2.4 互感和自感 同步练习题（word版含答案）

2.4 互感和自感
一、单选题
1．下列关于自感系数及自感电动势的说法中正确的是（　　）
A．通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大
B．电流变化越大，自感电动势越大
C．线圈中的电流变化越快，其自感系数越大
D．线圈内插入铁芯，其自感系数增大
2．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
3．如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为，且（为灯泡A的电阻），则（　　）
A．S闭合瞬间，灯A、B同时发光
B．S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮
C．稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭
D．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭
4．如图所示，为带铁芯的线圈（其电阻可以忽略不计），是小灯泡，为定值电阻。下列说法正确的是（　　）
A．闭合瞬间，灯泡不亮 B．闭合稳定后，灯泡始终亮
C．断开瞬间，灯泡亮一下，然后熄灭 D．断开瞬间，灯泡始终不亮
5．如图所示电路中，L是一个不计直流电阻的电感线圈，C是电容器，R是电阻，L1、L2、L3是完全相同的小灯泡，S是单刀双掷开关，1接直流电源，2接交流电源，K是单刀单掷开关，下列叙述正确的有（　　）
A．开关K闭合，开关S与2接通后，灯L1不发光
B．开关K闭合，开关S与2接通后，只增大电源频率，L1灯变暗，L2灯变亮
C．开关K闭合，开关S与1接通时，灯L1和L2都是逐渐变亮
D．开关K闭合，开关S与1接通，断开开关K，灯L3闪亮一下逐渐熄灭
6．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
二、多选题
7．如图所示，电源的电动势为E，内阻不计，A、B是两个不同的小灯泡，电阻分别为RA、RB，且RA＞RB，L是一个自感系数很大、电阻不计的线圈。关于这个电路，以下说法正确的是（　　）
A．开关从闭合到电路稳定，A灯立刻变亮，然后逐渐变暗最后亮度稳定
B．开关从闭合到电路稳定，B灯逐渐变亮，最后亮度稳定
C．开关由闭合到断开瞬间A灯闪亮一下再逐渐熄灭
D．开关由闭合到断开瞬间电流向右通过A灯
8．图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈，A1、A2、A3是三个完全相同的灯泡。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法错误的是（　　）
A．图甲中，A1与L1的电阻值相同
B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
9．如图所示，是自感系数很大的线圈，其自身电阻几乎为0。和是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是（ ）
A．开关由断开变为闭合瞬间，、灯泡同时变亮
B．开关闭合后，、灯泡亮度差不多
C．开关由闭合变为断开瞬间，、都闪一下变暗
D．开关由闭合变为断开瞬间，闪一下变暗，立即变暗
10．如图所示，A、B是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大、电阻可以忽略的带铁芯的线圈，则（　　）
A．电键S闭合瞬间，A、B同时发光，随后A灯变暗，B灯变亮
B．电键S闭合瞬间，B灯亮，A灯不亮
C．断开电键S瞬间，A、B灯同时熄灭
D．断开电键S瞬间，B灯立即熄灭，A灯突然闪亮一下再熄灭
三、填空题
11．一个线圈，接通电路时，通过它的电流变化率为10A/s，产生的自感电动势为2.0V；切断电路时，电流变化率为5.0×103A/s，产生的自感电动势是________V，这线圈的自感系数是________H。
12．如图所示，一个称为“千人震”的趣味物理小实验所用器材是一节电动势为的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器，几位同学手拉手连成一排，另一位同学将电池、镇流器、开关用导线连接起来，并将它们和首、尾两位同学两只空着的手相连，在开关______ 填“闭合”或“断开”时就会使连成一排的同学都有触电的感觉，该实验的原理是______ ．
实验探究：电容器对交流电的阻碍作用容抗可能跟哪些因素有关？
（1）如图所示，把电容器C与小灯泡D串联，再与另一完全相同的小灯泡串联，用交流信号发生器作电源交流信号发生器可以输出不同频率、不同电压的正弦交流信号闭合开关S和，可以观察到小灯泡D和（2）保持发生器输出的电压不变而改变信号的频率，观察灯泡亮度的变化；
（3）保持频率、电压不变的条件下，用不同的电容器与小灯泡D串联，观察电容值不同时小灯泡亮度的变化；
观察结果：
①在电容和发生器输出电压不变的情况下，信号频率越大，小灯泡D亮度越______ ；填“亮”或“暗”
②在发生器信号频率和输出电压不变的情况下，电容越大，小灯泡D亮度越______ ；填“亮”或“暗”
③根据以上现象，结论是：______ ；
④在本实验的设计中用了什么实验方法：______ ．
四、解答题
13．法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，如图甲所示线圈A的电路在开关S接触或断开的瞬间线圈B中产生瞬时电流.法拉第发现铁环并不是必需的，拿走铁环，再做这个实验电磁感应现象仍然发生.只是线圈B中的电流弱些，如图乙所示．
思考：
（1）为什么在开关断开和闭合的瞬间线圈B中有感应电流产生？
（2）开关断开或者闭合以后线圈B中还有电流产生吗
（3）你能否由此总结出产生感应电流的条件？
14．现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？
参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．由
可知，自感电动势的大小与电流的变化率成正比，与电流的大小及电流变化的大小无关，故AB错误；
CD．线圈的自感系数仅由线圈自身的因素决定，如：线圈的横截面积、长度、单位长度上的线圈匝数、有无铁芯等，与其他因素无关，故C错误，D正确。
故选D。
2．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。
3．A
【解析】
【详解】
AB．S闭合瞬间，灯A、B同时发光，之后由于线圈存在通电自感，则A灯逐渐变暗，B灯逐渐变亮，故A正确，B错误；
CD．稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，但由于线圈存在断电自感，则线圈和电灯A形成回路，且电流为线圈支路原来的电流，因为
