高中物理第四章电磁感应专题46互感和自感试题新人教版选修32.docx
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高中物理第四章电磁感应专题46互感和自感试题新人教版选修32
第6节互感和自感
一、自感
1.自感现象:
由于导体自身电流的变化而产生的叫做自感现象。
2.自感电动势
(1)定义:
在自感现象中产生的电动势;
(2)方向:
当导体中的电流增大时,自感电动势与原电流方向;当导体中的电流减小时,自感电动势与原电流方向;
(3)作用:
总是阻碍导体中原电流的变化,只是延缓了过程的进行,但不能使过程,其大小与电流的变化率成。
3.线圈的自感系数
(1)线圈的自感系数跟线圈的横截面积、长度、等因素有关,线圈的横截面积、线圈越长、匝数越多,它的自感系数就,另外,有铁芯时线圈的自感系数要比没有铁芯时大得多。
(2)单位:
亨,符号:
H,1mH=H,1μH=H。
二、互感
1.如图所示的电路中,两个线圈之间并没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的的磁场会使另一个线圈中产生,这种现象叫做互感。
2.互感电动势
在互感现象中产生的电动势叫做。
说明
(1)互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的之间。
(2)互感现象可以把能量由一个电路传递到另一个电路。
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。
例如在电路板的刻制时就要设法减小电路间的互感现象。
电磁感应现象相反相同停止正比匝数越大越大10–310–6
变化感应电动势互感电动势电路
通电自感与断电自感比较
通电自感
断电自感
电路图
器材要求
A1、A2同规格,R=RL,L较大(有铁芯)
L很大(有铁芯)
现象
在S闭合的瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终一样亮
在开关S断开时,灯A渐渐熄灭或突然闪亮一下后再渐渐熄灭
原因
由于开关闭合时,流过电感线圈的电流迅速增大,使线圈产生自感电动势,阻碍了电流的增大,使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢
断开开关S时,流过线圈L的电流减小,产生自感电动势,阻碍了电流的减小,使电流继续存在一段时间;在S断开后,通过L的电流反向通过灯A,若RL
若RL≥RA,原来的电流IL≤IA,则灯A逐渐熄灭不再闪亮一下
能量转化
电能转化为磁场能
磁场能转化为电能
注意:
(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反,使电流相对缓慢地增加;
(2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同,在与线圈串联的回路中,线圈相当于电源,它提供的电流从原来的IL逐渐变小;
(3)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)电流稳定时,若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻,若不计线圈的电阻时就相当于一根导线。
【例题】如图所示,E为电池,L是直流电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈,D1、D2是两个完全相同的灯泡,S是控制电路的开关。
对于这个电路,下列说法正确的是
A.刚闭合S的瞬间,灯泡D1、D2的亮度相同
B.刚闭合S的瞬间,灯泡D2比灯泡D1亮
C.闭合S,待电路达到稳定后,D1熄灭,D2比S刚闭合时亮
D.闭合S,待电路达到稳定后,D1、D2都先更亮后逐渐变暗
参考答案:
AC
1.关于自感电动势的大小和方向,下列说法中正确的是
A.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流越大,产生的自感电动势越大
B.在自感系数一定的条件下,通过导体的电流变化越快,产生的自感电动势越大
C.自感电动势的方向总与原电流的方向相反
D.当通过导体的电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同
2.关于线圈自感系数的说法,错误的是
A.自感电动势越大,自感系数也越大
