2.4互感和自感课后练习-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

2.4互感和自感
一、选择题（共15题）
1．下面字母能表示自感系数单位的是（　　）
A．J B．H C．Wb D．L
2．在如图所示的电路中，开关闭合且稳定后流过自感线圈的电流是，流过灯泡的电流是，现将开关突然断开，能正确反映流过灯泡的电流在开关断开前后随时间变化关系的图像是（　　）
A．B．C． D．
3．三只完全相同的灯泡L1、L2、L3，电阻可忽略的电感L和理想二极管D按如图所示接入电路中。闭合开关S，让三只灯泡都正常发光，接着突然断开开关S，下列判断最有可能的是（　　）
A．L1、L2、L3均先变亮，然后逐渐熄灭
B．L1逐渐熄灭，L2、L3均先变亮，然后逐渐熄灭
C．L2、L3立即熄灭，L1逐渐熄灭
D．L2立即熄灭，L1、L3逐渐熄灭
4．如图电路中，P、Q两灯完全相同，电感线圈L的电阻不计，接通开关S则（ ）
A．P灯先亮，最后一样亮 B．Q灯先亮，最后一样亮
C．P、Q两灯同时亮 D．条件不足，无法判断
5．在如图所示电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零点在表盘中央的相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1指针偏向右方，那么当开关S断开时，将出现的现象是(　　)．
A．G1和G2指针都立即回到零点
B．G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点
C．G1指针缓慢回到零点，而G2指针先立即偏向右方，然后缓慢地回到零点
D．G1指针立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2指针缓慢地回到零点
6．如图所示，是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零，和是两个相同的小灯泡．下列对实验现象的预测合理的是（ ）
A．开关由断开变为闭合时，灯先亮灯后亮
B．开关由断开变为闭合时，、两灯同时亮
C．开关由闭合变为断开时，、两灯同时立即熄灭
D．开关由闭合变为断开时，、两灯都会延迟一会儿熄灭
7．如图所示的电路中，灯泡A1、A2的规格完全相同，与A1串联的自感线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是
A．接通电路后，A2先亮，A1后亮，最后A1比A2亮
B．接通电路后，A1和A2始终一样亮
C．断开电路时，A1和A2都过一会儿熄灭
D．断开电路时，A2立即熄灭，A1过一会儿熄灭
8．如图所示电路中，电源内电阻和线圈L的电阻均不计，K闭合前，电路中电流为I=E/2R．将K闭合时，线圈中的自感电动势：
A．方向与原电流方向相同
B．有阻碍电流作用，最后电流总小于I
C．有阻碍电流增大的作用，电流保持I不变
D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是要增大到2I
9．如图所示，A1、A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是
A．开关S接通时，A2灯先亮、A1灯逐渐亮，最后A1A2一样亮
B．开关S接通时，A1、A2两灯始终一样亮
C．断开S的瞬间，流过A2的电流方向与断开S前电流方向相反
D．断开S的瞬间，流过A1的电流方向与断开S前电流方向相反
10．在如图电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2是两个完全相同的灯泡，E是一内阻不计的电源，下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关S瞬间，灯泡D1、D2同时亮，且D2 的亮度大于D1
B．闭合开关S一段时间后，D1不亮、D2比刚闭合S时亮度大
C．断开开关S，经过D1的电流方向沿图示方向
D．断开开关S，D2闪亮一下
11．如图所示，L1和L2为直流电阻可忽略的电感线圈。A1、A2和A3分别为三个相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，闭合S1瞬间和断开S1瞬间，通过A1的电流方向不同
B．图甲中，闭合S1，随着电路稳定后，A1会再次亮起
C．图乙中，断开S2瞬间，灯A3立刻熄灭
D．图乙中，断开S2瞬间，灯A2立刻熄灭
12．为了演示接通电源的瞬间和断开电源的电磁感应现象，设计了如图所示的电路图，相同的A灯和B灯，线圈L的材料电阻的阻值RL与定值电阻R的电阻相等，下列说法正确的是（　　）
A．开关接通的瞬间，A灯的亮度小于B灯的亮度
B．通电一段时间后，A灯的亮度小于B灯的亮度
C．断开开关的瞬间，A灯和B灯立即熄灭
D．若满足RL13．如图所示，灯A、B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则（　　）
