2.3自感现象与涡流 同步练习（word版含答案）

2.3、自感现象与涡流
一、选择题（共16题）
1．电磁感应知识及其应用的下列说法错误的是 （ ）
A．楞次定律告诉我们，感应电流的效（结）果总是要反抗引起感应电流的原因
B．磁电式电流表、电压表中线圈要绕在铝框上一个重要原因是利用电磁阻尼
C．在电磁炉上加热食品须使用金属器皿，是因金属在交变磁场中产生涡流发热
D．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈中产生的自感电动势一定越大
2．如图，电灯的灯丝电阻为3Ω，电池电动势为2V，内阻不计，线圈匝数足够多，其直流电阻小于灯丝电阻．先合上电键K，稳定后突然断开K，则下列说法正确的是（ ）
A．电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相同
B．电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相反
C．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相同
D．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相反
3．国际单位制的基本单位有米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉等个。导出单位自感系数用上述基本单位可表示为（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示是用于观察自感现象的电路，设线圈的自感系数较大，线圈的直流电阻RL与小灯泡的电阻R满足RL＜R.则在开关S断开瞬间，可以观察到
A．灯泡立即熄灭
B．灯泡逐渐熄灭，不会闪烁
C．灯泡有明显的闪烁现象
D．灯泡会逐渐熄灭，但不一定有闪烁现象
5．如图所示，a、b是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数很大的线圈，其直流电阻值与R相同，且R小于小灯泡的电阻．闭合开关S待电路达到稳定后，a、b两灯泡均可发光．由于自感作用，在开关S接通和断开后，灯泡a和b的发光情况是（ ）
A．S接通时灯a先达到最亮，S断开时灯a后暗
B．S接通时灯a先达到最亮，S断开时灯b后暗
C．S接通时灯b先达到最亮，S断开时灯a后暗
D．S接通时灯b先达到最亮，S断开时灯b后暗
6．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
7．如图所示，灯泡A、B的规格相同，电感线圈L的自感系数足够大且直流电阻可忽略，G为电流传感器。下列说法正确的是（ ）
A．S闭合瞬间，A、B同时亮，然后都逐渐变暗最后熄灭
B．S闭合瞬间，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B一样亮
C．S断开瞬间，A、B均立即熄灭
D．S断开瞬间，G中电流突然增大，且方向向左
8．如图所示的电路中，三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1A．L1逐渐变暗，L2、L3均先变亮然后逐渐变暗
B．L1逐渐变暗，L2立即熄灭，L3先变亮然后逐渐变暗
C．L2立即熄灭，L1、L3均逐渐变暗
D．L1、L2、L3均先变亮然后逐渐变暗
9．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其自感系数很大，直流电阻忽略不计，下列说法正确的是（　　）
A．S闭合瞬间，B先亮 B．S闭合瞬间，A立即亮，B不亮
C．S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭 D．S断开瞬间，B逐渐熄灭
10．图中电感线圈L的直流电阻为，小灯泡的电阻为R，小量程电流表、的内阻不计，当开关S闭合且稳定后，电流表、的指针均偏向右侧（电流表的零刻度在表盘的中央），则当开关S断开时，下列说法中正确的是
A．、的指针都立即回到零点
B．缓慢回到零点，立即左偏，然后缓慢回到零点
C．立即回到零点，缓慢回到零点
D．立即回到零点，缓慢回到零点
11．如图所示，是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻几乎为零。和是两个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关S后，灯泡A亮度一直保持不变
B．闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，最后亮度相同
C．闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡A逐渐变暗，直到不亮
D．闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡B由暗变亮，再逐渐熄灭
12．如图所示，铁芯上绕有线圈A和B，线圈A与电源连接，线圈B与理性发光二极管D相连，衔铁E连接弹簧K控制触头C的通断，忽略A的自感，下列说法正确的是
