2.5涡流现象及其应用 同步练习（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
2.5涡流现象及其应用 同步练习（解析版）
1．在如图所示的电路中，A1、A2为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，R为滑动变阻器，S为开关。闭合开关后，发现A1比A2亮。自感线圈L的直流电阻为RL，此时滑动变阻器接入电路的电阻为R0。下列说法正确的是
A．；断开开关S的瞬间，A2中的电流方向为
B．；断开开关S的瞬间，A2中的电流方向为
C．；断开开关S的瞬间，A2中的电流方向为
D．；断开开关S的瞬间，A2中的电流方向为
2．如图所示，L1、L2、L3是完全相同的灯泡，L为直流电阻可忽略的自感线圈，开关S原先接通，L2、L3处于稳定状态．当开关S断开时，下面说法正确的是（电源内阻忽略不计）（ ）
A．L1闪亮一下后熄灭
B．L2闪亮一下后熄灭
C．L2变暗一下后熄灭
D．L3闪亮一下后恢复原来的亮度
3．日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成，在日光灯正常工作的情况下，以下说法错误的是（　　）
A．灯管点亮发光后，启动器中两个触片是分离的
B．灯管点亮发光后，镇流器起降压限流作用使灯管在较低的电压下工作
C．镇流器维持灯管两端有高于电源的电压，使灯管正常工作
D．镇流器为日光灯的点亮提供瞬时高电压
4．如图所示，带铁芯的电感线圈的直流电阻与电阻器R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是（　　）
A．闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数
B．闭合S瞬间，电流表A1示数大于A2示数
C．断开S瞬间，电流表A1示数不变，电流表A2示数为0
D．断开S瞬间，电流经电流表A1的方向不变，流经A2方向改变
5．如图所示，L为一自感系数很大的电感线圈，ab支路和cd支路的电阻相等，则
A．刚合上开关S时，电流表A1的示数大于电流表A2的示数
B．刚合上开关S时，电流表A1的示数小于电流表A2的示数
C．断开开关S时，电流表A1的示数大于电流表A2的示数
D．断开开关S时，电流表A1的示数小于电流表A2的示数
6．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．
7．如图所示，三个相同的灯泡L1、L2、L3，电感线圈L的电阻可忽略，D为理想二极管．下列说法正确的是
A．闭合开关S的瞬间，L3立即变亮，L1、L2逐渐变亮
B．闭合开关S的瞬间，L2、L3立即变亮，L1逐渐变亮
C．断开开关S的瞬间，L2立即熄灭，L1先变亮一下然后才熄灭
D．断开开关S的瞬间，L2立即熄灭，L3先变亮一下然后才熄灭
8．如图所示，小明做自感现象实验时，连接电路如图所示，其中L是自感系数较大、电阻可不计的线圈，、是规格相同的灯泡，D是理想二极管。则（　　）
A．闭合开关S，逐渐变亮，然后亮度不变
B．闭合开关S，逐渐变亮，逐渐变暗
C．断开开关S，逐渐变暗至熄灭，变亮后再熄灭
D．断开开关S，变亮后再熄灭，一直不亮
9．如图所示，L是一带铁芯的理想电感线圈，其直流电阻为零。电路中A和B是二个相同的灯泡，A灯泡串接一个理想二极管D，则下列说法错误的是（　　）
A．开关S闭合瞬间，A灯不亮
B．开关S闭合瞬间，B灯泡立即亮
C．开关S断开瞬间，A灯泡闪亮一下后熄灭
D．开关S断开瞬间，a点电势低于b点电势
10．在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡a、b与自感系数很大的线圈L和定值电阻R组成如图所示的电路（线圈的直流电阻可忽略，电源的内阻不能忽略），关于这个实验下面说法中正确的是（　　）
A．闭合开关的瞬间，a、b一起亮，然后a熄灭
