2.3自感现象与涡流 同步训练（Word版含答案）

2.3自感现象与涡流
一、选择题（共15题）
1．下列实例中属于利用涡流的是（　　）
A．利用微波炉加热食物 B．变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成
C．利用真空冶炼炉冶炼合金钢 D．电动机的线圈绕在铁芯上
2．如图所示，三只完全相同的灯泡A、B、C分别与带有快芯的电感线圈L、定值电阻R、二极管D串联在电路中，闭合开关S，电路稳定后，三只灯泡亮度相同．下列说法正确的是（ ）
A．断开开关S，灯泡A、C马上熄灭，灯泡B慢慢熄灭
B．断开开关S，灯泡C马上熄灭，灯泡A、B慢慢熄灭
C．断开开关S瞬间，通过灯泡B的电流方向是从左向右的
D．如果先抽掉电感线圈的快芯，再断开开关S，会发现灯泡B熄灭得更慢
3．某手持式考试金属探测器如图所示，它能检查出考生违规携带的电子通讯储存设备。工作时，探测环中的发射线圈通以正弦式电流，附近的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流，使探测器发出警报。则（ ）
A．被测金属物中产生的是恒定电流
B．被测金属物中产生的是交变电流
C．探测器与被测金属物相对静止时不能发出警报
D．违规携带的手机只有发出通讯信号时才会被探测到
4．如图所示电路中，L为一自感系数较大的线圈，电键S闭合电路稳定后，在电阻R2和线圈L均有电流．现将电键S断开瞬间（ ）
A．流经R2和L的电流方向都向左
B．流经R2和L的电流方向都向右
C．流经R2的电流方向向右，流经L的电流方向向左
D．流经R2的电流方向向左，流经L的电流方向向右
5．如图所示电路中，P、Q两灯相同，带铁芯的线圈L与Q灯串联，则( )
A．S接通瞬间，P立即发光，Q逐渐亮起来
B．S接通瞬间，P、Q同时发光
C．S接通瞬间，Q立即发光，P逐渐亮起来
D．S接通瞬间，P、Q均逐渐亮起来
6．小万做自感现象实验时，连接电路如图所示，则（　　）
A．断开开关S，L1逐渐变暗至熄灭，L2变亮后再熄灭
B．闭合开关S，L2逐渐变亮，然后亮度不变
C．闭合开关S，L1立刻变亮，且亮度不变
D．断开开关S，L1变亮后再熄灭，L2一直不亮
7．如图所示电路中，A、B为两个相同灯泡，L为自感系数较大、电阻可忽略不计的电感线圈，C为电容较大的电容器。下列说法中 不正确 的有（　　）
A．接通开关S，A立即变亮，最后A、B一样亮
B．接通开关S，B逐渐变亮，最后A、B一样亮
C．断开开关S，A、B都立刻熄灭
D．断开开关S，A立刻熄灭，B逐渐熄灭
8．如图为演示自感现象的实验电路，电感线圈的自感系数较大，调节滑动变阻器R的阻值，且使得滑动变阻器接入电路中的阻值与线圈直流电阻相等，下列判断正确的是（　　）
A．接通开关S，灯、同时变亮
B．接通开关S，灯逐渐变亮，立即变亮
C．断开开关S，灯、立即熄灭
D．断开开关S，灯逐渐熄灭，立即熄灭
9．如图所示的电路中，为三盏完全相同的灯泡，是自感线圈，线圈的直流电阻不可忽略。则下列说法正确的是（　　）
A．合上开关后，三盏灯同时亮起来
B．合上开关一段时间后，灯最亮，两盏灯一样亮
C．断开开关后，b灯闪亮一下再熄灭
D．断开开关后，灯先熄灭，两盏灯逐渐熄灭
10．如图所示，电源的电动势为E，内阻r忽略不计．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．以下说法正确的是
A．开关S闭合后，A灯立刻亮，而后逐渐变暗，最后亮度稳定
B．开关S闭合后，B灯逐渐变亮，最后亮度稳定
C．开关S由闭合到断开的瞬间，A灯立即熄灭
D．开关S由闭合到断开的瞬间，电流自左向右通过A灯
11．将一段铜制裸导线弯折成如图甲所示形状的线框，将它置于一节干电池的正极上（线框上端的弯折位置与正极良好接触），一块圆柱形强磁铁N极向上吸附于电池的负极，使导线框下面的两端P、Q套在磁铁上并与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会发生转动，从而制成了一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该电动机，下列说法正确的是（　　）
A．俯视，线框将逆时针转动
B．若将裸导线改成漆包线，对漆包线不做任何处理也能成功转动
C．若线圈电阻不受发热影响，则线圈从静止开始转动的过程中，线框中电流保持不变
D．电池的输出功率一定大于线圈转动时的机械功率
12．如图所示电路中，L为自感系数很大的电感线圈，其直流电阻不计，A、B为两相同灯泡，则下列说法不正确的是（　　）
A．合上S的瞬间，A、B同时亮
B．合上S的瞬间，A先亮，B后亮
