2024人教版高中物理选择性必修第二册同步
第二章 电磁感应
4 互感和自感
基础过关练
题组一 互感现象
1.【经典题】【多选题】下列关于互感现象的说法正确的是( )
A.一个线圈中的电流变化时,与之靠近的另一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,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,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,互感现象不会影响电路的正常工作
2.【多选题】(2021北京昌平联考)关于互感现象,下列说法正确的是( )
A.两个线圈之间必须有导线相连,才能产生互感现象
B.互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈
C.互感现象都是有益的
D.变压器是利用互感现象制成的
3.【经典题】在无线电仪器中,常需要在距离较近处安装两个线圈,并要求当一个线圈中电流有变化时,对另一个线圈中电流的影响尽量小。如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是( )
题组二 自感现象
4.(2023湖北荆州期中)如图所示,电路由两个相同的小灯泡L1、L2,自感线圈L,开关S和直流电源连接而成。已知自感线圈L的自感系数较大,且其直流电阻不为零。下列说法正确的是( )
A.通过自感线圈的电流越大,线圈的自感电动势越大
B.开关S闭合瞬间,L1和L2两灯泡都逐渐变亮
C.开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,L1和L2两灯泡都逐渐熄灭
D.开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,L1灯泡闪亮一下后逐渐熄灭,L2灯泡逐渐熄灭
5.(2023四川雅安期末)如图所示,A、B是两个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈,其直流电阻可忽略不计,则( )
A.S闭合瞬间,B灯立即亮,A灯缓慢亮
B.电路接通稳定后,A、B灯亮度相同
C.电路接通稳定后,断开S,A灯闪亮一下,随后逐渐熄灭
D.电路接通稳定后,断开S瞬间,b点的电势高于a点的电势
6.(2022山东沂南第一中学阶段练习)如图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路,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,将电路解体时应( )
A.先拆除电流表
B.先断开S1
C.先拆除哪个器件都可以
D.先断开S2
能力提升练
题组一 自感电路中电流大小、方向的判断
1.【经典题】(2023重庆第二十九中学期末)如图,灯泡的灯丝电阻为2 Ω,电源电动势为2 V,内阻不计,线圈的自感系数很大,先合上开关K,稳定后突然断开K,则下列说法正确的是( )
A.若线圈电阻很小,灯泡立即变暗再熄灭
B.若线圈电阻很小,灯泡会突然亮一下再熄灭
C.若线圈电阻为4 Ω,灯泡会闪亮一下再熄灭,且灯泡中电流方向与K断开前方向相反
D.若线圈电阻为4 Ω,灯泡会立即变暗再熄灭,且灯泡中电流方向与K断开前方向相同
2.(2023重庆外国语学校阶段测试)在如图所示的电路中,L为电阻很小的线圈,G1和G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表。当开关S闭合时,电流表G1、G2的指针都偏向右方,那么当开关S断开时,将出现的现象是( )
A.G1和G2的指针都立即回到零点
B.G1的指针立即回到零点,而G2的指针缓慢地回到零点
C.G1的指针缓慢地回到零点,而G2的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点
D.G2的指针缓慢地回到零点,而G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点
3.【多选题】(2023北京延庆统考)图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为自感线圈,A1、A2、A3为规格相同的灯泡。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的电阻值小于L1的电阻值
B.图1中,断开开关S1瞬间,流过A1的电流方向自右向左
C.图2中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等
D.图2中,闭合S2电路达到稳定时,变阻器R接入电路的电阻值等于L2的电阻值
题组二 自感现象中的图像问题
