2.5自感现象与日光灯同步训练（Word版含答案）

2.5自感现象与日光灯
一、单选题
1．如图所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是（　　）
A．S闭合后，A、B同时发光且亮度不变
B．S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭
C．S断开的瞬间，A、B同时熄灭
D．S断开的瞬间，A再次发光，然后保持亮度不变
2．制造电阻箱时，要用双线绕法，如图所示。当电流变化时双线绕组（　　）
A．回路中一定有自感电动势产生 B．回路中一定没有自感电动势产生
C．螺旋管内磁场发生变化 D．穿过螺旋管的磁通量发生变化
3．如图所示，L是一带铁芯的理想电感线圈，其直流电阻为0，电路中A、B是两个完全相同的灯泡，与A灯泡串接一个理想二极管D，则
A．开关S断开瞬间，B灯泡逐渐熄灭，A灯泡立即熄灭
B．开关S断开瞬间，A灯泡逐渐熄灭，B灯泡立即熄灭
C．开关S闭合瞬间，A、B灯泡同时亮
D．开关S闭合瞬间，A灯泡先亮
4．如图所示是研究自感通电实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合电键调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开电键S。重新闭合电键S，则（　　）
A．闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮
B．闭合瞬间，A2立刻变亮，A1逐渐变亮
C．稳定后，L和R两端电势差一定不相同
D．稳定后，A1和A2两端电势差不相同
5．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
6．用电阻丝绕制标准电阻时，常在圆柱陶瓷上用如图所示的双线绕制方法绕制，其主要目的是（　　）
A．制作无自感电阻 B．增加电阻的阻值 C．减少电阻的电容 D．提高电阻的精度
7．如图所示，电源的电动势为E，内阻r不能忽略，A、B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈。关于这个电路的以下说法正确的是（　　）
A．开关闭合到电路中电流稳定的时间内，A灯立刻亮，而后逐渐变暗，最后亮度稳定
B．开关闭合到电路中电流稳定的时间内，B灯立刻亮，而后逐渐变暗，最后亮度稳定
C．开关由闭合到断开瞬间，A灯闪亮一下再熄灭
D．开关由闭合到断开瞬间，电流自左向右通过B灯
8．在如图所示的电路中，A1和A2是两个完全相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，电阻不可忽略。下列说法中正确的是（　　）
A．断开开关S时，A2闪亮一下再熄灭
B．断开开关S时，A1和A2都立即熄灭
C．断开开关S时，流过A2的电流方向向右
D．合上开关S时，A2先亮，A1后亮，最后亮度不一样
9．如图所示电路为演示自感现象的电路图，其中为定值电阻，电源电动势为、内阻为，小灯泡的灯丝电阻为（可视为不变），电感线圈的自感系数为、电阻为．电路接通并达到稳定状态后，断开开关，可以看到灯泡先是“闪亮”（比开关断开前更亮）一下，然后才逐渐熄灭．为了观察到断开开关时灯泡比开关断开前有更明显的“闪亮”现象，下列措施中一定可行的是（ ）
A．撤去电感线圈中的铁芯，使减小
B．更换电感线圈中的铁芯，使增大
C．更换电感线圈，保持不变，使增大
D．更换电感线圈，保持不变，使减小
10．如图所示，电源是两节普通1号干电池串联组成，电池组内阻约为0.2Ω，D是额定电压为2.5V、额定电流为0.3A的手电筒用的小灯泡，L是电阻约为1Ω左右自感线系数很大的线圈，闭合开关S，看到的现象是
A．灯D过一会儿逐渐变亮
B．灯D立即发光，且亮度不变
C．灯D开始正常发光，然后变得较暗
D．灯D开始发很强的光，然后变为正常发光
11．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（直流电阻可忽略不计）。闭合开关，电路稳定后，两灯泡均正常发光，电源内阻不计，则（　　）
A．闭合开关瞬间，A、B灯同时亮
B．闭合开关瞬间，A灯先亮，B灯逐渐变亮
C．断开开关瞬间，A灯闪亮一下，稍后A、B同时熄灭
D．断开开关瞬间，流过A灯的电流方向不变
12．如图所示电路中，L是一个自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略不计），A、B是两个完全相同的灯泡，则以下说法错误的是（　　）