C．合上S后，A逐渐变得更亮，B逐渐变暗直至熄灭
D．断开S时，A立即熄灭，B灯重新亮随后逐渐熄灭
13．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R1＜R2，S闭合稳定时通过灯泡和线圈的电流分别为i1和i2，当K断开时，则流过灯泡的电流方向和灯的亮暗情况是（ ）
A．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，灯先突然变得比原来暗，然后逐渐熄灭
C．当K断开时，流过灯的电流为从左向右
D．当K断开时，流过灯的电流为从右向左
14．如图所示甲、乙电路，电阻R和自感线圈L的电阻都很小。接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（　　）
A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
15．如图所示，带铁芯的、电阻较小的线圈L和灯泡并朕，当闭合开关S后，灯正常发光，下列说法中正确的是（ ）
A．当断开S时，灯立即熄灭
B．当断开S时，灯突然闪亮后熄灭
C．若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯立即熄灭
D．若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯突然闪亮后熄灭
二、填空题
16．当一个线圈中的______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．当导体在______中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是______导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。
18．电磁灶是利用________原理制成的，它在灶内通过交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生________而发热．
19．当电键闭合后，通过灯泡A1的电流随时间变化的图像为 ___图；通过灯泡A2的电流随时间变化的图像为___图．
A．B．C．D．
三、综合题
20．在如图甲所示的半径为r的竖直圆柱形区域内，存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=kt（k>0且为常量）．
（1）将一由细导线构成的半径为r、电阻为R0的导体圆环水平固定在上述磁场中，并使圆环中心与磁场区域的中心重合．求在T时间内导体圆环产生的焦耳热．
（2）上述导体圆环之所以会产生电流是因为变化的磁场会在空间激发涡旋电场，该涡旋电场趋使导体内的自由电荷定向移动，形成电流．如图乙所示，变化的磁场产生的涡旋电场存在于磁场内外的广阔空间中，其电场线是在水平面内的一系列沿顺时针方向的同心圆（从上向下看），圆心与磁场区域的中心重合．在半径为r的圆周上，涡旋电场的电场强度大小处处相等，并且可以用计算，其中e为由于磁场变化在半径为r的导体圆环中产生的感生电动势．如图丙所示，在磁场区域的水平面内固定一个内壁光滑的绝缘环形真空细管道，其内环半径为r，管道中心与磁场区域的中心重合．由于细管道半径远远小于r，因此细管道内各处电场强度大小可视为相等的．某时刻，将管道内电荷量为q的带正电小球由静止释放（小球的直径略小于真空细管道的直径），小球受到切向的涡旋电场力的作用而运动，该力将改变小球速度的大小．该涡旋电场力与电场强度的关系和静电力与电场强度的关系相同．假设小球在运动过程中其电荷量保持不变，忽略小球受到的重力、小球运动时激发的磁场以及相对论效应．
①若小球由静止经过一段时间加速，获得动能Em，求小球在这段时间内在真空细管道内运动的圈数；
②若在真空细管道内部空间加有方向竖直向上的恒定匀强磁场，小球开始运动后经过时间t0，小球与环形真空细管道之间恰好没有作用力，求在真空细管道内部所加磁场的磁感应强度的大小．
21．如图所示，当液体在矩形管道中流动时，液体中的正、负离子受磁场力作用分别向金属板M、N偏转，使两板间形成稳定的电压，测出该电压U和管道的横截面积S，便可计算液体的流量Q（即单位时间内流过的体积），这就是电磁流量计的工作原理。现已知垂直于侧面的磁场磁感应强度为B，M、N两板间的电压为U，管道ab和ad边的边长分别为和。求：
（1）管道内液体流动的速度v；
（2）管道内液体的流量Q。
22．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？