B．闭合开关的瞬间，b比a先亮，然后b逐渐变暗
C．闭合开关，待电路稳定后断开开关，b逐渐变暗，a闪亮一下然后逐渐变暗
D．闭合开关，待电路稳定后断开开关，a、b灯中的电流方向均为从左向右
11．利用线圈的自感现象，可以粗略地确定不同线圈的自感系数和直流电阻的大小关系，如图，、是两个不同的线圈，甲、乙是相同的灯泡，开始电键K断开，闭合电键K后看到甲灯比乙灯亮得快，但最终稳定时甲灯比乙灯暗，下列说法正确的是（　　）
A．自感系数较大，直流电阻亦较大
B．自感系数较大，但直流电阻较小
C．自感系数较小，直流电阻亦较小
D．自感系数较小，但直流电阻较大
12．某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈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，小灯泡正常发光；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。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　）
A．线圈的电阻偏大
B．小灯泡的额定电压偏大
C．电源的电动势偏小
D．线圈的自感系数偏小
13．如图所示的电路中，L为带铁芯的电感线圈，直流电阻不计，下列说法正确的是（　　 ）
A．合上S时，灯泡立即变亮 B．合上S时，灯泡慢慢变亮
C．断开S时，灯泡立即熄灭 D．断开S时，灯泡慢慢熄灭
14．如图所示电路中，L为一自感线圈，两支路电阻相等，则（　　）
A．闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数大于电流表A2的示数
B．闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数等于电流表A2的示数
C．闭合开关S时，稳定前电流表A1的示数小于电流表A2的示数
D．断开开关S时，稳定前电流表A1的示数等于电流表A2的示数
15．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
16．类比是研究问题的常用方法。
（1）情境1：物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（k为常量）的作用。其速率v随时间t的变化规律可用方程（①式）描述，其中m为物体质量，G为其重力。求物体下落的最大速率。
（2）情境2：如图1所示，电源电动势为E，线圈自感系数为L，电路中的总电阻为R。闭合开关S，发现电路中电流I随时间t的变化规律与情境1中物体速率v随时间t的变化规律类似。类比①式，写出电流I随时间t变化的方程；并在图2中定性画出I - t图线。
（3）类比情境1和情境2中的能量转化情况，完成下表。
情境1 情境2
物体重力势能的减少量
物体动能的增加量
电阻R上消耗的电能
17．一种探测气体放电过程的装置如图甲所示，充满氖气（）的电离室中有两电极与长直导线连接，并通过两水平长导线与高压电源相连。在与长直导线垂直的平面内，以导线为对称轴安装一个用阻值的细导线绕制、匝数的圆环形螺线管，细导线的始末两端c、d与阻值的电阻连接。螺线管的横截面是半径的圆，其中心与长直导线的距离。气体被电离后在长直导线回路中产生顺时针方向的电流I，其图像如图乙所示。为便于计算，螺线管内各处的磁感应强度大小均可视为，其中。
（1）求内通过长直导线横截面的电荷量Q；
（2）求时，通过螺线管某一匝线圈的磁通量；
（3）若规定为电流的正方向，在不考虑线圈自感的情况下，通过计算，画出通过电阻R的图像；
（4）若规定为电流的正方向，考虑线圈自感，定性画出通过电阻R的图像。
参考答案
1．B
【解析】
【分析】
根据灯泡亮度结合欧姆定律判断电阻的大小；根据线圈的自感分析电流方向。
【详解】
根据题意可知，闭合开关后，发现A1比A2亮，说明通过A1的电流强度大于通过A2的电流强度，根据欧姆定律可知R0＞RL；此时通过A1的电流方向向右；
