2.4互感和自感 自主提升过关练

2.4互感和自感 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．用电流传感器（相当于电流表，其电阻可以忽略不计）研究通电自感现象的电路如图甲所示。电阻的阻值是R，多匝线圈L中未插入铁芯，电源电动势为E，L的电阻和电源的内阻均可忽略。闭合开关S，传感器记录了电路中电流i随时间t变化的关系图像，如图乙中曲线①所示。如果改变某一条件，其他条件不变，重复实验，可以得到图乙中曲线②。改变的条件可能是（ ）
A．线圈L中插入铁芯 B．增大E C．增大R D．减小R
2．下列说法正确的是（　　）
A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度不一定为零
B．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，数值上等于把单位电荷量的负电荷从电源正极移动到电源负极非静电力做的功
C．运动电荷在磁场中某处不受洛伦兹力作用则该处的磁感应强度一定为零
D．自感系数与线圈的匝数、是否有铁芯和电流的变化率有关
3．如图所示的电路中，灯泡、的规格完全相同，自感线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是（　　）
A．当接通电路时先亮，后亮，最后比亮
B．当接通电路时和始终一样亮
C．当断开电路时和都过一会儿熄灭
D．当断开电路时立即熄灭，过一会儿熄灭
4．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
5．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．开关S闭合时，c灯立即亮，a、b灯逐渐变亮
B．开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮
C．开关S断开时，a灯立即熄灭，b、c灯逐渐熄灭
D．开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
6．如图所示的电路中，为三盏完全相同的灯泡，是自感线圈，线圈的阻值不可忽略．则下列说法正确的是（　　）
A．合上开关后，三盏灯同时亮起来
B．合上开关后，灯先亮起来，两盏灯后亮起来
C．断开开关后，三盏灯逐渐熄灭
D．断开开关后，灯先熄灭，接着两盏灯逐渐熄灭
7．如图所示的电路中，A、B是规格相同的灯泡，L是自感系数较大、电阻可以忽略不计的线圈，电源电动势E不变。下列说法正确的是（　　）
A．合上S，电流稳定后A、B亮度相同
B．合上S的瞬间，B先亮，A逐渐变亮
C．电流稳定后断开S的瞬间，A、B均立即熄灭
D．电流稳定后断开S的瞬间，A闪亮后逐渐熄灭，B立即熄灭
8．自感电动势是在自感现象中产生的感应电动势，它的大小由导体本身（自感系数L）及通过导体的电流改变快慢程度共同决定，若用国际单位制中的基本单位表示自感系数L的单位H，正确的是（　　）
A．kg·m2·A-2·s-2 B．kg·m2·A-2·s-3
C．kg·m·A-2·s-2 D．m2·kg·s-3·A-1
9．如图所示的电路中，三个灯泡、、的电阻相等（且不考虑温度对电阻的影响），电感L的电阻可忽略，D为理想二极管。电源内阻不可忽略，下列说法中正确的是（　　）
A．S闭合瞬间，、、均立即变亮，然后逐渐变暗
B．S闭合瞬间，逐渐变亮，、均立即变亮，后亮度稍有下降，稳定后三个灯泡亮度相同
C．S从闭合状态突然断开时，、、均逐渐变暗
D．S从闭合状态突然断开时，、、均先变亮，然后逐渐变暗
10．如图所示的电路中，、是完全相同的灯泡，线圈的自感系数较大，它的电阻与定值电阻相等。下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关时，先亮、后亮，最后它们一样亮
B．闭合开关后，、始终一样亮
C．断开开关时，、都要过一会才熄灭
D．断开开关时，立刻熄灭、过一会才熄灭
11．无线充电是近年发展起来的新技术。如图所示，该技术通过交变磁场在发射线圈和接收线圈间传输能量。内置接收线圈的手机可以直接放在无线充电基座上进行充电，下列关于无线充电的说法正确的是（　　）
A．在充电过程中没有电能损失
B．无线充电基座可以用直流电源供电
C．无线充电过程主要利用了电磁感应原理
D．无线充电基座可以对所有手机进行无线充电
12．物理课上，老师做了一个奇妙的“自感现象”实验。按如图所示连接电路，先闭合开关S，电路稳定后小灯泡A正常发光，然后断开开关S，同学们发现小灯泡A闪亮一下再熄灭。已知自感线圈L的直流电阻为RL，小灯泡A正常发光时电阻为RA。下列说法中正确的是（　　）
A．RL>RA
B．RL=RA
C．断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为a→b
D．断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为b→a
13．如图所示，电路为演示自感现象的实验电路。实验时，先闭合开关S，稳定后设通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡L1的电流为I2，小灯泡处于正常发光状态，迅速断开开关S，则可观察到灯泡L1仍发光一小段时间后才熄灭。在灯L1仍发光的一小段时间中，下列判断正确的是（　　）