4.【经典题】(2023广东广州六中期中)如图所示的电路中,灯泡A、B电阻相同,自感线圈L的直流电阻跟灯泡电阻相同,在t1时刻将S断开,那么流过灯泡B的电流随时间变化的图像正确的是( )
5.【多选题】(2023北京第九中学月考)为演示断电自感现象,用小灯泡、带铁芯的自感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示的电路。闭合开关待电路稳定后,电路中两支路的电流分别为I1和I2。如图乙反映断开开关前后的一小段时间内电路中的电流随时间变化的关系。断开开关后( )
A.自感线圈所在支路的电流如曲线a所示
B.自感线圈所在支路的电流如曲线b所示
C.小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭
D.小灯泡逐渐变暗直至熄灭
题组三 含电容器或二极管电路中的自感现象
6.【经典题】(2021河南驻马店期末)如图所示的电路中,L为电感线圈,其电阻与电阻R相等,C为电容器,A、B为两灯泡,电源内阻r不可忽略,当开关S由闭合状态断开时( )
A.A灯立即熄灭
B.A灯突然闪亮一下再熄灭,c点电势比d点电势高
C.B灯无电流通过,不可能变亮
D.电容器立即充电,有电流从a点到b点流过B灯
7.【经典题】(2023河北邯郸期末)两个相同的小灯泡L1、L2和自感线圈L、电容器C、开关S、直流电源连接成如图所示的电路。已知自感线圈L的自感系数较大且直流电阻为零,电容器C的电容较大,下列判断正确的是( )
A.开关S闭合稳定后,L1灯泡一直亮着
B.通过自感线圈L的电流越大,线圈的自感电动势越大
C.去掉电容器C,开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,L1和L2灯泡均逐渐熄灭
D.开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,L1灯泡突然亮一下,然后熄灭,L2灯泡逐渐熄灭
8.(2023广东肇庆期末)利用如图所示电路可以演示自感现象,其中L是自感线圈,直流电阻为零,D1、D2是两个二极管(具有单向导电性,当正极电势高于负极电势时处于导通状态),a、b、c是三个灯泡。实验中通过开关的通、断过程演示自感现象。下列关于该实验现象的描述正确的是( )
A.接通开关S瞬间,a、b、c灯同时亮
B.接通开关S瞬间,b、c灯同时亮,a灯不亮
C.断开开关S瞬间,a、b、c灯同时熄灭
D.断开开关S瞬间,a、b灯亮,c灯熄灭
答案与分层梯度式解析
第二章 电磁感应
4 互感和自感
基础过关练
1.ABC
2.BD
3.D
4.C
5.C
6.D
1.ABC 两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象称为互感现象,A正确;之所以会在另一个线圈中产生感应电动势,是因为变化的电流产生变化的磁场,引起另一个线圈中的磁通量发生变化,发生电磁感应现象,选项B正确;收音机的“磁性天线”以及变压器均是利用互感原理工作的,也就是利用互感现象将能量由一个线圈传递到另一个线圈,选项C正确;互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间,会影响电路的正常工作,选项D错误。
2.BD 两个线圈之间没有导线相连,也能产生互感现象,选项A错误;互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈,选项B正确;互感现象不都是有益的,有时会影响电路的正常工作,选项C错误;变压器是利用互感现象制成的,选项D正确。
3.D 两个相距较近的线圈,当其中一个线圈中的电流发生变化时,就在周围空间产生变化的磁场,这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,即发生互感现象。要使这种影响尽量小,应采用选项D所示的安装位置才符合要求。因为通电线圈周围的磁场分布与条形磁铁的磁场分布类似,采用选项D所示的安装位置时,变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小。
4.C 通过自感线圈L的电流的变化率越大,线圈的自感电动势越大,和电流大小无关,A错误;开关S闭合瞬间,L1灯泡立刻变亮,而线圈中产生自感电动势阻碍电流的增大,L2灯泡逐渐变亮,B错误;开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小,此时线圈L与灯泡L1和L2组成回路,流过L1灯泡的电流并不比原来大,不会闪亮,由于能量损耗,回路中电流减小,L1和L2两灯泡都逐渐熄灭,C正确,D错误。故选C。
易混易错 断开S前,流过灯泡L1的电流由电源提供,断开S后,流过灯泡L1的电流由线圈L提供,只有流过灯泡L1的电流瞬间变大时,L1才会闪亮。
5.C S闭合的瞬间,通过L的电流几乎等于零,A、B灯立即亮,A错误;电路接通稳定后,L相当于导线,A灯被短路,A灯不亮,B灯发光,B错误;电路接通稳定后再断开S的瞬间,L中产生自感电动势阻碍电流的减小,线圈相当于电源,a是电源的正极,b是电源的负极,b点的电势低于a点的电势,线圈给A灯供电,A灯变亮了,然后逐渐熄灭,即A灯闪亮一下后逐渐熄灭,C正确,D错误。