A．闭合S，D闪亮一下
B．闭合S，C将会过一小段时间接通
C．断开S，D不会闪亮
D．断开S，C将会过一小段时间断开
13．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，b、c灯立即亮，a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，b、c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭
D．开关S断开时，c灯立即熄灭，b灯闪亮一下后逐渐熄灭
14．如图所示电路中，电源电动势为E（内阻不可忽略），线圈L的电阻不计.以下判断正确的是（ ）
A．闭合S稳定后，电容器两端电压小于E
B．闭合S稳定后，电容器的a极板带正电
C．断开S的瞬间，通过R1的电流方向向右
D．断开S的瞬间，通过R2的电流方向向右
15．如图所示电路中，A、B是相同的两个小灯泡。L是一个带铁芯的线圈，电阻可不计。调节滑动变阻器R，电路稳定时两灯都正常发光，则在开关闭合和断开时（　　）
A．两灯同时亮、同时熄灭
B．闭合S时，B比A先达到正常发光状态
C．断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A灯的电流方向与原电流方向相同
D．断开S时，A灯一定立刻熄灭
16．如图所示，自感系数很大的线圈L。其直流电阻可以忽略，灯A1、A2规格完全一样，R为定值电阻，则下列说法正确的是（　　）
A．开关S闭合瞬间，灯A1、A2同时亮
B．开关S闭合极短的时间内，灯A2比灯A1亮；待电路稳定后，灯A1比灯A2亮
C．开关S闭合，待电路稳定后，断开开关S，则灯A2比灯A1先熄灭
D．开关S闭合，待电路稳定后，断开开关S，则灯A1、A2同时熄灭
二、填空题
17．如图所示，A1与A2是两只相同的电流表，自感线圈L的直流电阻和R相等，开关S闭合的瞬间，A1的示数________于A2的示数，S断开的瞬间，A1的示数________于A2的示数，（填“大”、“小”、“等）”。
18．如图所示的电路。带铁芯的线圈L和小灯泡A串联接到电源E上。当开关S闭合时，小灯泡将______（选填“逐渐”或“立刻”）变亮；当开关断开时，小灯泡将_____（选填“逐渐”或“立刻”）熄灭。
19．如图所示，自感线圈电阻可忽略，闭合开关S电路稳定后，同样规格的两个小灯泡A1、A2都正常发光，然后断开开关．
（1）再次闭合开关时，描述两个灯泡的现象_________ ____________
（2）闭合开关使两个灯泡正常发光后，再断开开关，A2灯泡_____（填“马上”或“延迟”熄灭）流过A2灯泡的电流方向为 _________（填“向左”或“向右”）
三、综合题
20．利用高频交变电流焊接自行车零件的原理如图所示。图中M是高频交流线圈，N是自行车零件，a是待焊接口。当线M中通入高频电流时，把a的两端相接触，接口便会被自动焊接起来。这是为什么？
21．共享单车已经走进人们的日常生活，由于受季节变化、天气状况等因素的影响，有些零件容易损坏。如图是利用高频交变电流焊接自行车零件的原理示意图，其中A是通高频交流电的线圈，B是自行车的零件。a是待焊接的接口，接口两端接触，当A中通有交流电时，B中会产生感应电动势，使得接口处金属熔化而焊接起来。试回答：
（1）为什么在其他条件不变的情况下，交流电频率越高，焊接越快？
（2）为什么焊接过程中，接口a处已熔化而零件的其他部分并不是很热？
22．麦克斯韦电磁理论认为：变化的磁场会在空间激发一种电场，这种电场与静电场不同，称为感生电场或涡旋电场．
在如图甲所示的半径为r的圆形导体环内，存在以圆环为边界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）．该变化的磁场会在空间产生圆形 的涡旋电场，如图乙所示，涡旋电场的电场线与导体环具有相同圆心的同心圆，同一电场线 上各点场强大小相同，方向沿切线．导体环中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势，涡旋电场力充当非静电力，其大小与涡旋电场的场强E关系满足F=Eq．
(1)根据法拉第电磁感应定律，推导导体环中产生的感 应电动势；
(2)在乙图中以圆心O为坐标原点，向右建立一维x 坐标轴，推导在x轴上各处电场强度的大小E与x之间的 函数表达式，在图中定性画出E-x图像；
(3)图丙为乙的俯视图，去掉导体环，在磁场圆形边 界上有M、N两点之间所夹的小圆弧恰为整个圆周 的1/6；将一个带电量为+q的带电小球沿着圆弧分别顺时针、逆时针从M移动到N，求涡旋电场力分别所做的功．在此基础上，对比涡旋 电场和静电场，说明涡旋电场中为什么不存在电势的概念．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
楞次定律告诉我们，感应电流的效（结）果总是要反抗引起感应电流的原因，选项A正确；磁电式电流表、电压表中线圈常用铝框做骨架，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，利用电磁阻尼的作用，选项B正确；在电磁炉上加热食品须使用金属器皿，是因金属在交变磁场中产生涡流发热，选项C正确；对于同一线圈，当电流变化率越大时，线圈中产生的自感电动势一定越大，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