B.把线圈中的铁芯抽出一些,自感系数减小
C.把线圈匝数增加一些,自感系数变大
D.电感是自感系数的简称
3.将直流电源、开关S、电感线圈L(自感系数较大)和灯泡A连接成如图所示的电路,开始时开关S断开,下列说法正确的是
A.闭合开关S时,灯泡立即变亮
B.开关S闭合一段时间后再断开,灯泡逐渐熄灭
C.开关S闭合一段时间后再断开的瞬间,b点电势高于a点电势
D.开关S闭合一段时间后再断开的瞬间,a点电势高于b点电势
4.如图所示是研究自感实验的实物电路,L1、L2是两个规格相同的小灯泡,L为自感线圈,闭合开关S,调节滑动变阻器R,使两个灯泡的亮度相同,然后断开开关S,则
A.闭合开关S,L1、L2都逐渐变亮
B.闭合开关S,L2立刻变亮,L1逐渐变亮
C.闭合开关S稳定后,L仍有自感电动势
D.闭合开关S稳定后,断开S,L没有自感电动势
5.如图所示的电路中,三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接,电感的电阻忽略不计。
电键S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的有
A.a先变亮,然后逐渐变暗
B.b先变亮,然后逐渐变暗
C.c先变亮,然后逐渐变暗
D.b、c都逐渐变暗
6.如图所示,电源的电动势为E,内阻为r不可忽略。
A、B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数较大的线圈。
关于这个电路的说法中正确的是
A.闭合开关,A灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定
B.闭合开关,B灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定
C.开关由闭合至断开,在断开瞬间,A灯闪亮一下再熄灭
D.开关由闭合至断开,在断开瞬间,电流自左向右通过A灯
7.电阻箱是一种可以调节电阻大小并且能够显示出电阻阻值的变阻器。
制造某种型号的电阻箱时,要用双线绕法,如右图所示。
当电流变化时双线绕组
A.螺旋管内磁场发生变化
B.穿过螺旋管的磁通量不发生变化
C.回路中一定有自感电动势产生
D.回路中一定没有自感电动势产生
8.图中电感线圈L的直流电阻为
,小灯泡的电阻为R,小量程电流表
、
的内阻不计,当开关S闭合且稳定后,电流表
、
的指针均偏向右侧(电流表的零刻度在表盘的中央),则当开关S断开时,下列说法中正确的是
A.
、
的指针都立即回到零点
B.
缓慢回到零点,
立即左偏,然后缓慢回到零点
C.
立即回到零点,
缓慢回到零点
D.
立即回到零点,
缓慢回到零点
9.如图所示电路,L是自感系数较大的线圈,在滑动变阻器的滑动片P从B端迅速滑向A端的过程中,经过AB中点C时通过线圈的电流为I1;P从A端迅速滑向B端的过程中,经过C点时通过线圈的电流为I2;P固定在C点不动,达到稳定时通过线圈的电流为I0。
则
A.I1=I2=I0B.I1>I0>I2C.I1=I2>I0D.I1<I0<I2
10.某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成,当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路。
仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有
A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零
B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变
C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起
11.如图所示的电路中,电感L的自感系数很大,电阻可忽略,D为理想二极管,则下列说法正确的有
A.当S闭合时,L1立即变亮,L2逐渐变亮
B.当S闭合时,L1一直不亮,L2逐渐变亮
C.当S断开时,L2立即熄灭
D.当S断开时,L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭
12.如图所示电路中,L为电感线圈,电阻不计,A、B为两灯泡,则
A.合上S时,A先亮,B后亮
B.合上S时,A、B同时亮
C.合上S后,A变亮,B熄灭