断开开关S的瞬间，由于线圈的自感，使得A2中的电流方向为b→a，故ACD错误，B正确。
故选：B。
【点睛】
本题考查了自感线圈对电流发生变化时的阻碍作用，知道自感线圈的电流增大瞬间相当于断路，减小瞬间相当于电源，稳定后相当于短路。
2．D
【详解】
A. S接通L1被短路，S断开后L1和L2串联与电源形成回路，L1会发光，故A错误；
BC. L2先是与L3并联在电源两端，S断开后与L1串联，两端电压变小，亮度会降低但不会熄灭，故BC错误；
D. L3由于跟自感线圈串联，开关S原先接通，流经线圈的电流
S断开瞬间线圈跟L3形成串联，由于自感作用会使L3闪亮，待稳定后L3两端电压恢复到原来大小，亮度也恢复到原来的亮度，故D正确；
3．C
【详解】
A．电路正常发光后，启动器中的氖气停止放电，U型片装冷却收缩，两个触片分离，所以A正确，不符合题意；
BC．灯管点亮发光后，镇流器起降压限流作用使灯管在较低的电压下工作，所以B正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．镇流器在启动瞬间产生高压，使气体电离导电，所以D正确，不符合题意；
故选C。
4．D
【分析】
闭合S瞬间，由于线圈的电流变大，导致其产生电动势，从而阻碍电流的变大，所以电流表A1示数小于A2示数，故A B错误；断开S瞬间，线圈电流变小，从而产生电动势，相当于电源与电阻相串联，由于两电流表串联，所以电流表A1示数等于A2示数；此时A1中的电流的方向不变，仍然是从左向右，而A2中的电流则是从右向左，二者电流的方向相反．故C错误，D正确．所以D正确，ABC错误．
【详解】
5．B
【详解】
AB．闭合S瞬间，由于线圈的电流变大，导致其产生自感电动势，从而阻碍电流的变大，所以电流表A1示数小于A2示数，故A错误，B正确；
CD．断开S瞬间，线圈电流变小，从而产生自感电动势，相当于电压会变小的电源与电阻相串联，由于两电流表串联，所以电流表A1示数等于A2示数，故C错误，D错误；
6．A
【详解】
AB．与线圈串联，断开S瞬间，流过线圈的电流不变，电感线圈产生与流过它的电流同向的感应电动势，电动势慢慢变小，则电流慢慢变小，且变小得越来越慢， B错误A正确；
CD．S断开的瞬间，流过的电流反向，之后电流逐渐减小，CD错误。
故选A。
7．B
【详解】
AB、闭合开关S瞬间，因二极管来说具有单向导电性，所以L2与二极管处于通路，导致灯泡L2立刻亮，而在闭合开关S瞬间，因线圈L的电流的变化，导致阻碍灯泡L1的电流增大，导致灯泡L1将慢慢变亮，L2、L3均立即变亮，故A错误；B正确；
CD、断开开关S的瞬间，因二极管的导通方向与电流方向相反，则L2立即熄灭，线圈L与灯泡L1、L3构成回路，因线圈产生感应电动势，所以灯泡L1、L3均先变亮一下然后逐渐变暗，熄灭，故CD错误；
故选B．
【点睛】
记住自感线圈对电流突变时的阻碍：闭合开关瞬间L相当于断路，稳定后L相当于一段导线，断开瞬间L相当于电源，注意二极管的单向导通性．
8．C
【详解】
AB．闭合开关S，由于线圈的自感电动势使逐渐变亮，稳定时亮度不变，因为二极管的单向导电性，没有电流通过而不亮，所以AB错误；
CD．断开开关S，由于线圈的自感电动势使逐渐变暗至熄灭，与组成一回路，并且二极管加了正向电压有电流通过，则变亮后再熄灭，所以C正确；D错误；
故选C。
9．B
【详解】
AB．开关S闭合瞬间，电感线圈相当于断路，二极管不导通，则此时A、B灯都不亮，故A正确，不符合题意；B错误，符合题意；
CD．稳定后，电感线圈相当于导线，所以B灯亮，A灯不亮，开关S断开瞬间，电感线圈中电流减小，则产生自感电动势，由楞次定律可知，b端相当于电源正极，此时二极管正向导通，电感线圈与二极管，A灯组成回路，则A灯闪亮一下后熄灭，且a点电势低于b点电势，故CD正确，不符合题意。
故选B。
10．B
【详解】