2．D
【详解】
突然断开K，线圈将产生自感现象，且与电灯构成一闭合回路，此时通过电灯的电流向上，与断开前的电流方向相反；因线圈直流电阻比灯泡小，断开前通过线圈是电流大于通过灯泡的电流，即电灯会突然比原来亮一下再熄灭，故D正确，ABC错误。
故选D。
3．A
【详解】
根据
可知
单位为，根据
所以
整理得
故选A。
4．C
【详解】
试题分析：在开关S闭合时，通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流，所以在开关S由闭合到断开瞬间，通过线圈的电流将流过小灯泡，所以通过小灯泡的电流要突然增大，灯泡有明显的闪烁现象，选项C正确．
5．D
【详解】
试题分析：接通时，由于线圈的自感作用，L中的电流由零逐渐增大的，因此b灯先达最亮，而断开时，a灯立刻熄灭，而由于线圈的自感作用，线圈电流不能突变，因此而b灯过一会才会熄，D正确，ABC错误．
6．D
【详解】
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，故A错误；
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，故B错误；
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，故C错误；
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，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
AB．闭合S瞬间，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，且亮度相同；随着L中电流增大，因为线圈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变亮，A正确、B错误；
C．断开S瞬间，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，A闪亮一下后熄灭，C错误；
D．断开S瞬间，线圈中电流减小，产生自感电动势和电流，感应电流阻碍线圈中原电流的减少且电感线圈L的自感系数足够大，则G中电流突然增大，且方向向左，D正确。
故选D。
8．B
【详解】
当K突然断开时，电感L由于自感，电流继续原方向流动，L、L1和L2构成一闭合回路，L中电流逐渐减少，则通过L1的电流也逐渐减少，L1逐渐变暗；
当K突然断开时，电感L相当于电源，由此时二极管处于反向截止状态，故L2立即熄灭；
最初L1电流大于L3，则断开开关后，通过L3的电流开始时比原来电流大，后逐渐变小，L3先变亮，然后逐渐变暗。
故选B。
9．C
【详解】
AB．开关S闭合时，灯泡A所在支路由于二极管的单向导电性而处于断路状态，所以灯泡A不会亮；由于线圈的自感作用，灯泡B逐渐亮起来；故AB错误；
CD．开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈、二极管、灯泡A构成了一个闭合回路，自感电流的方向符合二极管的导通方向，所以灯泡A开始发光，随着自感电流减小，灯泡A熄灭，即灯泡A闪亮一下，然后逐渐熄灭；灯泡B则立即熄灭；故C正确，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
S闭合且稳定时，通过电流表G1、G2两条支路的电流均由左向右．断开S，L中产生自感电动势，由“增反减同”可知，自感电动势E自的方向一定与原电流方向相同，等效电路如图所示．
显然，断开S后，在E自的作用下，回路中将继续形成沿顺时针方向的电流，这时流经电流表G2支路的电流方向变为由右向左．由于这段时间内E自是逐渐减小的，故电流也是逐渐减小的．
故选B。
11．D
【详解】
AB．闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，之后由于线圈的通电自感，且其电阻几乎为零，则灯泡B缓慢熄灭，灯泡A逐渐变亮，故AB错误；
CD．闭合开关，电路稳定后，再断开S，灯泡A立即熄灭，但由于线圈的断电自感，则灯泡B由暗变亮，再逐渐熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
12．D
【详解】
AB.当闭合S瞬间时，穿过线圈B的磁通量要增加，根据楞次定律：增反减同，结合右手螺旋定则可知，线圈B的电流方向逆时针，而由于二极管顺时针方向导电，则线圈B不会闪亮一下，则线圈A中磁场立刻吸引C，导致其即时接触，故A，B错误；
CD.当断开S瞬间时，穿过线圈B的磁通量要减小，根据楞次定律：增反减同，结合右手螺旋定则可知，电流方向为顺时针，则二极管处于导通状态，则D会闪亮，同时对线圈A有影响，阻碍其磁通量减小，那么C将会过一小段时间断开，故C错误，D正确；故选D．
13．A
【详解】
