的内阻偏大
C.小灯泡电阻偏大D.线圈的自感系数偏大
【解析】选A。线圈电阻偏大,稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流,断开开关时,根据楞次定律,流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小,灯泡不发生闪亮现象,故A正确;断开开关时,灯泡能否发生闪亮,取决于灯泡的电流有没有增大,与电源的内阻无关,故B错误;若小灯泡电阻偏大,稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流,断开开关时,根据楞次定律,流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小,灯泡将发生闪亮现象,故C错误;线圈的自感系数较大,产生的自感电动势较大,但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小关系,故D错误。
3.如图所示,两个电阻的值都为R,多匝线圈的电阻和电池的内阻均可忽略,电键原来断开,电路中的电流为I0,现将S闭合,线圈产生自感电动势,它的作用
为( )
A.使电路中电流减小,最后减小为零
B.阻碍电路中电流增大,使之保持不变
C.阻碍电路中电流增大,最后电流小于I0
D.阻碍电路中电流增大,最后电流等于2I0
【解析】选D。由于开关的闭合,使得电流增加,则线圈产生自感电动势,有阻碍电流的作用,延长了电流变化的时间,因为多匝电感线圈L的电阻和电池内阻都忽略不计,最后电流慢慢增加到2倍。故D正确,A、B、C错误。
4.如图所示,三只完全相同的灯泡A、B、C分别与带有铁芯的电感线圈L、定值电阻R、二极管D串联在电路中,闭合开关S,电路稳定后,三只灯泡亮度相同。下列说法正确的是( )
A.断开开关S,灯泡A、C马上熄灭,灯泡B慢慢熄灭
B.断开开关S,灯泡C马上熄灭,灯泡A、B慢慢熄灭
C.断开开关S瞬间,通过灯泡B的电流方向是从左向右的
D.如果先抽掉电感线圈的铁芯,再断开开关S,会发现灯泡B熄灭得更慢
【解析】选B。在电路稳定后,断开开关S的瞬间,L由于产生自感电动势,相当于电源,根据楞次定律可知,L产生的电动势L的右侧电势高,L的左侧的电势低,所以此时感应电流不能通过二极管,所以C马上熄灭;灯泡A、B串联,所以灯泡A、B慢慢熄灭,故A错误,B正确;由楞次定律可知,L产生的自感电动势L的右侧电势高,L的左侧的电势低,所以通过灯泡B的电流方向是从右向左的,故C错误;抽掉电感线圈的铁芯,则电感线圈L自感系数变小,则对电流变化的阻碍作用减小,所以再断开开关S,会发现灯泡B熄灭得较快,故D错误。
5.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈的自感系数很大,线圈的
直流电阻RL与灯泡的电阻R满足RL是( )
【解析】选C。在t=0时刻闭合开关S时,灯泡两端直接获得电压,所以灯泡的电流瞬间达到最大;而线圈中电流增大,产生自感电动势,使得线圈中电流只能逐渐增大,干路中电流I也逐渐增大;根据闭合电路的欧姆定律可知,路端电压将减小,所以流过灯泡的电流减小,逐渐达到稳定;当断开开关,原来通过线圈的电流逐渐减小,由于电感阻碍自身电流变化,产生的感应电流流过灯泡,其方向与开始时流过灯泡的电流方向相反,I慢慢减小,最后为0。故A、B、D错误,C正确。
6.如图所示,图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,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,最终灯A2与灯A3的亮度相同。下列说法正确的
是( )
A.图甲中,A1的电阻比L1的直流电阻大
B.图甲中,闭合开关S1,电路稳定后,A1中的电流大于L1中的电流
C.图乙中,变阻器R连入电路的电阻比L2的直流电阻大
D.图乙中,闭合开关S2瞬间,L2中的电流与变阻器R中的电流相等
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
(1)闭合开关的瞬间,通过线圈的电流增大,产生自感电动势。
(2)根据楞次定律分析电流的变化,判断通过两灯电流的关系。
(3)待电路稳定后断开开关,线圈产生自感电动势,分析通过两灯的电流关系,判断两灯是否同时熄灭。
【解析】选A。图甲中,断开S1的瞬间,A1灯突然闪亮,是因为电路稳定时,L1的电流大于A1的电流,可知L1的电阻小于A1的电阻,故A正确;图甲中,闭合S1,电路稳定后,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,说明灯泡中的电流小于线圈中的电流,故B错误;图乙中,因为要观察两只灯泡发光的亮度变化,两个支路的总电阻相同,因两个灯泡电阻相同,所以变阻器R与L2的电阻值相同,故C错误;图乙中,闭合S2瞬间,L2对电流有阻碍作用,所以L2中电流与变阻器R中电流不相等,故D错误。
二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)如图是测定自感系数很大的线圈L电阻的电路,L两端并联一只电压表(电压表的内阻RV很大),用来测电感线圈的直流电压,在测量完毕后将电路解体时,为了电表的安全,应该先断开开关________(选填“S1”或“S2”)。
【解析】若先断开开关S1或先拆去电流表或先拆去电阻R,L和电压表组成回路,原先L中有较大的电流通过,由于L的自感作用,现在这个电流将通过电压表,造成电表损坏。所以为了电表的安全,应该先断开开关S2。
答案:S2
8.(12分)如图所示,线圈电感系数L=2.4 H,电源电动势ε=10 V。在调节滑动变阻器R的瞬时,由于电流变化,在线圈上产生的自感电动势为3 V,其极性为下正上负(Ub>Ua)。求:
(1)此时电流变化率多大?变阻器滑动头向哪个方向滑动?