A．S闭合的瞬间，A、B同时发光，接着A变暗，B更亮，最后A熄灭
B．S闭合瞬间，A不亮，B立即亮
C．S闭合瞬间，A、B都不立即亮
D．稳定后再断开S的瞬间，B熄灭，A闪亮一下再熄灭
14．如图所示电路中，电源电动势为E，线圈L的电阻不计．以下判断正确的是 ( ) 　
A．闭合S瞬间，R1、R2中电流强度大小相等
B．闭合S，稳定后，R1中电流强度为零
C．断开S的瞬间，R1、R2中电流立即变为零
D．断开S的瞬间，R1中电流方向向右，R2中电流方向向左
15．如图所示为日光灯演示电路，灯管为40W，L为镇流器，B为启动器，D为“220V 100W”白炽灯泡，S1为普通拉线开关，S2为单刀双掷开关，S3为按钮开关(如门铃用的)，用该实验电路研究启动器B、镇流器L在电路中的作用，下列操作中，观察到的现象正确的是
A．令S2接a，S3不通，接通S1，则B启动后，灯管正常发光
B．灯管正常发光时，将S2由a迅速转接到b，灯管将不再正常发光
C．断开S1、S3，令S2接b，待灯管冷却后再接通S1，可看到B断续闪光，灯管却不能发光
D．断开S1，取下B，令S2接a，再接通S1，此时按下S3，接通几秒后迅速断开，灯管可正常发光
二、填空题
16．自感现象
当一个线圈中的电流变化时，它产生的___________不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈___________激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作___________。
17．如图所示的电路，当开关闭合时，小灯泡将_____（选填“逐渐”或“立刻”）变亮，这是由于_____电动势阻碍了电流的增大．当开关断开时，小灯泡将_____（选填“逐渐”或“立刻”）熄灭．
18．如图所示的电路。带铁芯的线圈L和小灯泡A串联接到电源E上。当开关S闭合时，小灯泡将______（选填“逐渐”或“立刻”）变亮；当开关断开时，小灯泡将_____（选填“逐渐”或“立刻”）熄灭。
19．图甲为某同学研究自感现象的实验电路图,用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流。电路中电灯的电阻R1=6.0 Ω，定值电阻R=2.0 Ω，AB间电压U=6.0 V。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1=1.0×10-3 s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示。则线圈L的直流电阻 RL=____；断开开关后通过电灯的电流方向为____(选填“向左”或“向右”)；在t2=1.6×10-3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小为____．
三、综合题
20．按照图连接电路。
（1）先闭合开关使灯泡发光，稳定后断开开关．观察并说明开关断开时灯泡的亮度。
（2）利用已学知识解释该现象。
21．图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起，构成一个闭合电路。在断开开关S的时候，弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C（连接工作电路）离开，而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。
(1)请解释：当开关S断开后，为什么电磁铁还会继续吸住衔铁一小段时间？
(2)如果线圈B不闭合，是否会对延时效果产生影响？为什么？
22．正得意呢，司机却把车停在了路边，跑到一个小超市买了一瓶水，回来系好安全带后才打火启动汽车，继续向前走。小明很奇怪，司机只是轻轻地一扭钥匙，汽油机就点火启动了，这是什么原理呢？小明立即用手机百度了一下，原来，电子点火器用到了刚学不久的自感现象！为了把原理说明白，小明设计了如下一个电路：如图所示，电池电动势为E、内阻可以忽略不计，L是一个匝数很多且有铁芯的线圈，其直流电阻为r，a、b之间的定值电阻阻值为R。然后小明设想了这样一组操作过程：先将开关S接通，电路稳定后，断开S，请你按小明的思路完成如下问题的分析：
（1）断开S瞬间，试确定通过定值电阻的电流大小和方向；
（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，试确定这个电源的电动势的大小；
（3）若R不是一个定值电阻，而是两个彼此靠近的金属电极，试说明断开S瞬间，两电极间产生电火花的原因。
23．一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。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
自感系数单位的是亨利H。
故选B。
2．A
【详解】