A．合上S时，A的亮度大，B的亮度小
B．合上S时，A、B同时亮
C．合上S后，A变亮，B逐渐熄灭
D．电路接通稳定后，断开S时，A立即熄灭，B闪亮后再熄灭
二、多选题
13．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是电阻为零的纯电感，且自感系数L很大。C是电容较大且不漏电的电容器，下列判断正确的是（ ）
A．S闭合时，A灯亮后逐渐熄灭，B灯逐渐变亮
B．S闭合时，A灯、B灯同时亮，然后A灯变暗，B灯变得更亮
C．S闭合，电路稳定后，S断开时，A灯突然亮一下，然后熄灭，B灯立即熄灭
D．S闭合，电路稳定后，S断开时，A灯突然亮一下，然后熄灭，B灯逐渐熄灭
14．如图所示的电路为演示自感现象的实验电路，若闭合开关S，电流达到稳定后通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡L2的电流为I2，小灯泡L2处于正常发光状态，则下列说法中正确的是：
A．S闭合瞬间，L2灯缓慢变亮，L1灯立即变亮
B．S闭合瞬间，通过线圈L的电流由零逐渐增大到I1
C．S断开瞬间，小灯泡L2中的电流由I1逐渐键位零，方向与I2相反
D．S断开瞬间，小灯拍L2中的电流由I1逐渐减为零，方向不变
15．如图所示的电路中,A、B是完全相同的灯泡,L是电阻不计的电感线圈,下列说法中正确的是
A．当开关S闭合时,A灯先亮,B灯后亮
B．当开关S闭合时,A、B灯同时亮,电路稳定后,B灯更亮，A灯熄灭
C．当开关S断开时,A灯闪亮一下再媳灭
D．当开关S断开时,B灯过一会儿熄灭
三、填空题
16．线圈中电流减小时，______中的能量释放出来转化为电能．
17．如图所示，L是自感系数很大的线圈，其自身的电阻较小，A和B是两个相同的小灯泡．闭合开关S待电路稳定后，再把开关S断开的过程中，A灯泡的亮度变化情况是_____________（填“变亮”、“ 立即熄灭”、“ 闪亮后熄灭”）；B灯泡的亮度变化情况是__________________（填“不变”、“ 立即熄灭”、“ 闪亮后熄灭”）
18．在制造精密电阻时，为了消除在使用过程中由于电流变化而引起的______现象，常采用双线绕法，这是由于_____。
19．自感系数为100mH，通入变化规律如图所示的电流。从0到2s时间内自感电动势大小是___________V；在4到5s时间内自感电动势大小是___________V。
四、解答题
20．在实际生产中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈。当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生，几名同学分别提出了以下四种方案，如图所示，哪种（些）方案可行？
21．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。
22．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
23．如下图A所示，电阻R1、电阻R2和长直导线与波动高压电源相连。在长导线的中间有一线圈，其中心与长直导线的距离r=0.1m，线圈的横截直径为0.02m，如图B所示。线圈的两端连接一个电阻R3=90Ω与电容器C，线圈电阻为10Ω，匝数N=。接通高压电源后，在长直导线回路中产生电流I，大小如图C所示，线圈一开始产生感应电流方向从A到B。同时，资料表明线圈各处的磁感应强度大小均可视为，其中。
（1）若在时，电容器的所带电荷量恰好为流过电阻R3的电荷量，且此时电容器恰好饱和，求电容器的电容量；
（2）求流过电阻R3的电荷量；
（3）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的电流与时间t图像。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．刚闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，随着L中电流增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，分流作用增大，A逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，B灯更亮，故A错误，B正确；
CD．S闭合一段时间后，再断开S，B立即熄灭，线圈中电流减小，产生自感电动势，感应电流流过A灯，不流过B灯，A闪亮一下后熄灭，B灯立即熄灭，故CD错误。
