2.4互感和自感 同步训练（word版含答案）

2.4互感和自感
一、选择题（共15题）
1．某同学为了验证自感现象，自己找来带铁芯的线圈（线圈的自感系数很大，构成线圈导线的电阻可以忽略）、两个相同的小灯泡A和B、开关和电池组，用导线将它们连接成如图所示的电路。经检查，各元件和导线均是完好的，检查电路无误后，开始进行实验操作。他可能观察到的现象是（　　）
A．闭合瞬间，B比A先亮 B．闭合瞬间，A、B一起亮
C．断开瞬间，A、B逐渐熄灭 D．断开瞬间，A比B先熄灭
2．如图所示是用于观察自感现象的电路，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与小灯泡的电阻R满足RL＜R.则在开关S断开瞬间，可以观察到
A．灯泡立即熄灭
B．灯泡逐渐熄灭，不会闪烁
C．灯泡有明显的闪烁现象
D．灯泡会逐渐熄灭，但不一定有闪烁现象
3．如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零．A和B是两个完全相同的灯泡，则下列说法中正确的有(　　)
A．当开关S闭合瞬间，A、B两灯同时亮，稳定后B灯亮度不变
B．当开关S断开瞬间，A、B两灯同时熄灭
C．当开关S断开瞬间，a点电势比b点电势低
D．当开关S断开瞬间，流经灯泡B的电流由a到b
4．如图所示是日光灯的电路图，日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法不正确的是（ ）
A．日光灯启动，利用了镇流器中线圈的自感现象
B．日光灯正常发光时，镇流器起着降压限流的作用
C．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作
D．日光灯正常发光后取下启动器，日光灯不能正常工作
5．2018年3月27日，华为、小米不约而同选在同一天召开发布会．发布了各自旗下首款无线充电手机．小米MIX2S支持7．5W无线充电，华为Mate Rs保时捷版则支持10W无线充电．下图给出了它们的无线充电的原理图．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．手机外壳用金属材料制作可以减少能量损耗
C．只要有无线充电底座，所有手机都可以进行无线充电
D．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
6．如图所示，灯泡与自感线圈并联，灯泡的电阻为R1，线圈的直流电阻为R2，且R1A．当断开K瞬间，灯突然亮一下然后才逐渐熄灭
B．当断开K瞬间，灯立刻熄灭
C．当K断开时，流过灯泡的电流方向仍为从左向右
D．当K断开时，流过灯泡的电流方向变为从右向左
7．右图为日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列说法正确的是
A．S1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光
B．S1 、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光
C．S3断开，接通S1、S2后， 再断开S2，日光灯就能正常发光
D．S1、S2、S3接通，日光灯就能正常发光
8．在如图所示的电路中，A和B是两个完全相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，线圈的直流电阻可以忽略不计。下列说法中正确的是（　　）
A．闭合开关S，A先亮，B后亮，最后一样亮
B．断开开关S，A和B都要延迟一会儿才熄灭
C．断开开关S，A立即熄灭，B闪亮一下再熄灭
D．断开开关S，流过B的电流方向向右
9．在如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关S时，A1和A2同时亮
B．断开开关S时，A2闪亮一下再熄灭
C．闭合开关S时，A2先亮，A1逐渐变亮
D．断开开关S时，流过A2的电流方向向左
10．如图所示的电路中，，，三灯亮度相同，电源为，的交流电源，以下叙述中正确的是（　　）
A．改接，的交流电源时，灯变暗，灯变亮，灯亮度不变
B．改接，的交流电源时，灯变亮，灯变亮，灯亮度不变
C．改接的直流电源时，灯熄灭，灯变亮，灯变暗
D．改接的直流电源时，灯熄灭，灯变亮，灯亮度不变
11．如图所示，三个相同的灯泡a、b、c和电阻不计的线圈L与内阻不计的电源连接，下列判断正确的是（　　）
A．K闭合瞬间，b、c两灯亮度不同 B．K闭合足够长时间后，b、c两灯亮度相同
C．K断开瞬间，a、c两灯立即熄灭 D．K断开之后，b灯突然闪亮，再逐渐变暗
12．演示自感现象的电路如图所示，L为电感线圈。闭合开关S，电路稳定时，两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关S时，A1、A2同时变亮
B．若断开开关，通过A2的电流从左向右
C．L的直流电阻与R的阻值相同
D．若断开开关，A1逐渐变暗，A2闪亮一下再逐渐变暗
二、多选题
13．如图所示，带铁芯的电感线圈的电阻与电阻器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示数小于A2示数