(2)若S断开瞬间,电流在0.1 s内由5 A减小到零,在开关S两端的电压多大?哪端电势高?
【解析】(1)在线圈上产生自感电动势为3 V,根据自感电动势公式为:E=L,
则有:== A/s=1.25 A/s
因极性为下正上负,由楞次定律可知,电路的电流在增大,因此变阻器滑动头向左滑动;
(2)根据自感电动势公式为:
E=L=2.4× V=120 V
因此开关两端a,b的电压为120 V
因电流的减小,根据楞次定律,则有由b到a的感应电流,即有a端电势高。
答案:(1)1.25 A/s 向左滑动
(2)120 V a端电势高
(15分钟·40分)
9.(7分)(多选)如图所示,E为电源,L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈,D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡。则下列说法正确的是( )
A.刚闭合S的瞬间,通过D1、D2的电流大小相等
B.刚闭合S的瞬间,通过D2的电流大于通过D1的电流
C.闭合S待电路稳定后,D1熄灭,D2比原来更亮
D.闭合S待电路稳定后,将S断开瞬间,D2立即熄灭,D1闪亮一下再熄灭
【解析】选A、C、D。刚闭合S瞬间,由于自感线圈相当于断路,所以两灯是串联的,电流相等,故A正确,B错误;S闭合稳定后,线圈相当于导线把灯D1短路,灯D1熄灭,回路中总电阻减小,电流增大,D2比S刚闭合时亮,故C正确;S闭合稳定后再断开开关,D2立即熄灭,但由于线圈的自感作用,L相当于电源,与D1组成回路,D1要闪亮一下再熄灭,故D正确。
10.(7分)(多选)用电流传感器研究自感现象的电路如图甲所示,线圈L没有带铁芯。闭合开关S,传感器记录了电路中电流随时间的变化规律如图乙所示。下列说法中正确的有( )
A.线圈中产生的自感电动势阻碍磁通量增大
B.若线圈中插入铁芯,上述过程中电流达到稳定时经历的时间大于t0
C.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经历的时间仍等于t0
D.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经历的时间大于t0
【解析】选A、B、D。闭合S后的瞬间回路中的电流逐渐增大,说明线圈中电流增大时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大,即阻碍电流产生的磁通量增大,故A正确;若线圈中插入铁芯,线圈自感系数增大,自感现象延长,所以若线圈中插入铁芯,上述过程中电路电流达到稳定值经历的时间大于t0,故B正确;若将线圈匝数加倍,线圈自感系数增大,自感现象延长,上述过程中电路电流达到稳定值经历的时间大于t0,故C错误,D正确。
11.(7分)(多选)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、直流电阻可忽略的电感线圈,C是电容很大的电容器。下列说法正确的是( )
A.开关S刚闭合后,灯泡A亮一下又逐渐熄灭,灯泡B逐渐变亮
B.开关S闭合足够长时间后,灯泡A和B一样亮
C.电路稳定后断开开关S时,灯泡A闪亮后逐渐熄灭
D.电路稳定后断开开关S时,灯泡B的电流换向,逐渐熄灭
【解析】选A、C。S刚闭合后,灯泡A与电感线圈并联,由于电感线圈阻碍电流的增大,所以A灯亮一下,然后逐渐熄灭,B灯与电容器并联,由于电容器充电,所以B灯逐渐变亮,故A正确;S闭合足够长时间后,C中无电流,相当于断路,L相当于短路,所以B很亮,而A不亮,故B错误;S闭合足够长时间后,当S断开时,L与A组成一个自感闭合回路,所以A闪亮后逐渐熄灭,故C正确;S闭合足够长时间后,电容器C两个极板上有一定的电压。当S断开时,B灯与电容器的小回路里电容器放电,由于电容器左侧的极板与电源的正极相连,所以电容器左侧极板带正电,放电的电流向右通过灯泡B,开始时B电流的方向向右;所以二者的方向相同,故D错误。
12.(19分)如图所示,设电源的电动势E=10 V,内阻不计,L与R的电阻均为5 Ω,两灯泡的电阻均为Rs=10 Ω。
(1)求断开S的瞬间,灯泡L1两端的电压。
(2)画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间t的变化图像。
【解析】(1)电路稳定工作时,由于a、b两点的电势相等,导线ab上无电流流过。
因此通过L的电流为IL==1 A。流过L1的电流为Is==0.5 A。
断开S的瞬间,由于线圈要维持IL不变,而与L1组成闭合回路,因此通过L1的最大电流为1 A。所以此时L1两端的电压为U=ILRs=10 V(正常工作时为5 V)。
(2)断开S前,流过L1的电流为0.5 A不变,且设为正方向,而断开S的瞬间,通过L1的电流突变为1 A,且方向也发生变化,然后渐渐减小到零,所以它的图像如图所示(t0为断开S的时刻)。
(注意:从t0开始,电流持续的时间实际上一般是很短的)
答案:(1)10 V (2)见解析
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