D.断开S时,A熄灭,B重新亮后再熄灭
13.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
14.如图是用电流传感器(相当于电流表,其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路,图中两个电阻的阻值均为R,L是一个自感系数足够大的自感线圈,其直流电阻值也为R。
图5是某同学画出的在t0时刻开关S由闭合变为断开,通过传感器的电流随时间变化的图象。
关于这些图象,下列说法中正确的是
A.甲图是通过传感器1的电流随时间变化的情况
B.乙图是通过传感器1的电流随时间变化的情况
C.丙图是通过传感器2的电流随时间变化的情况
D.丁图是通过传感器2的电流随时间变化的情况
15.如图所示,电路中A、B是规格相同的灯泡,L是电阻可忽略不计的电感线圈,那么
A.合上S,A、B一起亮,然后A变暗后熄灭
B.合上S,B先亮,A逐渐变亮,最后A、B一样亮
C.断开S,A立即熄灭,B由亮变暗后熄灭
D.断开S,B立即熄灭,A闪亮一下后熄灭
16.如图电路中,A1、A2是两个指示灯,L是自感系数很大的线圈,电阻R阻值较小,开关S1断开、S2闭合。
现闭合S1,一段时间后电路稳定。
下列说法中正确的是
A.闭合S1,通过电阻R的电流先增大后减小
B.闭合S1,Al亮后逐渐变暗
C.闭合S1,A2逐渐变亮,然后亮度不变
D.断开电路时,为保护负载,应先断开S2,再断开S1
17.在如图所示的电路中,两个相同的电流表,零刻点在刻度盘的中央。
当电流从“+”接线柱流入时,指针向右摆;当电流从“-”接线柱流入时,指针向左摆。
在电路接通且稳定时再断开开关的瞬间,下列说法正确的是
A.G1指针向右摆,G2指针向左摆
B.G1指针向左摆,G2指针向右摆
C.两指针都向右摆
D.两指针都向左摆
18.(2017·北京卷)图1和图2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,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1中,A1与L1的电阻值相同
B.图1中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流
C.图2中,变阻器R与L2的电阻值相同
D.图2中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等
3.C【解析】闭合开关S时,由于通过线圈L的电流逐渐变大,因而在线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加,则回路的电流会慢慢增大,则灯泡会逐渐变亮,选项A错误;开关S闭合一段时间后再断开,回路立即断开,则灯泡立即熄灭,选项B错误;开关S闭合一段时间后再断开的瞬间,在线圈L中会产生与原来电流方向相同的自感电动势,线圈相当于电源,则b点电势高于a点电势,选项C正确,D错误。
4.B【解析】闭合电键S,自感线圈产生自感电动势,阻碍通过L1的电流增大,灯L1逐渐变亮,闭合开关,通过L2的电流立即稳定,L2立刻变亮,故A错误,B正确;闭合电键S稳定后,流过线圈的电流不变,线圈L没有自感电动势,故C错误;闭合电键S稳定后,打开S,穿过线圈L的电流发生变化,L产生自感电动势,故D错误。
5.AD【解析】电键S闭合时,电感L1中电流等于两倍L2的电流,断开电键K的瞬间,由于自感作用,两个电感线圈相当于两个电源,与三个灯泡构成闭合回路,通过b、c的电流都通过a,故a先变亮,然后逐渐变暗,故A正确;b、c灯泡由电流i逐渐减小,BC错误,D正确。
7.BD【解析】两线圈绕的方向相反,线圈产生的磁场方向相反。
螺旋管内磁场和穿过螺旋管的磁通量都不发生变化,回路中一定没有自感电动势产生,正确答案选BD。
8.B【解析】电路稳定后断开,通过灯泡这一支路的电流立即消失,由于电感线圈对电流的变化有阻碍作用,会阻碍其减小,所以通过
的电流逐渐减小,缓慢回到零点;通过电感线圈的电流也通过灯泡,所以含有灯泡的支路的电流从Q流向P,使
立即左偏,偏后缓慢回到零点,故选项B正确,选项ACD错误。
【名师点睛】解决本题的关键知道电感器对电流的变化有阻碍作用,当电流增大时,会阻碍电流的增大,当电流减小时,会阻碍其减小,注意通过
电表的电流方向与原来方向相反,这是解题的关键。