A．线圈L中电流I1逐渐减为零
B．线圈L两端a端电势高于b端
C．小灯泡L1中电流由I1逐渐减为零，方向与I2相反
D．小灯泡L1中电流由I2逐渐减为零，方向不变
14．如图甲、乙电路中，电阻R、电感线圈L的电阻均和灯泡A的电阻相等。关于灯泡的亮、暗变化情况，下列说法中正确的是（　　）
A．在电路甲中，闭合开关S后，A灯将逐渐变亮
B．在电路乙中，闭合开关S后，A灯将逐渐变亮
C．在电路甲中，断开开关S后，A灯将先变得更亮，然后逐渐变暗
D．在电路乙中，断开开关S后，A灯将先变得更亮，然后逐渐变暗
15．手机无线充电利用了电磁感应原理。如图1所示，充电基座内的送电线圈接入正弦式电流，会激发周期性变化的磁场，手机中安装有受电线圈，二者距离很近时，受电线圈会感应出交变电流，利用二极管整流和滤波电路处理，最终输出恒定的直流电为手机电池充电。图2中甲、乙分别是手机中受电线圈经二极管整流前后电压与时间的关系图象。下列说法正确的是（　　）
A．手机离充电基座远一些，图2乙电压的峰值减小
B．受电线圈的电压达到最大时，受电线圈回路的磁通量也达到最大
C．若仅减小送电线圈中磁通量变化的周期，则图2甲中的电压峰值减小
D．若仅减小送电线圈磁通量变化的频率，每个电流变化周期内通过手机电池的电荷量可能不变
二、解答题
16．如图所示，先闭合S，调节R2使A1、A2的亮度相同，再调节R1，使A1、A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S，观察两只灯泡在电路接通瞬间的发光情况有什么不同？根据楞次定律分析该现象产生的原因．
17．在探究自感现象的实验中，为了使现象明显，要选择电阻值比灯泡A灯丝的电阻小得多的线圈。请分析这样做的原因。
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参考答案
1．A
【解析】
【详解】
A．若线圈中插入铁芯，线圈自感系数增大，自感现象延长，所以若线圈中插入铁芯，上述过程中电路中电流达到稳定值经历的时间大于曲线①的时间，A正确；
BD．若增大E或减小R，则电路稳定后的Im应增大，而乙图中的Im没有发生改变这说明二者没有发生对应的改变，BD错误；
C．若增大R，则电路稳定后的Im应减小，而乙图中的Im没有发生改变这说明R没有发生对应的改变，C错误。
故选A。
2．B
【解析】
【详解】
A．由电场力可知，电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度一定为零，故A错误；
B．电动势的定义式，反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，数值上等于把单位电荷量的负电荷从电源正极移动到电源负极非静电力做的功，故B正确；
C．由可知，运动电荷在磁场中某处不受洛伦兹力作用，可以是该处的磁感应强度为零，或速度与磁感应强度平行，故C错误；
D．自感系数与线圈的匝数、是否有铁芯有关，与电流的变化率无关，故D错误。
故选B。
3．C
【解析】
AB. 当闭合S时，A2立即亮，而自感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，由于自感线圈L的电阻可以忽略，最后两灯泡的电压一样大，所以一样亮，AB错误；
CD. 当断开S时，通过A2的原来的电流立即消失，由于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，D错误，C正确。
故选C。
4．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。
5．D
【解析】
【详解】
A．开关S闭合时，b、c灯立即亮，因为线圈产生自感，会阻碍该支路电流的增大，所以a灯逐渐亮，A错误；
B．开关S闭合，电路稳定后，因L的直流电阻忽略不计，则a与b并联，三个灯泡都有电流流过，a、b、c灯都亮，B错误；
CD．开关S断开时，c灯立即熄灭，线圈及b、a灯构成回路，线圈产生自感以阻碍电流减小，b、a灯逐渐熄灭，C错误，D正确；
故选D。
6．D
【解析】
【详解】
AB．合上开关后，因线圈L的电流增大，磁通量增大，产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势阻碍电流的增大，通过c灯的电流逐渐增大，所以a、b先亮，c后亮，故AB错误；
CD．合上开关一会儿后，因线圈有电阻，则当电路中电流稳定时，c的电流小于b的电流；断开开关后，a因回路被断而立刻熄灭，因自感线圈L的电流减小出现自感现象，从而阻碍回路的电流减小，由于自感线圈L、灯泡c、灯泡b组成回路，则b、c两盏灯电流会从c灯原来的电流上逐渐减小，最后熄灭，而两灯都不会出现闪亮，故C错误D正确。
故选D。
7．D
【解析】
【详解】
AB．合上S的瞬间，由于线圈产生自感电动势，电流同时流过灯泡A、B，则两灯同时亮，电流稳定后，由于线圈电阻不计，则灯A被短路，熄灭，故AB错误；
CD．电流稳定后断开S的瞬间，由于线圈产生自感电动势，且与灯A组成回路，所以A闪亮后逐渐熄灭，B立即熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
8．A
【解析】
【分析】
