2.3自感现象与涡流 同步练习（Word版含解析）

鲁科版 （2019）选择性必修第二册 2.3 自感现象与涡流
一、单选题
1．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。下列相关的说法中正确的是（　　）
A．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
2．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
3．学完电磁感应涡流的知识后，某个同学回家制作了一个简易加热器，如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（　　）
A．提高交流电源的频率
B．减少线圈的匝数
C．将金属杯换为陶瓷杯
D．将交流电源换成电动势更大的直流电源
4．电感L的单位是亨利，符号是H；电容C的单位是法拉，符号是F，则LC用国际单位制下的基本单位符号表示正确的是（　　）
A．s B． C． D．
5．在生产和生活中，有时候需要利用涡流效应，有时候需要避免涡流效应，下列关于涡流应用的说法中不正确的是（　　）
A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流
6．将图中A是三个一样的强磁体，B、C和D均是一样的紫铜管，在紫铜管C和D上锯去一部分（白色区域），如图中的乙和丙图所示。现将强磁体释放，强磁体在B、C和D中下落的时间分别是t1、t2和t3，关于下落时间说法正确的是（　　）
A．t1=t2=t3 B．t1>t2>t3
C．t1>t3>t2 D．t17．雅礼中学99级校友阳萌发现不同系统的智能手机都有其各自的充电器，且不能通用。阳萌和他的团队花了一年多时间研发出一种带有万能芯片可以自动识别不同系统智能手机的充电器Anker，其中有一款产品支持无线充电技术，该技术使用的是以下哪一种物理原理（　　）
A．电流热效应 B．电磁感应
C．静电感应 D．霍尔效应
8．如图所示是测定自感系数很大的线圈L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．先拆除电流表 B．先断开S1
C．先拆除哪个器件都可以 D．先断开S2
9．如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0，A和B是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　）
A．S闭合的瞬间，A灯立即发光，B灯缓慢变亮
B．S闭合稳定后，A灯和B灯的亮度相同
C．S断开的瞬间，A灯和B灯都不会立即熄灭
D．S断开的瞬间，B灯会闪亮一下再缓慢熄灭
10．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
11．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，c灯立即亮，a、b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，a灯立即熄灭，b、c灯逐渐熄灭
D．开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
12．教材中介绍了很多利用电场和磁场工作的装置，以下各装置中哪一个工作原理不同于另外三个装置（　　）
A．速度选择器 B．磁流体发电机 C．电磁流量计 D．电磁炉
13．如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，A、B是完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　）
A．闭合S瞬间，A灯比B灯先亮
B．闭合S瞬间，A灯立即亮，B灯逐渐变亮
C．断开S瞬间，通过B灯的电流方向从左向右
D．断开S瞬间，A灯立即熄灭，B灯闪亮后熄灭
14．如图，A、B是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。则（　　）
A．闭合开关S时，A、B灯同时亮，且达到正常
B．闭合开关S时，B灯比A灯先亮，最后一样亮
C．闭合开关S时，A灯比B灯先亮，最后A灯比B灯亮
D．断开开关S时，A灯与B灯同时逐渐熄灭
15．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、填空题
16．如图所示，线圈的直流电阻为10Ω，R=20Ω，线圈的自感系数较大，电源的电动势为6V，内阻不计。则在闭合S瞬间，通过L的电流为______A，通过R的电流为______A；S闭合后电路中的电流稳定时断开S的瞬间，通过R的电流为______A。
17．下列现象属电磁阻尼的是________，属电磁驱动的是________。
A．磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做
B．微安表的表头在运输时要把两接线框短接
C．自制金属地雷探测器
D．交流感应电动机
E．当图中B变大时，a、b在固定光滑导轨上滑动
18．判断下列说法的正误．
（1）两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象．( )