断开前，流过灯泡电流方向为向右，断开后，自感线圈为了阻碍电流的减小，产生一个同向的自感电动势，所以流过灯泡的电流方向向左，并且在断电瞬间，流过线圈的电流大小保持不变。
故选A。
3．D
【详解】
开关S从闭合状态突然断开时，原来通过L2和L3的电流立即消失；由于线圈L中产生自感电动势阻碍电流的减小，则在L1和L3中形成新的回路，使得L1、L3均逐渐变暗，由于L2的电路中的二极管由单向导电性，电流不能从右向左通过二极管，所以L2立即熄灭。
故选D。
4．A
【详解】
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P先亮，然后Q慢慢变亮，最后当电流稳定后，两灯一样亮，A正确
5．D
【详解】
当开关闭合时，两表指针均向右方偏，说明电流计指针向电流流进的方向偏．当开关断开时，通过线圈的电流变小，导致线圈中产生瞬间感应电动势，相当于一个瞬间电源，线圈左端是电源正极，产生自感电流的方向更原电流的方向相同，从而阻碍电流的变小，所以使得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，故ABC错误，D正确．
6．B
【详解】
AB．刚闭合时，电源的电压同时加到两灯上，、，同时亮，随着中电流增大，分流作用增大，由于细圈直流电阻可忽略不计，逐渐被短路，直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，灯更亮，故A错误，B正确；
CD．灯泡与线圈构成闭合回路，所以稳定后再断开开关后，灯泡变亮再逐渐熄灭，灯泡立即熄灭，故CD错误；
故选B。
7．C
【详解】
合上开关K接通电路，A2立即亮，线圈对电流的增大有阻碍作用，所以通过A1的电流慢慢变大，最后两灯泡的电压一样大，所以一样亮．故A B错误；断开开关K切断电路时，通过A2的用来的电流立即消失，线圈对电流的减小有阻碍作用，所以通过A1的电流会慢慢变小，并且通过A2，所以两灯泡一起过一会儿熄灭．故C正确，D错误．故选C．
8．D
【详解】
K闭合后，电阻R被短路，所以电路电流增大，故线圈产生自感，阻碍电流增大，所以产生的感应电动势和原电流方向相反，最后稳定后，还是要增大到2I，所以ABC错误D正确，
9．D
【详解】
AB、电路的结构是A1灯与线圈L并联，A2灯与电阻R并联，然后两部分串联，开关S接通时，由于两部分电路是串联关系，所以A1、A2灯同时亮；之后由于线圈的自感慢慢消失，线圈L的电阻可以忽略，灯A1短路，A1灯熄灭， A2变亮，故A、B错误；
CD、断开S的瞬间，A1灯与线圈构成闭合的自感回路，所以有电流流过A1灯，而没有电流流过A2灯，同时流过A1的电流方向与断开S前电流方向相反，故C错误，D正确；
故选D．
10．B
【详解】
AB．开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以、同时发光，且亮度一样，之后由于流过线圈的电流增大，则流过灯的电流逐渐增大，灯逐渐增大，而灯熄灭，故A错误，B正确；
C．断开开关S的瞬间，流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，产生的感应电流流过电灯，其方向与规定图示流过电灯的方向相反，故C错误；
D．断开开关S的瞬间，灯的电流突然消失，立即熄灭，故D错误；
故选B。
11．A
【详解】
A．图甲中，闭合电键的瞬间，流过灯泡A1的电流的方向向右；L1的为自感系数很大的自感线圈，则断开电键的瞬间，自感电动势将阻碍其电流的减小，所以流过L1的电流方向不变，所以流过灯泡A1的电流的方向与开始时是相反的，故A正确；
B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，灯泡A1短路，无电流，故B错误；
CD．图乙中，闭合S2电路中的电流稳定后两个灯泡都亮，断开S2瞬间，L2对电流减小有阻碍作用，此时L2与两个灯泡以及滑动变阻器组成闭合回路，所以A2、A3电流都逐渐减小，灯泡逐渐变暗，故CD错误。
故选A。
12．D
【详解】
A．开关接通的瞬间，L会产生自感电动势阻碍通过其电流的变化，从而使通过A灯的电流比通过B灯的电流大，所以A灯的亮度大于B灯的亮度，故A错误；
B．通电一端时间后，电路中电流稳定，L与R可视为等效的电路元件，此时通过A、B两灯的电流相等，所以A、B两灯的亮度相同，故B错误；
C．断开开关的瞬间，通过B灯的电流瞬间变为零，而L会产生自感电动势阻碍通过其电流的变化，此时L与A灯形成回路，使通过A灯的电流不会瞬间变为零，所以A灯过一段时间后熄灭，B灯立即熄灭，故C错误；
D．若RL＜R灯，则电路稳定时通过A灯的电流IA小于通过L的电流IL，开关断开瞬间，L会产生自感电动势阻碍通过其电流的变化，此时L与A灯形成回路，IA瞬间增至IL，从而使A灯闪亮一下再熄灭，故D正确。
故选D。
13．AD
【详解】