B．闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数
C．断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数
D．断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数
14．如图所示，A和B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数很大的线圈，电流稳定时其电阻与灯泡的电阻相等，开关闭合稳定后两灯泡均发光．则：（ ）
A．开关闭合时，A、B同时亮
B．开关闭合稳定后，A比B亮
C．开关断开时，A立即熄灭，B逐渐熄灭
D．开关断开时，A立即熄灭，B闪亮后再逐渐熄灭
15．如图所示，L1和L2为直流电阻可忽略的电感线圈，调节乙电路中的滑动变阻器使其阻值均不为零。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，随着电路稳定后，A1会逐渐熄灭
B．图甲中，闭合S1瞬间和断开S1瞬间，通过A1的电流方向相同
C．图乙中，断开S2瞬间，灯A3闪亮一下再缓慢熄灭
D．图乙中，断开S2瞬间，灯A2立刻熄灭
三、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．如图所示的电路中，L为自感线圈，R是一个灯泡，E是电源．当闭合S瞬间，通过灯泡的电流方向是________；当断开S瞬间，通过灯泡的电流方向是________．

18．如图所示，L是一带铁芯的自感线圈，其直流电阻为零，电路中A和B是二个完全相同的灯泡。当开关S闭合一段时间，电路稳定时，A灯_________（填“亮”或“不亮”），当开关S断开瞬间，a点电势比b点电势________（填“高”或“低”）。
19．如图所示，L是一个带铁芯的电感线圈，R为纯电阻，两条支路的直流电阻相等．A1和A2是完全相同的两个双偏电流表，当电流从“+”接线柱流入电流表时指针向右偏，反之向左偏．在开关K合上到电路稳定前，电流表A1的偏角________电流表A2的偏角，A1指针向________偏，A2指针向________偏；电路稳定后，再断开开关K，在断开K后的短时间内，A1的偏角________ A2的偏角，A1指针向________偏，A2指针向________偏．（选填“左”、“右”、“大于”、“等于”或“小于”）
四、解答题
20．如图所示的电路中，电流表的内阻不计，电阻R1＝2.5 Ω，R2＝7.5 Ω，线圈的直流电阻可以忽略。闭合开关S的瞬间，电流表读数I1＝0.2 A，当线圈中的电流稳定后，电流表的读数I2＝0.4 A，试求电池的电动势和内阻。
21．查阅资料，介绍一下日光灯的启动和工作原理。
22．如图所示，L是自感系数较大的一个线圈，电源的电动势为E=6V，开关S已闭合，当S断开时，在L中出现的自感电动势E′=100V，求此时a、b两点间的电势差。
23．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
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
AB．从实物图中我们可以看出两个小灯泡是间接并联关系，其中自感线圈和B灯泡串联，当闭合开关的瞬间，通过B的电流增大，自感线圈产生感应电流阻碍电路电流增大，所以B是逐渐亮起来，而A灯泡不受影响，所以A比B先亮，故AB错误；
CD．当断开开关的瞬间，电源电流减小，自感线圈要阻碍电流的减小，产生与原电流方向相同的感应电流，此时A、B串联构成回路，所以A、B灯泡是缓慢熄灭，故C正确，D错误。
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
试题分析：在开关S闭合时，通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流，所以在开关S由闭合到断开瞬间，通过线圈的电流将流过小灯泡，所以通过小灯泡的电流要突然增大，灯泡有明显的闪烁现象，选项C正确．
考点：自感现象
3．D
【解析】
【分析】
当电键S闭合时，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律判断感应电动势的方向和作用，分析哪个灯先亮．断开瞬间也可以按照同样的思路分析.
【详解】
A、电键S闭合瞬间，自感系数很大，线圈L对电流有阻碍作用很强，则相当于灯泡A与B串联，因此同时亮，且亮度相同，稳定后B被短路熄灭，故A错误；
B、C、D、稳定后当电键K断开后，A立刻熄灭，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源左端为高电势，与灯泡B构成闭合回路放电，流经灯泡B的电流是由a到b，所以a点电势比b点电势高，B闪一下再熄灭，故B、C错误，D正确．
故选D.
【点睛】
明确自感现象是特殊的电磁感应现象，应用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行理解，注意线圈的电阻不计是解题的关键.