6.D 若先断开开关S1或先拆除电流表,由于L的自感作用都会使L和电压表组成回路,原先L中有较大的电流通过,现在这个电流将通过电压表,可能会造成电表损坏,所以实验完毕应先断开开关S2。故选D。
能力提升练
1.B
2.D
3.BD
4.D
5.AC
6.D
7.D
8.D
1.B 稳定后突然断开K,线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小,与灯泡构成闭合回路,回路中电流方向是逆时针方向,灯泡中电流方向与断开K前的电流方向相反,D错误;若线圈电阻比灯泡电阻小,断开K前通过线圈的电流大于通过灯泡的电流,突然断开K,灯泡会闪亮一下再熄灭,A错误,B正确;若线圈电阻为4 Ω,比灯泡的电阻大,断开K前通过线圈的电流小于通过灯泡的电流,突然断开K,灯泡会逐渐熄灭,不会出现闪亮,C错误。故选B。
2.D
思路点拨
当开关闭合时,两表指针均向右方偏,说明电流表指针向电流流进的方向偏。当开关断开时,通过线圈L的电流变小,线圈L中产生自感电动势阻碍电流的减小,此时线圈L与电流表G1、G2组成回路,线圈L相当于电源,线圈中自感电流的方向与原电流的方向相同,使得G2的指针缓慢地回到零点,而通过G1的电流变为由左侧流进,G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点。故选D。
3.BD 图1中,断开开关S1瞬间,流过A1的原电流消失,线圈L1中产生自感电动势,阻碍其所在支路电流的减小,L1和A1组成新的回路,电流方向是顺时针方向,流过A1的电流自右向左,灯A1突然闪亮,说明开关S1断开前,通过L1支路的电流大于通过A1支路的电流,所以A1的电阻值大于L1的电阻值,A错误,B正确;图2中,闭合S2瞬间,线圈L2中产生自感电动势阻碍电流的增大,L2中电流与变阻器R中电流不相等,C错误;图2中,闭合S2,电路稳定时,规格相同的两灯A2与A3的亮度相同,说明两支路的电流相同,因此变阻器R接入电路的电阻值与L2的电阻值相同,D正确。故选B、D。
4.D 自感线圈L的直流电阻跟灯泡的电阻相等,当电路稳定时,通过灯泡A的电流是通过灯泡B的一半,在t1时刻将S断开,线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小,线圈L和灯泡A、B构成回路,电流沿逆时针方向,此刻电路中电流与稳定时流过灯泡A的电流相等,但流过灯泡B的电流与稳定时方向相反,并随着时间逐渐减小。故选D。
5.AC 断开开关后的一小段时间内,线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,通过线圈的电流方向不变,则自感线圈所在支路的电流如曲线a所示,A正确,B错误;由题图乙可知,断开开关前通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流,断开开关后,线圈产生自感电动势阻碍电流减小,线圈L相当于电源,与电阻R和灯泡组成回路,小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭,C正确,D错误。故选A、C。
方法技巧 处理自感问题的三点注意和三个技巧
6.D 当开关S由闭合变为断开时,线圈中产生自感电动势,与灯泡A和电阻R构成闭合回路放电,由于断开开关前流过线圈的电流大于流过灯泡A的电流,故灯泡A突然闪亮一下再缓慢熄灭,电流从d到c流过灯泡A,故d点电势比c点电势高,A、B错误;当开关S由闭合变为断开时,电容器两端的电压变大,故电容器充电,有充电电流,故灯泡B有电流通过,电流方向由a到b,C错误,D正确。故选D。
7.D 开关S闭合稳定后,L1灯泡被直流电阻为零的线圈L短路而熄灭,A错误;通过自感线圈L的电流变化率越大,线圈的自感电动势越大,B错误;去掉电容器C,开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,由于线圈的自感,L1灯泡闪亮一下后逐渐熄灭,L2灯泡立即熄灭,C错误;开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,由于线圈的自感作用,线圈与L1灯泡构成回路,所以L1灯泡闪亮一下,然后熄灭,由于电容器放电,L2灯泡逐渐熄灭,D正确。故选D。
8.D 接通开关S瞬间,D2导通,c灯立刻亮;D1不导通,b灯不亮;通过自感线圈L的电流缓慢增大,a逐渐变亮,A、B错误。断开开关S瞬间,线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小,此时线圈L相当于电源,通过线圈L的感应电流沿原方向,线圈L、a灯、b灯、二极管D1构成回路,D2不导通,a、b灯亮,c灯熄灭,C错误,D正确。故选D。