23．如图所示是利用高频交流焊接自行车零件的原理图，其中外圈A是通过高频交流电的线圈，B是自行车的零件，a是待焊接的接口，焊口两端接触在一起。当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处的金属熔化而焊接起来，问：
（1）为什么在其他条件不变的情况下，交变电流的频率越高，焊接得越快；
（2）为什么焊接过程中，接口a处已经熔化而零件的其他部分并不很热。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．利用微波炉加热食物是利用电流产生的电磁波来给物体加热，A错误；
B．变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成是为了减小涡流，减少损耗能量，B错误；
C．利用真空冶炼炉冶炼合金钢是在线圈中通入高频交流电，在合金钢中产生涡流，C正确；
D．电动机的线圈绕在铁芯上，所用的铁芯不会用整块的金属，是为了减小涡流，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
AB、闭合开关S，电路稳定后，三只灯泡亮度相同，说明导通状态下,三个支路的电流相同；断开开关S后，电感线圈产生自感电动势，阻碍电流减小，与灯泡B所在支路形成回路，所以灯泡A、B不是马上熄灭，而是慢慢熄灭，灯泡C所在支路由于二极管的作用反向电流不能通过，灯泡C马上熄灭，故A项错误，B项正确；
C、断开开关S瞬间，通过电感线圈的电流方向不变，通过灯泡B的电流方向是从右向左的，故C项错误；
D、根据自感电动势可知如果先抽掉电感线圈的铁芯，自感系数L减小，再断开开关S，由于电感线圈的自感电动势减小，会发现灯泡B熄灭得明显变快，故D项错误；
故选B．
3．B
【详解】
AB．探测器靠近金属物体时，在金属导体中就会产生涡电流，这种涡流是交变电流，故A错误，B正确；
C．根据法拉第电磁感应定律，探测器产生的是变化的磁场，使靠近的金属物体产生涡流，探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报，故C错误；
D．探测器靠近金属物体时，在金属导体中就会产生涡电流，可以确定该设备的制成原理是电磁感应现象，和违规携带的手机是否发出通讯信号无关，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
开关S闭合瞬间，L相当于断路，通过R2的电流向左；电路稳定后断开开关S后，由通过线圈的电流方向向左，因电流减小，线圈自感电动势阻碍减小，产生向左的感应电流，并与R2组成闭合回路，则R2电流方向为向右。
故选C。
5．A
【详解】
S接通瞬间， P立即发光，由于L的自感作用Q逐渐亮起来，A正确、BCD错误。
故选A。
6．A
【详解】
BC．闭合开关S，由于线圈的阻碍作用，则L1逐渐变亮，然后保持不变；根据二极管的单向导电性，电流不会通过L2，故L2不亮，故BC错误；
AD．当断开开关S，线圈与二极管D形成回路，则有流过L2的电流，则L2变亮后再熄灭，而流过L1的电流逐渐减小，故L1逐渐变暗至熄灭，故A正确，D错误。
故选A。
7．C
【详解】
AB．接通开关S，电容器被充电，所以充电电流流过A立即变亮；电感线圈由于阻碍电流增大，而产生自感电动势，B逐渐变亮，最后A、B一样亮。AB正确，不符合题意；
CD．断开开关S，电容、线圈及灯泡B组成回路，电容器放电，线圈阻碍电流减小而产生自感电动势，B逐渐熄灭，没有电流通过A灯泡而立刻熄灭。C错误，符合题意，D正确，不符合题意。
故选C。
8．B
【详解】
AB．接通开关S，灯立即变亮，灯逐渐变亮，所以A错误；B正确；
CD．断开开关S，电感线圈发生自感电动势阻碍电流减小，则灯、逐渐熄灭，所以CD错误；
故选B。
9．D
【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，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，C错误，D正确。
故选D。
10．B
【详解】
试题分析：开关S闭合后，A灯立刻亮，由于电源内阻不计，故路端电压等于电动势，所以A灯的电压不变，故亮度不变，所以A错误；由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增大，故开关S闭合后，B灯逐渐变亮，最后亮度稳定，所以B正确；开关S由闭合到断开的瞬间，线圈产生电动势阻碍电流的减小，故A灯不会立即熄灭，故C错误；线圈的电流与原来的方向相同，故电流自右向左通过A灯，所以D错误．
11．D
【详解】