4．D
【解析】
【详解】
镇流器在启动时，利用线圈的自感现象产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内，由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了，故日光灯正常发光后取下启动器，日光灯仍能正常工作，故ABC正确，不符合题意；D错误，符合题意。
故选D。
5．D
【解析】
【详解】
无线充电手机接收线圈部分工作原理是电磁感应，而非“电流的磁效应”，故A错误；手机外壳使用金属材料会屏蔽电磁波，导致无线充电不能完成，故B错误；不是所有手机都能进行无线充电，只有手机中有接受线圈时手机利用电磁感应，进行无线充电，故C错误；根据电磁感应原理，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中频率相同，故D正确．
6．D
【解析】
【分析】
【详解】
在K断开前，自感线圈L中有向右的电流，断开K后瞬间，R2的电流要减小，于是R2中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，但电流还是逐渐减小为零；原来跟R2并联的灯泡R1，由于电源的断开，向右的电流会立即消失。但此时它却与R2形成了串联的回路，R2中维持的正在减弱的电流恰好从灯泡R1中流过，方向由右经过灯泡到左侧；因此，灯泡不会立即熄灭，而是渐渐熄灭，灯泡中的电流的方向与原电流方向相反；由于 ，所以通过灯泡和线圈的电流关系为 ，通过小灯泡的电流不可能再增大，所以小灯泡不可能闪亮一下，而是先突然变得比原来暗，然后逐渐熄灭。
故选D。
7．C
【解析】
【详解】
S3断开，接通S1、S2后，让镇流器中有电流通过，再断开S2，让镇流器产生自感，产生瞬时高压，将日光灯导通，日光灯就能正常发光．答案选C．
8．B
【解析】
【详解】
A．线圈的自感作用阻碍电流的变化，闭合开关S时，流过A的电流逐渐变大，因此B先亮，A后亮，最后一样亮，A错误；
BCD．断开开关S时，由于线圈的自感作用阻碍电流的变化，流过线圈的电流逐渐减小，而自感线圈L、灯A、灯B重新构成新的回路，流过B的电流方向向左，因此A和B都要延迟一会儿才熄灭，B正确，CD错误。
故选B。
9．C
【解析】
【详解】
灯A1与电源串联，当电键S闭合时，灯A2立即发光．通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，A1逐渐亮起来．所以A2比A1先亮．由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，两灯电流相等，亮度相同．故A错误，C正确；稳定后当电键K断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡A1、A2构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于稳定后两个支路的电流是相等的，所以A2不会闪亮一下．故B错误；断开开关S时，流过L的电流逐渐减小，方向不变，所以流过A2的电流方向与开始相反，方向向右．故D错误．故选C.
10．D
【解析】
【详解】
AB．三个支路电压相同，当交流电频率变大时，电感的感抗增大，电容的容抗减小，电阻所在支路对电流的阻碍作用不变，所以流过灯泡所在支路的电流变大，流过灯泡所在支路的电流变小，流过灯泡所在支路的电流不变，故灯泡变亮，灯泡变暗，灯泡亮度不变，AB错误；
CD．改接的直流电源时，电容器隔直流，电感线圈通低频，所以灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变，C错误，D正确。
故选D。
11．D
【解析】
【详解】
A．由于线圈自感作用，阻碍电流变化，K闭合瞬间，流过线圈L的电流为零，b、c两灯串联后与a灯并联，因此K闭合瞬间，b、c两灯亮度相同，A错误；
B．K闭合足够长时间后，电路达到稳定状态，线圈自感作用消失，这时线圈相当于导线，将b灯短路，此时b灯熄灭，a、c两灯并联在电路中，亮度相同，B错误；
C．K断开瞬间，线圈L相当于电源，此时a、c两灯串联后与b灯并联，因此b灯会突然闪亮然后三个灯再逐渐变暗，C错误，D正确。
故选D
12．C
【解析】
【详解】
A．闭合开关S时，A2立即变亮；由于线圈的自感作用将阻碍电流的快速变大，使电流缓慢变大，所以与其串联的灯泡A1缓慢变亮，故A错误；
C．电路稳定时，两只完全相同的灯泡A1、A2亮度相同，说明L的直流电阻与R的阻值相同，故C正确；
BD．断开开关时，电路中的电流突然减小为零，线圈内将产生阻碍原电流减小的自感电流，即自感电流的方向与原电流方向相同；灯泡A1、A2所在的两个支路构成了一个闭合回路，自感电流通过灯泡A1、A2，通过A2时方向从右向左，随着自感电流的减小，两个灯泡同时熄灭，因两个灯泡之前电流相同，因此灯不会闪烁一下；故BD错误。
故选C。
13．AD
【解析】
【详解】
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正确，B错误；断开S瞬间，线圈电流变小，从而产生电动势，相当于电压会变小电源与电阻相串联，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正确；故选AD．
【点睛】
线圈电流增加，相当于一个电源接入电路，线圈左端是电源正极．当电流减小时，相当于一个电源，线圈左端是电源负极．
14．ABC
【解析】
【详解】
电键S闭合瞬间，线圈L对电流有阻碍作用，则相当于灯泡A与B串联，因此同时亮，且亮度相同，稳定后L分得B中的部分电流，则B变暗，此时A比B亮．故AB正确；稳定后当电键K断开后，A马上熄灭，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，因L的电阻与灯泡的电阻相等，则闭合稳定时L的电流和B的电流相等，故当电键断开后L与灯泡B构成闭合回路放电时，B灯不会闪亮，只是慢慢熄灭，故C正确，D错误；故选ABC.