故选B。
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
此线圈是双线绕法，电流等大反向，所以其产生磁场方向相反、强度相同，相互抵消，故通过线圈的磁通量始终为0，故不会产生感应电动势，故ACD错误B正确。
故选B。
3．C
【解析】
【详解】
L是一带铁芯的理想电感线圈，其直流电阻为0，电路稳定后A就熄灭了；开关S断开瞬间B立刻熄灭，由于二极管只正向导通，故自感线圈与A无法形成回路，A不会再亮，故AB错误．闭合瞬间线圈相当于断路，二极管为正向电流，故电流走A灯泡，B也同时亮，故C正确，D错误．故选C．
【点睛】
该题两个关键点，1、要知道理想线圈的特征：刚通电时线圈相当于断路，断开电键时线圈相当于电源；2、要知道二极管的特征是只正向导通．
4．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．根据题设条件可知，闭合电键调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，说明此时电阻R的阻值与线圈L的电阻一样大，断开电键再重新闭合电键的瞬间，根据自感原理，可判断A2立刻变亮，而A1逐渐变亮，A项错误，B项正确；
CD．稳定后，自感现象消失，根据题设条件可判断线圈L和R两端的电势差一定相同，A1和A2两端电势差也相同，所以C项，D项错误。
故选B。
5．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。
6．A
【解析】
【详解】
两个线圈绕向相同，但是通过的电流方向相反，根据安培定则可知两线圈产生的磁场方向相反；导线中通过的电流相等，所以产生的磁场相互抵消，螺线管内无磁场，从而制作成无自感电阻，A正确，BCD错误。
故选A。
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，由于L中产生自感电动势阻碍电流的增加，可知A灯逐渐变亮，最后亮度稳定；B灯立刻亮起，而后随电路总电流变大，则路端电压减小，则B灯逐渐变暗，最后亮度稳定；选项A错误，B正确．
CD．开关由闭合到断开的瞬间，B灯原来的电流立刻消失；由于在L中的自感电动势阻碍电流减小，则通过A灯的电流会在L-A-B中重新组成回路，则电流自右向左通过B灯，使得两灯都会慢慢熄灭，选项CD错误。
故选B。
8．D
【解析】
【详解】
AB．稳定后当断开开关S时，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，线圈L、灯与灯构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于灯电流较小，则灯不会出现闪亮一下，故AB错误；
C．由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，所以流过灯灯的电流方向向左，故C错误；
D．合上开关S时，灯立即发光。通过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电动势与原来的电流方向相反，阻碍电流增大，电路的电流只能逐渐增大，灯逐渐亮起来；所以灯比灯先亮。由于线圈直流电阻不可忽略，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，灯电流较小，所以亮度不相同，故D正确。
故选D。
9．D
【解析】
【详解】
AB．是阻碍电流的变化，撤去电感线圈中的铁芯，使减小，阻碍作用减小，闪亮的时间缩短，反之闪亮的时间延长，并不影响亮度，AB错误；
CD．保持不变，感应电动势不变，减小，则通过小灯泡的电流增大，故实验现象会更明AB显，C错误D正确;
故选D。
10．D
【解析】
【详解】
试题分析：在开关闭合的瞬间，由于通过线圈的电流增大，所以线圈会产生自感现象，阻碍原电流的增大，由于自感系数很大，所以瞬间线圈可以看做是断路，则通过灯泡的电流较大，故发出很强的光，当电路稳定后，又正常发光，故D正确；
考点：考查了自感现象
点评：当通过线圈本身的电流变化时，线圈中会产生自感现象，这是一种特殊的电磁感应现象，可运用楞次定律分析自感电动势对电流的影响．
11．B
【解析】
【详解】
AB．闭合开关瞬间，电感线圈会产生感应电动势，由于L的自感系数较大，所以产生的感应电动势也较大，阻碍B灯电流的增大，所以A灯先亮，B灯逐渐变亮，所以B正确，A错误；
C．断开开关瞬间，电感线圈也会产生较大的感应电动势，阻碍B灯电流的减小，由于A、B是两个完全相同的灯泡，所以A、B灯都逐渐熄灭，所以C错误；