所以线圈和灯A的电流满足
所以灯A会变暗然后逐渐熄灭，不会闪亮，故CD错误。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
A．闭合瞬间，灯泡中立即有电流，即立即亮，选项A错误；
B．因为电感线圈的电阻不计，可知闭合稳定后，灯泡被线圈短路，则灯泡熄灭，选项B错误；
CD．断开瞬间，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，则将在线圈L和灯泡中形成新的回路，使得灯泡亮一下，然后熄灭，选项C正确，D错误。
故选C。
5．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．开关K闭合，开关S与2接通后，因为交流电能够通过电容器，灯L1发光，A错误；
B．开关K闭合，开关S与2接通后，根据
只增大电源频率，XL变大，XC变小，L2灯变暗，L1灯变亮，B错误；
C．开关K闭合，开关S与1接通时，直流电不能通过电容器，灯L1不亮，由于自感，L2逐渐变亮，C错误；
D．开关K闭合，开关S与1接通，因为L是一个不计直流电阻的电感线圈，此时L2的电流I2比L3的电流I3大；断开开关K，由于电感线圈产生自感电动势，并且灯L3的电流由I3突然变为I2，然后电流再逐渐减小，所以L3闪亮一下逐渐熄灭，D正确。
故选D。
6．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。
7．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A．开关闭合到电路中电流稳定的时间内，A灯立刻亮，电源内阻不计，则开关闭合后，不管线圈电流变化如何， A灯两端电压恒定，灯泡亮度稳定，故A错误；
B．开关闭合到电路中电流稳定的时间内，当线圈电流阻碍较小后B灯逐渐变亮，当线圈对电流没有阻碍时，灯泡亮度稳定，故B正确；
C．开关处于闭合状态时，由于RA＞RB，通过A灯的电流小于通过B灯的电流。在断开S瞬间，A灯中原来的电流消失，线圈产生自感电动势，给两灯提供瞬间电压，根据楞次定律可知，电路中的电流从B灯的电流值开始逐渐减小，所以此瞬间通过A灯的电流增大，因此A灯会闪亮一下，再慢慢熄灭，故C正确；
D．开关处于闭合状态，在断开瞬间，线圈相当于电源，电流方向仍不变，所以电流自右向左通过A灯，故D错误。
故选BC。
8．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．图甲中，断开S1的瞬间，A1灯突然闪亮，是因为电路稳定时，L1的电流大于A1的电流，可知L1的电阻小于A1的电阻，故A错误；
B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明灯泡中的电流小于线圈中的电流，故B错误；
C．图乙中，因为要观察两只灯泡发光的亮度变化，两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确；
D．图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流由阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，故D错误。
本题选错误的，故选ABD。
9．AD
【解析】
【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，B逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，A灯更亮，故A正确，B错误；
CD．灯泡B与线圈L构成闭合回路，所以稳定后再断开开关S后，灯泡B由暗变亮再逐渐熄灭，灯泡A立即熄灭，故C错误，D正确；
故选AD。
10．AD
【解析】
【详解】
AB．电键S闭合瞬间，线圈产生自感电动势阻碍电流的增加，则A、B同时发光，稳定后线圈电阻为0则A灯被短路，所以随后A灯变暗，B灯变亮，则A正确；B错误；
CD．断开电键S瞬间，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，则A 灯突然闪亮一下再熄灭，B灯立即熄灭，所以C错误；D正确；
故选AD。
11． 1.0×103 0.2
【解析】
【详解】
自感电动势公式
结合电流变化率为10A/s，产生的自感电动势为2.0V，则有
当切断电路时，电流变化率为5.0×103A/s，产生的自感电动势是
12． 断开 镇流器的自感现象 亮 亮 电容越小，容抗越大；交流电频率越低，容抗越大； 控制变量法
【解析】
【分析】
电容器内部是真空或电介质，隔断直流．能充电、放电，能通交流，具有隔直通交、通高阻低的特性．
【详解】
（1）当开关闭合后，镇流器与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小．当断开时，镇流器电流发生变化，镇流器的自感现象，从而产生很高的瞬间电压，通过同学们身体有触电的感觉．
（2）①电容器通高频阻低频，在电容和发生器输出电压不变的情况下，信号频率越大，小灯泡D亮度越亮；②在发生器信号频率和输出电压不变的情况下，电容越大，容抗越小，小灯泡D亮度越亮；③根据以上现象，结论是：电容越小，容抗越大；交流电频率越低，容抗越大；④在本实验的设计中用了控制变量法．
【点睛】
本题主要考查了电容和电感的特性可以利用感抗和容抗公式记忆．
13．见解析
【解析】
【详解】
（1）开关断开和闭合时，A电路中电流发生变化，从而使A线圈产生的磁场发生变化，穿过B线圈的磁通量发生变化，从而使B中产生感应电流．
（2）当开关断开或闭合后，A电路稳定，周围的磁场不发生变化穿过B线圈的磁通量不变化，B线圈中无感应电流产生.
（3）产生感应电流需两个条件：①闭合电路；②磁通量发生变化.
答案：（1）开关断开和闭合时，A电路中电流发生变化，从而使A线圈产生的磁场发生变化，穿过B线圈的磁通量发生变化，从而使B中产生感应电流．
（2）当开关断开或闭合后，A电路稳定，周围的磁场不发生变化穿过B线圈的磁通量不变化，B线圈中无感应电流产生.
（3）产生感应电流需两个条件：①闭合电路；②磁通量发生变化
14．见解析
【解析】
【详解】
电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。本题中电子沿逆时针方向运动，所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。在图中，磁场方向由下向上。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁铁中的电流应该由小变大。
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