9.B【解析】滑片在A点时,滑动变阻器接入电阻最大,电路中电流最小,则当滑片下移时,电流将变大,而此时线圈将阻碍电流的增大,故电流较小;而当滑片从B向A移动时,由于开始时电流较大,向上运动时,线圈中电流将减小,故线圈将阻碍电流的减小;故此时I2将保持在B点时的电流;而滑片固定在C点时,电流小于在B点时的电流;故有:
I1>I0>I2;故选B。
【名师点睛】本题应明确电感的作用,当电流发生变化时,线圈由于自感现象而具有保持原来电流的作用;而当电流稳定时,线圈相当于导线。
10.ABD【解析】家庭电路正常工作时,零线和火线中的电流大小相等、方向始终相反,在
中产生的磁场方向始终相反,磁场相互叠加,
中的磁通量为零,A项正确;家庭电路中使用的电器增多及电路发生短路时,零线和火线中的电流变大但大小仍然相等,电流方向始终相反,
中的磁通量仍为零,不变,B项正确,C项错误;地面上的人接触火线发生触电时,零线和火线中的电流大小不相等,
中的磁通量不为零,发生变化,
中的磁通量不为零发生变化,线圈
中产生电流,此时开关K将被电磁铁吸起D项正确。
11.BD【解析】当S闭合时,因二极管加上了反向电压,故二极管截止,L1一直不亮;通过线圈的电流增加,感应电动势阻碍电流增加,故使得L2逐渐变亮,选项B正确,A错误;当S断开时,由于线圈自感电动势阻碍电流的减小,故通过L1的电流要在L2–L1–D–L之中形成新的回路,故L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭,选项C错误,D正确。
【名师点睛】此题是对自感现象的考查;要知道自感线圈的作用是当电流增加时,产生的自感电动势阻碍电流的增加;电流减弱时,感应电动势阻碍电流的减弱,若有回路要重新形成电流;二极管只能导通正向电流。
13.BC【解析】闭合S,稳定后,电容器的b极板和
的右端相连,而
的右端和电源的正极相连,所以b极板带正电,A错误;闭合S稳定后,L相当于一段导线,
被短路,所以C两端的电压等于
两端的电压,小于电源电动势E,B正确;断开S的瞬间,L相当于电源,与
组成回路,电流方向自左向右,C正确;断开S的瞬间,电容器要放电,则
中电流自右向左,D错误。
14.C【解析】开关S由闭合变为断开,传感器1中的电流立刻变为零,如丁图;传感器2中的电流由于线圈的自感作用,通过线圈的电流要在R和传感器2中形成新的回路,即电流反向并逐渐减小,C正确,ABD错误。
【名师点睛】解决本题的关键掌握电感对电流的阻碍作用,当电流增大时,电感线圈阻碍电流增大,当电流减小时,电感线圈阻碍电流减小。
15.AD【解析】合上S,线圈中电流要增加,会产生自感电动势,故只能缓慢增加,故A、B一起亮,然后A变暗后熄灭,B更亮,故A正确,B错误;断开S,线圈中电流要减小,会产生自感电动势,故只能缓慢减小,通过电灯A构成回路放电,故B立即熄灭,A闪亮一下后熄灭,故C错误,D正确。
【点评】本题通电自感和断电自感问题,关键明确线圈中电流发生变化时,会产生自感电动势,阻碍电流的变化,基础题。
16.D【解析】闭合开关S1的瞬间,由于线圈中自感电动势的阻碍,通过电阻R的电流慢慢增加,故A错误;闭合开关S1,虽因存在自感作用,但通过R的电流逐渐增加,干路电流逐渐增加,通过Al逐渐变亮,故B错误;当闭合S1,线圈对电流的阻碍渐渐变小,导致A2逐渐变暗,故C错误;断开电路时,为保护负载,由于线圈L产生自感电动势,应先断开S2,再断开S1,故D正确,故选D。
【名师点睛】对于线圈要抓住双重特性:
当电流不变时,它是电阻不计的导线;当电流变化时,产生自感电动势,相当于电源,注意开关接通与断开的先后顺序。
18.C【解析】断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,由于线圈L1的自感,通过L1的电流逐渐减小,且通过A1,即自感电流会大于原来通过A1的电流,说明闭合S1,电路稳定时,通过A1的电流小于通过L1的电流,L1的电阻小于A1的电阻,AB错误;闭合S2,电路稳定时,A2与A3的亮度相同,说明两支路的电流相同,因此变阻器R与L2的电阻值相同,C正确;闭合开关S2,A2逐渐变亮,而A3立即变亮,说明L2中电流与变阻器R中电流不相等,D错误。
【名师点睛】线圈在电路中发生自感现象,根据楞次定律可知,感应电流要“阻碍”使原磁场变化的电流变化情况。
电流突然增大时,会感应出逐渐减小的反向电流,使电流逐渐增大;电流突然减小时,会感应出逐渐减小的正向电流,使电流逐渐减小。
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