2.3自感现象与涡流 综合训练（Word版含答案）

2.3自感现象与涡流
一、选择题（共15题）
1．下列现象中为了防止涡流危害的是（　　）
A．金属探测器
B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯
C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉
D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架
2．某同学为了验证断电自感现象，采用如图所示的电路。闭合开关S，两个完全相同的小灯泡均发光，切断开关，仅观察到小灯泡 逐渐熄灭现象。你认为小灯泡 未闪亮的可能原因是（　　）
A．电源的内阻较大 B．滑动变阻器R电阻偏大
C．线圈的自感系数较小 D．线圈电阻偏大
3．下列实验或器件利用涡流的是（　　）
A． 电磁感应实验
B． 日光灯电路
C． 直流电动机
D． 电磁灶
4．如图所示的电路中，A1、A2为完全相同的灯泡，线圈L的电阻忽略不计.下列说法中正确的是（　　）
A．闭合开关K接通电路时，A2先亮A1后亮，最后一样亮
B．闭合开关K接通电路瞬间，A1和A2同时变亮
C．断开开关K切断电路时，A2立即熄灭A1过一会儿才熄灭
D．断开开关K切断电路时，A1，A2立即熄灭
5．如图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压。在测量完毕后，将电路解体时应(　　)
A．先拆除电压表 B．先断开S1
C．先拆除哪个器件都可以 D．先断开S2
6．如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计G中无示数的是（　　）
A．开关闭合瞬间
B．开关断开瞬间
C．开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端
D．开关闭合一段时间后
7．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是(　　)
A．恒定直流、小铁锅 B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅 D．变化的电流、玻璃杯
8．某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（　　）
A．闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零
B．乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据
C．断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
D．时刻小灯泡与线圈的电阻相等
9．如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA，LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则(　　)
A．闭合开关S时，LA，LB同时达到最亮，且LB更亮一些
B．闭合开关S时，LA，LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些
C．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭
D．断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭
10．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
11．某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡，已知把开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是（　　）
A．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2两个灯泡均不发光
B．当开关置于1、2时，稳定后L1、L2两个灯泡均发光，且L1比L2亮
C．在开关置于3、4的瞬间，L1立即发光，而L2亮度慢慢增大
D．当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，则L1变暗，L2变亮
12．如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源。在t=0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S。规定电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是（　　）
A． B．
C． D．
13．如图所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯1变亮，灯2变暗，灯3不变，则以下选项可能的是(　　)
A．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻
B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻
C．若改接电压恒定的直流电源，灯1、灯3亮，灯2不亮
D．若改接电压恒定的直流电源，灯2、灯3亮，灯1不亮
14．如图所示，以下现象中与涡流有关的是（　　）
A． 真空冶炼炉熔化金属
B． 磁电式仪表用铝框做线圈的骨架
C． 处于磁场中的导电液体旋转起来
D． 磁电式仪表中的线圈通电后发生偏转
15．光滑曲面与竖直平面的交线是如图所示的曲线，曲线下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是 的直线（图中虚线所示），一个金属块从曲线上 （ ）处以速度 沿曲线下滑，假设曲线足够长，重力加速度为 。则（　　）
A．金属块最终将停在光滑曲线的最低点 处
B．金属块只有在进出磁场时才会产生感应电流
C．金属块最终将在虚线以下的光滑曲线上做往复运动
D．金属块沿曲线下滑后产生的焦耳热总量是
二、填空题
16．演示自感现象的实验电路图如图所示。L是自感线圈，A1、A2是规格相同的灯泡，R的阻值与L的直流电阻阻值相同。当开关S由断开到合上时，观察到的自感现象是　 　，最后达到同样亮。
17．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1.5V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　 　。
18．如图是测定自感系数很大的线圈L直线电阻的电路，L两端并联一只电压表（电压表的内阻RV很大），用来测电感线圈的直流电压，在测量完毕后将电路解体时，为了电表的安全，应该先断开开关　 　（填S1或S2）。