点睛：对于自感现象，是特殊的电磁感应现象，应用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行理解，注意线圈的电阻与灯泡B的电阻大小关系决定断开后B是否闪亮．
15．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．图甲中，闭合S1，随着电路稳定后，L1相当于导线把A1给短路，故灯会逐渐熄灭，A正确；
B．图甲中，闭合S1瞬间电源提供的通过A1的电流方向向右，断开S1瞬间，L1提供的通过A1的电流方向向左，B错误；
CD．图乙中，由于L2电阻不计，稳定时流过A2的电流大于流过A3的电流，断开S2瞬间，L2中的电流逐渐减小，灯A2逐渐熄灭，L2中的电流流过灯A3，大于原来的电流，故A3会闪亮一下再缓慢熄灭，C正确，D错误。
故选AC。
16． 变化的磁场 本身 自感电动势
【解析】
【详解】
[1][2][3]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． A→B； B→A
【解析】
【详解】
如图，当闭合S瞬间，通过灯泡的电流方向是从A到B．当开关断开后，R灯中原来的电流消失．通过线圈的电流要减小，穿过线圈的磁通量减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知，线圈右端相当于电源的正极，左端相当于电源的负极，则通过灯R的电流方向由B到A．
【点睛】
本题中开关闭合的瞬间线圈中自感电动势阻碍其支路电流的增加；电键断开的瞬时，线圈相当于电源，组成新的回路；断开前后灯中电流方向相反，要根据楞次定律理解分析并加以记忆．
18． 不亮 低
【解析】
【详解】
[1]依题意知，当开关S闭合一段时间，电路稳定时，由于A灯与自感线圈并联，将被线圈短路，则A灯将不亮；
[2]当开关S断开瞬间，自感线圈产生自感电动势，将对A灯进行短暂供电，电流方向从b到a，所以a点电势比b点电势低。
19． 小于 右 右 等于 右 左
【解析】
【分析】
电路中有线圈，当通过线圈的电流发生变化时会产生感应电动势去阻碍线圈中电流变化．
【详解】
在开关K合上到电路稳定前，由于L的自感的影响，电流表A1的偏角 小于电流表A2的偏角，A1指针向 右偏，A2指针向 右偏；
电路稳定后，再断开开关K，在断开K后的短时间内，L与R、以及电流表A、B组成闭合回路，由于L阻碍电流的减小，所以A1的偏角 等于A2的偏角，A1指针仍然向右偏，A2指针的方向与原来相反，是向左偏．
【点睛】
线圈电流增加，相当于一个电源接入电路，线圈左端是电源正极．当电流减小时，相当于一个电源，线圈左端是电源负极．
20．3 V，5 Ω
【解析】
【详解】
闭合开关S的瞬间，R1和R2串联接入电路，由闭合电路欧姆定律得
电路稳定后，R2被短路，由闭合电路欧姆定律得
联立解得E＝3 V，r＝5 Ω
21．见解析
【解析】
【详解】
当开关接通220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电．辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触．电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路．灯丝很快被电流加热，发射出大量电子．双金属片自动复位，两极断开．在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端．灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动．在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离．在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。
22．-106V
【解析】
【详解】
当S断开后，线圈中出现的自感电动势阻碍原电流的减小，因此电动势方向与线圈中原电流方向相同，即L的右端电势高于左端电势，由于S断开时，a、b两点间断路，相当于电阻很大，所以整个回路中由电动势造成的电势差集中在a、b两点间，有
φb-φa=E＋E′=（6＋100）V=106V
即a点的电势比b点低106V。
23．（1）；（2）a.，b.；（3）见解析
【解析】
【分析】
【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
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页