（2）自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反．( )
（3）线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关．( )
（4）线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势．( )
19．本题为选做题，考生只选择一题作答．若两题都作答，则按24-A题计分．
A．(本题供选修1 -1的考生作答．) 如图所示的电路，当开关闭合时，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． B．(本题供选修3 - 1的考生作答．) 如图所示的电路，当开关与a相连时，通过灵敏电流表G的电流方向 （选填“向左”或“向右”) ．然后将开关与b相连，此时通过灵敏电流表的电流方向 (选填 “向左”或“向右”) ．
三、解答题
20．电子设备中常要用一种没有电感的精密电阻，它是用一根电阻线对折后绕制（双线并绕法）成的线圈，如图所示。为什么这种结构的电阻会没有电感呢？
21．人造卫星绕地球运行时，轨道各处地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流。分析这一现象中的能量转化情形，它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
22．如图是家庭用的“漏电保护器”的部分的原理图，入户的两根电线（火线和零线）采用双线绕法，然后再接户内的用电器．其中P是一个铁芯，P上的另一线圈接Q，它是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出，它是串联在本图左边的火线上，开关断开时，用户的供电被切断），Q所接的线圈的两端之间，当a、b间没有电压时，Q使得脱扣开关闭合，当a、b间有电压时脱扣开关立即断开，使用户断电．试问：
（1）用户正常用电时，a、b之间有没有电压？为什么？
（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关是否会断开？为什么？
23．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动。如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘的边缘，但并不与铜盘接触，铜盘就能在较短的时间内停止。分析这个现象产生的原因。
24．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】
【详解】
A．直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，A错误；
B．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，B正确；
C．锅体只能用铁磁性导体材料，不能使用绝缘材料制作锅体，C错误；
D．电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，D错误。
故选B。
2．D
【解析】
【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。
3．A
【解析】
【详解】
AB．由题意可知，本题中是涡流现象的应用，即采用线圈产生的磁场使金属杯产生感应电流，从而进行加热的，则由法拉第电磁感应定律可知，增加线圈的匝数、提高交流电的频率均可以提高发热功率，则可以缩短加热时间，故B错误，A正确；
C．将杯子换作瓷杯不会产生涡流，则无法加热水，故C错误；
D．将交流电源换成电动势更大的直流电源不会产生涡流，故D错误。
故选A。
4．B
【解析】
【详解】
方法一：自感电动势
电容
由
可知
由推导式得LC在国际单位制下的单位符号是。
方法二：由LC振荡回路的周期公式
可知，LC在国际单位制下的单位符号是。
故选B。
5．B
【解析】
【详解】
A．真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，选项A正确，不符合题意；
B．家用电磁炉锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，选项B错误，符合题意；
C．根据楞次定律，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，选项C正确，不符合题意；
D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成，能减小涡流，选项D正确，不符合题意。
故选B。
6．B
【解析】
【详解】
由图可知三根紫铜管中能够形成闭合回路的区域长度关系为
紫铜管中能够形成闭合回路的区域长度越长，强磁体下落过程中，在紫铜管中形成的感应电流的磁场对强磁体的阻碍时间越长，则强磁体下落时间越长，因此
t1>t2>t3
故选B。
7．B
【解析】
【详解】
无线充电是指利用电磁感应原理进行充电的设备，在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接交流电源产生变化磁场，接收端线圈因为磁通量变化从而产生电流给电池充电。
故选B。