19．高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示。将半径为10 cm的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1 000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B的变化率为10 π T/s。焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍。工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R0＝10－2π Ω·m－1，焊接的缝宽非常小。则焊接过程中焊接处产生的热功率为　 　。（计算中可取π2＝10，不计温度变化对电阻的影响，结果保留一位有效数字）
三、综合题
20．如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管A。在弧形轨道上高为h的地方，无初速释放一磁铁B（可视为质点），B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动，设A、B的质量分别为M、m，若最终A、B速度分别为vA、vB。
（1）螺线管A将向哪个方向运动？
（2）全过程中整个电路所消耗的电能。
21．在现代家庭的厨房中，电磁炉是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点。利用以下材料并结合已学习的电磁学知识分析、讨论相关问题。
上图是描述电磁炉工作原理的示意图。电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是随电流不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质（或钢质）锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用。
因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。
综合以上材料分析下列问题：
（1）在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有（回答三个即可）：
①　 　；
②　 　；
③　 　。
（2）电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是　 　；
电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是　 　。
22．电磁炉是利用高频电流在电磁炉内部线圈中产生磁场，磁化铁质锅底，使之形成无数个小涡流，加快锅底分子运动，锅底自身高速发热达到加热食物的目的，其工作原理如图所示．
（1）使用微型电脑控制的电磁炉加热时不产生明火、无烟尘、无废气、清洁、安全、高效节能，是现代家庭中理想的灶具，请写出电磁炉在使用中触及到的物理知识(只写两点)：　 　和　 　．
（2）在使用电磁炉加热食物时，电磁炉和锅之间的传热方向是：由　 　传递给　 　；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗　 　能得到　 　能．
（3）“多宝”牌电磁炉某一款式性能参数如下表所示：
根据表中的参数分析，电磁炉与普通的电加热器相比，有哪些优点？　 　和　 　(请写出两点)
23．在图中，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上。
（1）当闭合开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何？
（2）当断开开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何？
答案部分
1．B
【解答】A．金属探测器中变化电流遇到金属物体，在金属物体上产生涡流，A不符合题意；
B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯，是为了防止涡流，而不是利用涡流，B符合题意；
C．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量。C不符合题意；
D．铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动。而塑料做骨架达不到此作用，D不符合题意。
故答案为：B。
2．D
【解答】A．灯泡是否闪亮取决于流过灯泡L2的电流是否增大，与电源的内阻无关，A不符合题意；
B．若滑动变阻器的电阻偏大，则稳定时流过小灯泡L2的电流较小，断开开关时小灯泡L2容易发生闪亮现象，与题意不符，B不符合题意；
C．线圈的自感系数的大小，会影响续流时间的长短，但不是影响电流的大小，因此无法决定小灯泡L2是否发生闪亮。C不符合题意；
D．若线圈电阻偏大，则通过线圈的电流较小，若该电流小于灯泡L2稳定发光时的电流，则断开开关后无法看到小灯泡L2闪亮。D符合题意。
故答案为：D。
3．D
【解答】A．电磁感应实验利用的是法拉第电磁感应定律，A不符合题意；
B．日光灯电路主要利用的是镇流器的自感现象，B不符合题意；
C．直流电动机利用的是通电导线在磁场中会受到安培力作用而转动的现象，C不符合题意；
D．电磁灶利用的是高频交变磁场通过锅体，在锅体内产生涡流而发热，D符合题意。
故答案为：D。
4．A
【解答】闭合开关K接通电路瞬间，在线圈L上要产生很大的自感电动势阻碍电灯A1上电流的增加，所以A2先亮，A1慢慢亮起来，因为两灯电阻相同，且线圈L的电阻忽略不计，所以两灯最后一样亮，A符合题意；断开开关K切断电路时，灯A2上原来的电流立即消失，而在A1支路由于L中的自感电动势阻碍电流的减少，所以此电流会在L-A1-A2中形成新的回路，使得A1A2慢慢熄灭，CD不符合题意。
故答案为：A
5．D
【解答】若先断开开关S1或先拆除电流表，由于L的自感作用都会使L和电压表组成回路，原先L中有较大的电流通过，现在这个电流将通过电压表，造成电表损坏，所以实验完毕应先断开开关S2。
故答案为：D。
6．D
【解答】A．开关闭合瞬间，电路中电流增大，线圈产生的磁场增强，穿过线圈Ⅱ的磁通量增大，产生感应电流．A不符合题意；
B．将电键突然断开的瞬间，线圈产生的磁场从有到无消失，穿过穿过线圈Ⅱ的磁通量减小，产生感应电流．B不符合题意；
C．通电时，来回移动变阻器滑动端时，变阻器接入电路的电阻变化，电路中电流变化，线圈产生的磁场变化，穿过线圈Ⅱ磁通量变化，产生感应电流，C不符合题意．
D．开关闭合一段时间后，线圈中是恒定的电流，线圈产生稳恒的磁场，穿过线圈Ⅱ的磁通量不变，没有感应电流产生，D符合题意。
故答案为：D。
7．C