AB．闭合开关的瞬间，线圈中产生很大的自感电动势，阻碍电流的通过，故b立即亮，a逐渐变亮。随着a中的电流逐渐变大，流过电源的电流也逐渐变大，路端电压逐渐变小，故b逐渐变暗，故A错误，B正确；
C．电路稳定后断开开关，线圈相当于电源，对a、b供电，回路中的电流在原来通过a的电流的基础上逐渐变小，故a逐渐变暗，b闪亮一下然后逐渐变暗，故C错误；
D．断开开关后，线圈中的自感电流从左向右，a灯中电流从左向右，b灯中电流从右向左，故D错误；
故选B。
11．D
【详解】
由图知甲灯与串联，乙灯和串联，两部分电路并联;闭合电键K后看到甲灯比乙灯亮得快，说明自感系数更小;最终稳定时甲灯比乙灯暗，说明该支路电流更小，直流电阻更大，故D正确，ABC错误。
故选D。
12．A
【详解】
图中的电路是一个灯泡与电感线圈并联再与电源、开关串联起来的电路，当小灯泡正常发光时，通过灯泡和电感线圈中都有电流，当开关断开时，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象，说明开关断开后，通过小灯泡的电流也没有显著增大，这是因为原来通过电感线圈的电流小于灯泡的电流，当断电后，电感最多会产生原来通过自己的等大的电流，故造成小灯泡未闪亮的原因是线圈的电阻偏大的缘故。
故选A。
13．BC
【详解】
AB．如图所示的电路中，因为L为带铁芯的电感线圈，当合上S时，线圈L的磁通量变大，产生自感电动势，线路中电流逐渐变大，导致灯泡慢慢变亮，A错误，B正确；
CD．当断开S时，线圈L的磁通量变小，产生自感电动势，但由于线路处于断路，，线路中没有电流，导致灯泡立即熄灭，C正确，D错误。
故选BC。
14．CD
【详解】
ABC．闭合开关S时，导致线圈中电流增加，则产生反感电动势，从而阻碍电流的增加，所以稳定前电流表A1的示数小于A2的示数，故AB错误，C正确；
D．断开开关S时，导致线圈中电流减小，则产生反感电动势，从而阻碍电流的减小，则线圈与电阻串联构成一个新电路，所以稳定前电流表A1的示数仍等于A2的示数，故D正确。
故选CD。
15．BC
【详解】
当开关S由断开变为闭合时，电流瞬间从零到有，电流增加，L要产生阻碍电流增加的反方向感应电流，稳定后L中的反方向感应电流消失，所以处于干路中的传感器2的电流经过一短时间才电流增加到最大，当开关由闭合变为断开时，L中的电流瞬间减小，所以会产生电流减小的同方向的感应电流，L与与其并联的电阻形成回路，所以传感器2中的电流逐渐减小，通过电阻的电流方向和原来的电流方向相反，所以选BC
16．（1）；（2）a.，b.；（3）见解析
【详解】
（1）当物体下落速度达到最大速度时，加速度为零，有
得
（2）a.由闭合电路的欧姆定理有
b.由自感规律可知，线圈产生的自感电动势阻碍电流，使它逐渐变大，电路稳定后自感现象消失，I - t图线如答图2
（3）各种能量转化的规律如图所示
情境1 情境2
电源提供的电能
线圈磁场能的增加量
克服阻力做功消耗的机械能
17．（1）；（2）；（3）见解析；（4）见解析
【详解】
（1）由电量和电流的关系可知图像下方的面积表示电荷量，因此有
代入数据解得
（2）由磁通量的定义可得
代入数据可得
（3）在时间内电流均匀增加，有楞次定律可知感应电流的方向，产生恒定的感应电动势
由闭合回路欧姆定律可得
代入数据解得
在电流恒定，穿过圆形螺旋管的磁场恒定，因此感应电动势为零，感应电流为零，而在时间内电流随时间均匀变化，斜率大小和大小相同，因此电流大小相同，由楞次定律可知感应电流的方向为，则图像如图所示
（4）考虑自感的情况下，线框会产生自感电动势阻碍电流的变化，因此开始时电流是缓慢增加的，过一段时间电路达到稳定后自感消失，电流的峰值和之前大小相同，在时间内电路中的磁通量不变化电流要减小为零，因此自感电动势会阻碍电流的减小，使得电流缓慢减小为零。同理，在内电流缓慢增加，过一段时间电路达到稳定后自感消失，在之后，电路中的磁通量不变化电流要减小为零，因此自感电动势会阻碍电流的减小，使得电流缓慢减小为零。图像如图