D．断开开关瞬间，A、B灯和线圈构成小回路，所以A灯电流方向改变，所以D错误。
故选B。
12．A
【解析】
【详解】
ABC．合上S时，电路中立即就有了电流，故灯泡A、B同时变亮；但通过线圈的电流增加，线圈会产生自感电动势，故线圈的电流缓慢增加；当电流稳定后，线圈相当于直导线，灯泡B被短路，故电键闭合后，AB同时亮，但B逐渐熄灭，而A更亮，A选项符合题意，BC选项不合题意，故A正确，BC错误；
D．断开S时，A灯立即熄灭；线圈产生自感电动势和灯泡B构成闭合电路，B灯先闪亮后逐渐变暗，D选项不合题意，故D错误。
故选A。
13．AD
【解析】
【详解】
当S闭合时，通过自感线圈的电流逐渐增大而产生自感电动势，L相当于断路，电容C较大，相当于短路，当电流稳定时，L短路，电容C断路，故A灯先亮后灭，B灯逐渐变亮；当S断开时，灯泡A与自感线圈L组成了闭合回路，灯泡A中的电流先增大后减小至零，故闪亮一下熄灭，电容器与灯泡B组成闭合回路，电容器放电，故灯泡B逐渐熄灭，则AD正确，BC错误。
故选AD。
14．BC
【解析】
【详解】
试题分析：S闭合后，两灯泡将立刻变亮，故A错误；由于线圈的自感，通过线圈的电流将从0慢慢增大到稳定值，所以灯泡变暗，总电阻减小变亮，故B正确；S断开后，线圈与构成回路，由于自感的存在，电流将从开始减小为0，方向与方向相反，故C正确，D错误．
故选BC
考点：自感现象和自感系数．
点评：当灯泡处于正常发光状态，迅速断开开关S时，灯泡中原来的电流突然减小到零，线圈中电流开始减小，磁通量减小产生感应电动势，产生自感现象，根据楞次定律分析线圈中电流的变化
15．BC
【解析】
【分析】
电感线圈L中电流变化时，会产生自感电动势，阻碍电流的变化；故电键接通瞬间通过线圈的电流缓慢增加，电键断开瞬间通过线圈的电流缓慢减少．
【详解】
当开关S闭合时，电路中的电流增加，由于线圈的自感作用，将产生一自感电动势阻碍电流的增加，此时A、B二灯相当于串联，同时亮；电路稳定后线圈相当于一段导线，将A灯短路，A灯熄灭，B灯两端所加电压增加而变得更亮，故A错误，B正确．断开S时，B灯立即熄灭；线圈产生自感电动势，和灯泡A构成闭合电路，A灯先闪亮后逐渐变暗；故C正确，D错误；故选BC．
【点睛】
本题考查了通电自感和断电自感，关键要明确线圈中的自感电动势总是阻碍电流的增加和减小，即总是阻碍电流的变化．
16．磁场
【解析】
【分析】
【详解】
略
17． A灯立刻熄灭 B灯先变亮 后逐渐熄灭
【解析】
【详解】
[1][2]S断开瞬时，A灯中电流消失，故立即熄灭，而B灯中由于电感中产生一个与电流同向的自感电动势，电流由灯泡B的左侧流入，故B灯亮一下逐渐熄灭。
18． 自感 平行导线上电流反向，因而磁场相抵消
【解析】
【详解】
试题分析：在制造精密电阻时，为了消除在使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，常采用双线绕法，这是由于平行导线上电流反向，因而磁场相抵消．
考点：自感现象．
19． 0.20 0.40
【解析】
【分析】
【详解】
[1]根据自感电动势的表达式
可知，0到2s时间内自感电动势大小是
[2]在4到5s时间内自感电动势大小是
20．d方案可行
【解析】
【详解】
a图中开关断开时，线圈L内由于产生自感电动势有阻碍原电流减小的作用，图中并联电容器，L与C不能形成回路，不能避免使开关S处产生电弧；c图中当并联电阻时，只能对电阻放电，仍不能解决电弧现象；图bd，当并联发光二极管时，由于发光二极管有单向导电性，因此注意方向，b图中的二极管的接法能使电源短路，唯有d图，当断开电源时，产生的感应电流能通过二极管形成回路，既能避免产生电弧，又能不影响电路，故d方法可行。
21．（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。
【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。
22．（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
23．（1）F；（2）；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由感应电动势
又因为
I
故
所以
F
（2）由题意知在t=0.002s到t=0.005s过程中无电流，故由（1）知
故
（3）由（1）可得
根据自感线圈的性质，可做出图像如下图所示
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