ABC．S接通的瞬间，L所在支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加。由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过A，所以A、B会同时亮。又由于L中电流逐渐稳定，感应电动势逐渐消失，线圈的电阻可忽略，对A起到“短路”作用，因此A最后熄灭。这个过程电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，B会比以前更亮，故A正确，BC错误；
D．稳定后S断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与A组成回路，A要闪亮一下再熄灭，B立即熄灭，故D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】
闭合S瞬间，电容器上产生充电电流，电感线圈阻碍原电流的增加，所以R1、R2中电流强度大小不等，R1上电流大些，A错．闭合S，稳定后，电感线圈将R1电阻短路，R1中电流强度为零，B对．断开S的瞬间，电感线圈阻碍原电流的减小跟R1构成通路，R1中电流方向向右，电容器放电跟R2构成通路，R2中电流方向向左，C错，D对
15．ACD
【详解】
AD：启动器B在电路中起自动开关作用，灯管启动后就不起作用了，故用按钮式开关S3来替代B，用“手控”的办法同样可以使灯管发光．故AD项正确．
B：灯管正常发光时，镇流器L起降压限流作用，完全可以用一个电阻来代替；则灯管正常发光时，将S2由a迅速转接到b，此时灯泡中的钨丝的电阻代替了镇流器，起到了降压限流作用，灯管仍能正常发光．故B项错误．
C：镇流器L在启动器中的双金属片断开瞬间可提供瞬时高压，该瞬时高压与电源电压加在一起可以达到灯管启动时所需要的高电压使灯管发光，而灯泡不能代替镇流器产生灯管启动需要的高电压，则用灯D代替镇流器L只会使启动器B断续闪烁，灯管不会启动．故C项正确．
综上答案为ACD．
16． 变化的磁场 本身 自感电动势
【详解】
当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。
17． 逐渐 自感 立即
【详解】
当电键K闭合时，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律判断灯泡的亮度变化．
解：当开关闭合时，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，线圈产生的感应电动势阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，A逐渐亮起来．当开关断开时，电路断开，线圈和灯泡不能构成回路，故电流立即为零，故小灯泡立刻熄灭．
故答案为逐渐；自感；立即
18．逐渐 立刻
【详解】
开关闭合瞬间，通过线圈的原电流瞬间增大，根据楞次定律可知线圈产生阻碍原电流变化的反向感应电流，随着原电流逐渐稳定，线圈产生的反向感应电流逐渐减小直至为0，所以小灯泡逐渐变亮；
开关断开时，小灯泡中电流立即为0，立刻熄灭。
19． 2Ω 向左 2.0V
【详解】
由图读出，开始时流过电感线圈L的电流，由欧姆定律，计算得出；
断开开关后，L中的电流从原来的数值逐渐减小，电流的方向不变,所以通过电灯L1中电流方向与原来的方向相反，是向左的；
由图读出，时刻线圈L的电流
线圈L此时是一个电源,由全电路欧姆定律
20．（1）灯泡逐渐熄灭；（2）见解析
【详解】
（1）灯泡逐渐熄灭．
（2）开关断开时，通过线圈L的电流减小，这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小，线圈中产生与原方向相同的电流，与灯泡构成闭合回路，所以灯泡不是马上熄灭，而是慢慢熄灭．
21．(1)因为线圈B中产生了电磁感应现象，从而产生延时作用；(2)线圈不闭合，则不会产生延时效果。
【详解】
(1)由题意可知，当S断开后，线圈A中磁场减弱，穿过线圈B的磁通量要减小，根据楞次定律可知，B中产生的感应电流的磁场阻碍原来磁通量的减小，导致穿过线圈B的磁通量减小变慢，产生有延时释放D的作用；
(2)如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果；
22．（1）断开S瞬间，通过定值电阻的电流大小为，方向向右；（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，这个电源的电动势的大小为；（3）见解析。
【详解】
（1）断开S前，通过L的电流为
方向向右。
由楞次定律可知，断开S后，L中的电流只能从原来的值逐渐减小，这个电流通过R，因此，断开S瞬间，通过R的电流大小为
方向向左。
（2）断开S瞬间，线圈L相当于电源，L和R构成的回路总电阻为（R+r），由闭合电路欧姆定律可知，L中产生的自感电动势大小为
E自=I（R+r）
代入，解得
（3）两靠近的金属电极间电阻极大，接近无穷大，根据E自=I（R+r）可知，断开S瞬间，L中产生的自感电动势很大，两个电极间的电压就会极高，因此极易击穿空气发生火花放电。
23．（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