【详解】
根据
可得
则H的单位是
故选A。
9．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．开关S闭合瞬间，L2、L3均立即变亮，L1的电路中由于线圈对电流的阻碍作用，会逐渐亮，随L1的电路中电流的增大，路端电压减小，L2、L3亮度稍有下降，稳定后L2、L3亮度相同，故A错误；B正确；
CD．开关S从闭合状态突然断开时，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CD错误。
故选B。
10．C
【解析】
【分析】
【详解】
AB．线圈的自感系数较大，阻抗也很大，闭合开关S的瞬间， 先亮、后亮，电流稳定后，它们一样亮，AB错误；
CD．断开开关S时，线圈的磁场能转化为电能，线圈相等于电源，线圈、两个灯泡和电阻R形成一个闭合回路，两个灯泡会继续发亮，直到线圈的磁场能消耗完毕才熄灭，D错误，C正确。
故选C。
11．C
【解析】
【详解】
A．在充电过程中线圈会产生焦耳热，会有电能损失，故A错误；
B．无线充电基座产生的是交变磁场，所以必须用交流电源供电，故B错误；
C．发射线圈产生的交变磁场使接收线圈中的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，所以无线充电过程主要利用了电磁感应原理，故C正确；
D．无线充电基座只能对配备接收线圈的手机进行无线充电，故D错误。
故选C。
12．D
【解析】
【详解】
AB．稳定时，灯泡A与线圈L并联，故两者电压相等，通过线圈的电流为，通过小灯泡的电流为，由于稳定后开关S再断开，小灯泡闪亮一下，这是因为线圈产生的自感电动势阻碍电流的减小，这时线圈相当于电源，通过小灯泡的电流突然增大到原来线圈的电流，所以可以判断，结合欧姆定律可知，线圈L的电阻小于灯泡A的电阻，AB错误；
CD．在断开开关瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈相当于电源，线圈右端为电源正极，则灯泡中的电流为为，C错误，D正确。
故选D。
13．AC
【解析】
【详解】
A．迅速断开开关S时，线圈中电流开始减小，磁通量开始减小产生自感电动势，阻碍原电流的减小，则线圈L中电流I1逐渐减小为零。故A正确。
B．迅速断开开关S时，线圈产生自感电动势，相当于电源，b端相当正极，a相当于负极，b端电势高于a端。故B错误。
CD．迅速断开开关S时，灯泡中原来的电流I2突然减小到零，线圈产生的感应电流流过灯泡，所以灯泡L1中电流由Il逐渐减为零，方向与I2相反，故C正确，D错误。
故选AC。
14．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．在电路甲中，闭合开关S瞬间，L中电流要增大，就会产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以电路甲中，闭合开关S后，灯泡将逐渐变亮，A正确；
B．在电路乙中，闭合开关S瞬间，A灯将立即变亮，B错误；
C．在电路甲中，断开开关时，L中电流要减小，就会产生自感电动势，相当于电源，自感电动势阻碍电流的减小，由于灯泡中的电流从原先的值开始逐渐减小，所以灯泡不会先变得更亮，C错误；
D．在电路乙中，开关断开时，L相当于电源，由于L中原来的电流大于灯泡中原来的电流，则灯泡将先变得更亮，然后逐渐变暗，D正确。
故选AD。
15．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．由
可知，手机离充电基座远一些，穿过受电线圈的磁通量减少，磁通量的变化率减小，感应电压的峰值减小，故A正确；
B．受电线圈是通过电磁感应获得电压的，感应电动势与磁通量的变化率成正比，送电线圈电流按正弦规律变化，受电线圈磁通量按正弦规律变化，当磁通量为时，磁通量的变化率最大，受电线圈的感应电动势最大，故B错误；
C．由电磁感应原理可知，送电线圈磁通量变化的周期等于受电线圈中磁通量变化的周期，周期减小，则送电线圈和受电线圈中的磁通量变化率的“最大值”均增加，则由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的“最大值”增大，图2甲，乙中的电压峰值均增大，故C错误；
D．闭合回路中感应电动势的平均值
电流的平均值为
则通过受电线圈电路的电荷量
可见在频率变化对整流、滤波电路无影响的情况下，每个周期内通过手机电池的电荷量只与线圈匝数、磁通量的变化量及电路中的电阻大小有关，与磁通量的变化频率无关，则每个电流变化周期内通过手机电池的电荷量不变，故D正确。
故选AD。
16．见解析
【解析】
【分析】
【详解】
现象：灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来．
原因：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间．
17．见解析
【解析】
【详解】
选择电阻值比灯泡A灯丝的电阻小得多的线圈，根据串并联关系可知，通过灯丝的电流远小于线圈，开关松开后瞬间，由于自感，通过灯丝的电流瞬间变大得多，这样灯亮的程度有较大的变化，方便观察。
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