A．题图乙所示位置，根据左手定则，线框左半部分所受安培力的合力方向向里，右半部分所受安培力的合力方向向外，从上向下看，线框沿顺时针方向转动，故A错误；
B．漆包线外面是绝缘层，则与电池连接后导线内没有电流，导线框不能转动，故B错误；
C．线框从静止开始旋转达到稳定的过程中，导线框切割磁感线会产生反电动势，电流会减小，故C错误；
D．电池的输出功率一部分转化为线圈转动的机械功率，一部分用于电阻产生热量，故D正确。
故选D。
12．B
【详解】
ABC．闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，AB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逐渐被短路知道熄灭，外部总电阻减小，总电流增大，A变亮，AC正确，但不符合题意，B错误，符合题意；
D．断开S，A立即熄灭，线圈L中电流减小，产生感应电动势，感应电流流过B，B闪亮一下后熄灭，故D正确，但不符合题意。
故选B。
13．BD
【详解】
A、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A、C错误，B、D正确；
故选BD．
14．AD
【详解】
AB．题图甲中，A与自感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以开关断开的瞬间，A的电流不变，以后电流渐渐变小。因此，A渐渐变暗，A正确，B错误。
CD．题图乙中，A所在支路的电流比自感线圈所在支路的电流要小（因为自感线圈的电阻很小），断开开关S时，自感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间自感线圈中的电流不变，自感线圈相当于一个电源给A供电。因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以A将先闪亮一下，然后渐渐变暗，C错误，D正确。
故选AD。
15．BC
【详解】
电键断开前，电路稳定，灯 A 正常发光，线圈相当于直导线，电阻较小，故流过线圈的电流较大；电键断开后，线圈中的电流会减小，发生自感现象，线圈成为A、L回路的电源，故灯泡反而会更亮一下后熄灭，故A错误，B正确；若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，则不会发生自感现象，故断开S时，灯A立即熄灭，故C正确，D错误．
16． 电流 变化的磁场 本身 自感电动势
17． 磁场 阻碍
18．电磁感应、涡流
【详解】
电磁灶是利用电磁感应原理制成的；产生热量的原因是利用交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生的涡流而将电磁能转化为热量；
19． C A
【详解】
当电键S接通时，由于线圈的阻碍作用，A1灯中的电流逐渐增大，最后达到稳定电流不变，故选C；当电键S接通时，A2稳定电流不变，故A正确．
20．（1）（2）①；②
【详解】
试题分析：（1）导体圆环内的磁通量发生变化，将产生感生电动势，根据法拉第电磁感应定律，感生电动势为：
导体圆环内感生电流为：
在T时间内导体圆环产生的焦耳热为：Q=I2R0T
解得：
（2）①根据题意可知，磁场变化将在真空管道处产生涡旋电场，该电场的电场强度为：
小球在该电场中受到电场力的作用，电场力的大小为：
电场力的方向与真空管道相切，即与速度方向始终相同，小球将会被加速，动能变大．设小球由静止到其动能为Em的过程中，小球运动的路程为s，
根据动能定理有：Fs=Em
小球运动的圈数为：
解得：
②小球的切向加速度大小为：
由于小球沿速度方向受到大小恒定的电场力，所以经过时间t0，小球的速度大小v满足v=at0
小球沿管道做圆周运动，因为小球与管道之间没有相互作用力，所以，小球受到的洛伦兹力提供小球的向心力，设所加磁场的磁感应强度为B0，
则有：
解得：
21．（1）；（2）
【详解】
（1）当平衡时有
解得
（2）管道内液体的流量
22．d方案可行
【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。
23．（1）磁通量变化率大，感应电动势和感应电流都变大，热功率也随着变大；（2）接口处电阻大，串联电路中电流强度处处相等，电阻大的地方生热较多
【详解】
（1）高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快；
（2）焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高。
答案第1页，共2页