【解答】容器中水温升高，是电能转化成内能所致．因此只有变化的电流才能导致磁通量变化，且只有小铁锅处于变化的磁通量时，才能产生感应电动势，从而产生感应电流．导致电流发热．玻璃杯是绝缘体，不能产生感应电流．故C符合题意，ABD不符合题意．
故答案为：C
8．D
【解答】A．闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，则自感线圈中电流为零，A不符合题意； B．中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故中数据应为乙图中b曲线，B不符合题意；
C．断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，通电线圈的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，C不符合题意；
D．时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，D符合题意。
故答案为：D。
9．D
【解答】闭合开关S时，由于线圈的自感作用LA慢慢亮起来，但LB立即亮起来，AB不符合题意；断开开关S时，LA、LB、L形成回路，但由于LA的电流大于LB的电流，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C不符合题意、D符合题意。
故答案为：D
10．D
【解答】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不符合题意；
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不符合题意D符合题意。
故答案为：D。
11．D
【解答】AB．当开关置于1、2时，稳定后因电容器隔直流，故L2不发光，线圈可以通直流，故L1发光，所以AB不符合题意；
C．在开关置于3、4的瞬间，L2立即发光，而L1亮度慢慢增大，所以C不符合题意；
D．当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，容抗减小，感抗增大，则L1变暗，L2变亮，所以D符合题意；
故答案为：D。
12．B,C
【解答】当闭合电键，因为线圈与D1串联，所以电流I1会慢慢增大，灯泡D2这一支路立即就有电流。当电键断开，D2这一支路电流立即消失，因为线圈阻碍电流的减小且方向不变，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且D1和D2、D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向，且逐渐减小，BC符合题意，AD不符合题意。
故答案为：BC。
13．A,D
【解答】AB．交流电频率增大，灯1变亮，阻抗变小，说明M是电容器；灯2变暗，阻抗变大，说明N为电感线圈。灯3亮度不变，说明L为电阻，A符合题意，B不符合题意；
CD．若改接电压恒定的直流电源，由于M为电容器，电容器有隔直流的作用，故灯1不亮，灯2、灯3亮，C不符合题意，D符合题意。
故答案为：AD
14．A,B
【解答】A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量，A符合题意。
B．磁电式仪表的线圈常用铝框做线圈骨架，当铝框转动时产生涡流，铝框受到安培力阻碍很快停止转动，B符合题意。
CD．处于磁场中的导电液体旋转起来以及磁电式仪表中的线圈通电后发生偏转是电流在磁场中的受力问题，不是涡流，CD不符合题意。
故答案为：AB。
15．B,C
【解答】ABC．只要金属块进出磁场，就会产生感应电流，机械能就会减小，在磁场内运动时，不产生感应电流，所以金属块最终在y=a以下来回摆动，故A错误，BC正确；
D．以y=b(b>a)处为初位置，y=a处为末位置，知末位置的速度为零，在整个过程中，重力势能减小，动能减小，减小的机械能转化为内能，根据能量守恒得：Q=mg(b a)+ .故D错误。
故选：BC.
16．A2立即亮，A1逐渐亮（或A2先亮，A1后亮）
【解答】A2支路是纯电阻电路，S接通，电流立即通过；A1支路的电感线圈L对电流的变化起阻碍作用，当电路稳定后，自感的阻碍作用才会消失，所以A1逐渐亮，最后两灯同样亮。
17．断开；镇流器的自感现象
【解答】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，由于镇流器的自感现象，产生很高的瞬间电压，通过同学们身体时有触电的感觉。
18．
【解答】若先断开开关S1或先拆去电流表或先拆去电阻R，由于L的自感作用都会使L和电压表组成回路，原先L中有较大的电流通过，现在这个电流将通过电压表，造成电表损坏．所以为了电表的安全，应该先断开开关S2.
19．1W
【解答】金属工件中产生的感应电动势E由法拉第电磁感应定律计算：E＝ ＝ πr2＝ V
金属工件的电阻R＝2πr·R0＋99×2πr·R0＝2 Ω
金属元件中的电流I＝ ＝ A
所以焊接处的热功率
P＝I2×99×2πr·R0＝1 W
20．（1）解:磁铁B向右运动时，螺线管中产生感应电流，感应电流产生电磁驱动作用，使得螺线管A向右运动
（2）解:全过程中，磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能，所以
mgh＝ M ＋ m ＋E电
即E电＝mgh－（ M ＋ m ）
21．（1）电流的磁效应（或电生磁）；电磁感应现象（或磁生电）；电流的热效应（或焦耳定律）
（2）陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低
【解答】（1）①电流的磁效应（或电生磁）；②电磁感应现象（或磁生电）；③电流的热效应（或焦耳定律）。（2）陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低。
22．（1）电流产生磁场；热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高
（2）锅；电磁炉；电；内
（3）热效率高；功率调节范围大
【解答】（1）电磁炉在使用中触及到的物理知识：电流产生磁场；热传递(分子运动加快、内能增加，温度升高)．
（2）在使用电磁炉加热食物时，因热量由锅内的涡流产生，则电磁炉和锅之间的传热方向是：由锅传递给电磁炉；使用电磁炉加热食物的过程中要消耗电能得到热能．
（3）电磁炉与普通的电加热器相比优点：热效率高；功率调节范围大.
23．（1）解：由于在电源外部电流从正极流向负极，则根据右手定则可知线圈M产生的磁场如下图所示，且开关闭合瞬间M产生的磁场在增大，则根据楞次定律可知，开关闭合瞬间线圈P的感应电流流经电表的方向为从左向右。
（2）解：由于在电源外部电流从正极流向负极，则根据右手定则可知线圈M产生的磁场如下图所示，且开关断开瞬间M产生的磁场在减小，则根据楞次定律可知，开关断开瞬间线圈P的感应电流流经电表的方向为从右向左。