A．开关S闭合时，b、c灯立即亮，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加，使得a灯逐渐亮，选项A正确；
B．开关S闭合，电路稳定后，三灯都亮，选项B错误；
C D．开关S断开时，c灯立即熄灭，由于在L中产生自感电动势阻碍电流的减小，则电流将在L与a、b灯之间形成新的回路，使得a、b灯逐渐熄灭，由于线圈直流电阻可忽略不计，电路稳定时a、b灯的电流相等，所以开关S断开时b灯不会闪亮一下，选项CD错误。
故选A。
14．AC
【详解】
闭合S稳定后，L相当于一段导线，R1被短路，所以C两端的电压等于路端电压，小于电动势E，故A正确；闭合S稳定后，由图知b板带正电，a极板带负电，故B错误；断开S的瞬间，L相当于电源，与R1组成回路，电流方向自左向右，故C正确；断开S的瞬间，电容器会放电，则R2中电流方向向左；故D错误；故选AC．
点睛: 本题考查自感线圈的双重作用的理解：当电流稳定不变时，自感线圈是电阻不计的导线；当电流变化时，相当于一个电源．
15．BC
【详解】
AB．闭合S时，由于线圈的自感作用，阻碍电流的变化，因此流过线圈的电流逐渐增加，故B立刻变亮，而A逐渐变亮，最后两灯一样亮，B正确，A错误；
CD．断开S时，由于线圈的自感作用，阻碍电流的变化，流过线圈的电流逐渐减小，此时A、B及L构成闭合回路，因此流过两个灯的电流都逐渐减小，并且流过A灯的电流方向与原电流方向相同，流过B灯的电流方向与原电流方向相反，C正确，D错误。
故选BC。
16．BD
【详解】
AB．当开关S闭合时，灯A2立即发光。通过线圈的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，A1逐渐亮起来。所以A2比A1先亮。
由于线圈直流电阻忽略不计，当电流稳定时，线圈不产生感应电动势，A1灯电流大于A2灯电流，两灯亮度不一样亮。故A错误，B正确；
CD．稳定后当开关S断开时，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡A1、A2和电阻构成闭合回路放电，由于稳定时通过线圈的电流比A2灯大，电路稳定后再断开开关S时，回路电流从线圈稳定时的电流逐渐减为0，A1灯逐渐熄灭，A2灯亮一下再逐渐熄灭，，最终两灯同时熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
17． 大 等
【详解】
开关S闭合的瞬间，由于自感线圈L阻碍电流的增加，则A1的示数大于A2的示数；S断开的瞬间，原来通过A1的电流立即消失，在L支路，由于L产生的自感电动势阻碍电流的减小，则通过L的电流要在L-A2-A1 –R中形成新的回路，则通过A1的示数等于A2的示数。
18． 逐渐 立刻
【详解】
开关闭合瞬间，通过线圈的原电流瞬间增大，根据楞次定律可知线圈产生阻碍原电流变化的反向感应电流，随着原电流逐渐稳定，线圈产生的反向感应电流逐渐减小直至为0，所以小灯泡逐渐变亮；
开关断开时，小灯泡中电流立即为0，立刻熄灭。
19． （1）A2立刻亮起来， A1缓慢亮起来 （2）延迟； 向左；
【详解】
试题分析：（1）由于是两个完全相同的灯泡，当开关接通瞬间，A2灯泡立刻发光，而A1灯泡由于线圈的自感现象，导致灯泡渐渐变亮；
（2）当开关断开瞬间，两灯泡串联，由线圈产生瞬间电压提供电流，导致两灯泡都同时缓慢熄灭，流过A2灯泡的电流方向向左．
20．线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊缝口的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升的很高，将金属熔化，焊接在一起；
【详解】
线圈中通以高频交变电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊缝口的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升的很高，将金属熔化，焊接在一起；
21．（1）见解析；（2）见解析
【详解】
（1）高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在待焊接的金属工件中产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，电流变化的频率越高，磁通量变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流越大，接口处产生的热量越多，温度升高得越快，焊接越快。
（2）接口处横截面积小，电阻大，电流相同时，接口处热功率大，相同时间内温度升高得多，其他部分并不是很热。
22．(1) ；(2) 当x＜r时： 当x≥r时： (3) 顺时针移动时 逆时针移动时: ，不存在电势的概念
【详解】
(1)
(2)求x处的涡旋电场场强，可认为放一个半径为x的导体环（圆心和磁场区域圆心相同）
当x＜r时：
当x≥r时：
画出E-x图像如图：
(3)Er=，+q受力沿着电场线（顺时针）
顺时针移动时:W1=Erq·
逆时针移动时:
因为：沿不同路径从M移动到N点，W1≠W2，即涡旋电场力做功与路径有关，所以不存在电势能EP的概念，，所以不存在电势的概念.
答案第1页，共2页