人教版高中物理选择性必修第二册第2章电磁感应4互感和自感习题含答案

4　互感和自感

必备知识基础练

1.(多选)无线电力传输目前取得重大突破,有一种非接触式电源供应系统。这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力。两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置,原理示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.若A线圈中输入电流,B线圈中就会产生感应电动势

B.只有A线圈中输入变化的电流,B线圈中才会产生感应电动势

C.A中电流越大,B中感应电动势越大

D.A中电流变化越快,B中感应电动势越大

2.(多选)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、开关相连,如图所示。线圈上端与电源正极相连,闭合开关的瞬间,铝环向上跳起,则下列说法正确的是(　　)

A.若保持开关闭合,则铝环不断升高

B.若保持开关闭合,则铝环停留在某一高度

C.若保持开关闭合,则铝环跳起到某一高度后将回落

D.如果电源的正、负极对调,观察到的现象不变

3.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感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S。如下图所示,表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中,正确的是(　　)

4.(多选)(2021河南郑州期中)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计。以下判断正确的是(　　)

A.闭合S,稳定后,电容器的a极板带正电

B.闭合S,稳定后,电容器两端电压小于E

C.断开S的瞬间,通过R1的电流方向向右

D.断开S的瞬间,通过R2的电流方向向右

5.如图所示,A1、A2为两只相同灯泡,A1与一理想二极管D连接,线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是(　　)

A.闭合开关S后,A1会逐渐变亮

B.闭合开关S稳定后,A1、A2亮度相同

C.断开S的瞬间,A1会逐渐熄灭

D.断开S的瞬间,a点的电势比b点低

6.如图所示,两个电阻阻值均为R,电感线圈L的直流电阻及电池内阻均可忽略不计,S原来断开,电路中电流I0=,现将S闭合,于是L中产生了自感电动势,此自感电动势的作用是(　　)

A.使电路的电流减小,最后由I0减小到零

B.有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I0

C.有阻碍电流增大的作用,因而电流总保持不变

D.有阻碍电流增大的作用,但电流最后还是变为2I0

7.如图所示是测定自感系数很大的线圈L在直流电路中的电阻,L两端并联一只电压表,用来测量自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路拆解时应(　　)

A.先断开S1 B.先断开S2

C.先拆除电流表 D.先拆除电阻R

关键能力提升练

8.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。虽经多次重复,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.线圈直流电阻偏大

D.线圈的自感系数较大

9.(多选)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

10.在实际生产中,有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关S由闭合到断开时,线圈会产生很高的自感电动势,使开关S处产生电弧,危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生,可在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是(　　)

11.(2021北京丰台模拟)随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机,大到电脑、电动汽车,都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电,下列说法正确的是(　　)

A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”

B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电

C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同

D.只要有无线充电底座,所有手机都可以进行无线充电

答案：

1.BD　根据产生感应电动势的条件,只有处于变化的磁场中,B线圈才能产生感应电动势,A错误,B正确;根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小取决于磁通量变化率,所以C错误,D正确。

2.CD　闭合开关的瞬间,穿过铝环的磁通量增加,铝环中产生的磁场与线圈产生的磁场方向相反,铝环受到安培力而向上跳起;若开关保持闭合时,线圈产生的磁场稳定,穿过铝环的磁通量不变,铝环中没有感应电流产生,铝环不受安培力,只受重力作用,则上跳某一高度后将回落,故A、B错误,C正确。如果电源的正、负极对调,闭合开关的瞬间,穿过铝环的磁通量仍然增加,铝环中产生感应电流,铝环仍然受到安培力而向上跳起;开关保持闭合时,线圈产生的磁场稳定,穿过铝环的磁通量不变,铝环中没有感应电流产生,铝环不受安培力,只受重力作用,则上跳某一高度后将回落,则观察到的现象不变,故D正确。

3.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,之后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,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。当开关断开时,由于电感L的自感作用,流过灯泡D的电流立即与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。

4.BC　闭合S,稳定后,电容器相当于断路,线圈L相当于短路,所以电容器b极板与电源正极相连,带正电荷,A项错误;电源有内阻,电容器两端电压等于电路的路端电压,小于电源电动势,B项正确;断开S瞬间,电容器与R2构成回路放电,通过R2的电流方向向左,D项错误;断开S瞬间,由于自感现象,线圈L相当于临时电源,阻碍原来的电流减小,通过线圈的电流方向不变,R1与线圈L构成回路,所以通过R1的电流方向向右,C项正确。

5.D　由于二极管所加的是正向电压,故闭合开关S后,A1会立刻变亮,选项A错误;闭合开关S稳定后,由于线圈L的直流电阻不计,故A1将熄灭、A2变得更亮,选项B错误;断开S的瞬间,由于L中的电流不能流过D,故A2、A1都将熄灭,此时b点电势高于a点,选项C错误,D正确。故选D。

6.D　S闭合,电路中电阻减小,电流增大,线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大,A错误;阻碍电流增大,不是不让电流增大,而是让电流增大的速度变慢,B、C错误;最后达到稳定时,电路中电流为I==2I0,故D正确。

7.B　S1断开瞬间,L中产生很大的自感电动势,若此时S2闭合,则可能将电压表烧坏,故应先断开S2。

8.C　从实物连接图中可以看出,线圈L与小灯泡并联,断开开关S时,小灯泡A中原来的电流立即消失,线圈L与小灯泡组成闭合电路,由于自感,线圈中的电流逐渐变小,使小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同,小灯泡未闪亮说明断开S前流过线圈的电流较小,原因可能是线圈电阻偏大,故选项C正确。

9.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时间内原电流沿正方向减小,所以自感电动势的方向是正方向,在1~2 s时间内原电流沿负方向增加,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时间内自感电动势的方向,可得B、D两项正确。

10.D　D项中,闭合S时,二极管处于反向截止状态,不影响电路正常工作。断开S时,由于自感现象,线圈跟二极管D组成闭合回路,此时二极管处于正向导通,可以避免电弧的产生。

11.C　无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应,故A错误;当给充电设备通以恒定直流电时,充电设备不会产生交变磁场,即不能正常充电,故B错误;接收线圈中交变电流的频率应与发射线圈中交变电流的频率相同,故C正确;被充电手机内部,应该有一类似金属线圈的部件与手机电池相连,当有交变磁场时,则产生感应电动势,那么普通手机由于没有金属线圈,所以不能够利用无线充电设备进行充电,故D错误。