8．D
【解析】
【详解】
若先断开开关S1或先拆去电流表，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，ABC错误，D正确。
故选 D。
9．D
【解析】
【详解】
AB．闭合S的瞬时，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，一段时间电流稳定后，A灯更亮，B灯熄灭，故AB错误；
DC．S断开的瞬间，灯泡B与线圈L构成自感回路，所以灯泡B闪亮一下后再逐渐熄灭，灯泡A立即熄灭，故C错误D正确。
故选D。
10．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。
11．D
【解析】
【详解】
A．开关S闭合时，b、c灯立即亮，因为线圈产生自感，会阻碍该支路电流的增大，所以a灯逐渐亮，A错误；
B．开关S闭合，电路稳定后，因L的直流电阻忽略不计，则a与b并联，三个灯泡都有电流流过，a、b、c灯都亮，B错误；
CD．开关S断开时，c灯立即熄灭，线圈及b、a灯构成回路，线圈产生自感以阻碍电流减小，b、a灯逐渐熄灭，C错误，D正确；
故选D。
12．D
【解析】
【详解】
速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计都是带电粒子在电磁场中的运动。而电磁炉是电磁感应现象。
故选D。
13．D
【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，分流作用增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，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AB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变亮再逐渐熄灭，通过B灯的电流方向从右向左，而灯泡A立即熄灭，故C错误，D正确；
故选D。
14．D
【解析】
【详解】
ABC．开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，A灯立即发光，由于线圈的自感阻碍，B灯后发光，逐渐变亮，由于自感线圈的电阻可忽略，所以最后两灯一样亮，故ABC错误；
D．断开开关S的瞬间，线圈与两灯一起构成一个自感回路，由于线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，两灯同时逐渐熄灭，故D正确。
故选D。
15．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。
16． 0 0.3 0.6
【解析】
【详解】
[1]．在闭合S的瞬间，由于L的自感作用，将阻碍电流的增加，从零增加到最大，所以接通开关的瞬间通过L的电流为零；
[2]．电阻R无自感现象，接通瞬间就达到稳定电流为
[3]．电路中的电流稳定时，流过L的电流
在开关断开的瞬间，由电源提供给电阻R的电流瞬间消失，由于线圈L的自感作用，其电流不能马上消失，从稳定的电流逐渐减小到零，此时通过R的电流是线圈中的自感电流，所以方向与原电流方向相反，开关断开瞬间电流为0.6A。
17． AB DE
【解析】
【详解】
[1]电磁阻尼是指导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体运动，磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做，是利用电磁阻尼作用让指针快速停止摆动；微安表的表头在运输时要把两接线框短接，也是利用电磁阻尼作用让表头指针不发生剧烈摆动。
[2]电磁驱动是磁场相对导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力作用，安培力使导体运动而不是阻碍导体运动，交流感应电动机是利用电磁驱动使电动机线圈转动；E选项图中B变大时，a、b在安培力的作用下沿固定光滑导轨滑动。
18． 错误 错误 错误 正确
【解析】
【分析】
【详解】
略
19．24-A．逐渐 立刻；24-B．向右 向左．
【解析】
【详解】
试题分析：24-A．当开关闭合时，由于自感作用，电感器要阻碍电流的增大，小灯泡逐渐变亮．当开关断开时，由于无法形成回路，小灯泡立即熄灭．
24 - B．当开关与a相连时，电容器充电，通过灵敏电流表G的电流方向向右；将开关与b相连，电容器放电，由于上极板带正电，此时通过灵敏电流表的电流方向向左．
考点：自感现象、电容充放电
20．见解析
【解析】
【详解】
双线并绕法中两根线的电流大小相等方向相反，两根线产生的磁场也大小相同，方向相反，相互叠加后抵消。
21．它会导致卫星机械能减少，会使轨道半径减小，造成卫星离地高度下降
【解析】
【分析】
【详解】
当穿过人造卫星的磁通量发生变化时，外壳中会有涡流产生，这一电能的产生是由机械能转化来的。它会导致卫星机械能减少，会使轨道半径减小，造成卫星离地高度下降。
22．(1)没有电压 (2) Q所接线圈中产生电磁感应，a、b间有电压，Q会断开，从而保护了用户的用电安全
【解析】
【详解】
（1）由题文中提取的有用信息是：“火线和零线采用双线”，正常工作时通过两线的电流时刻大小相等方向相反，在铁芯中磁通量时刻为零，因此，在Q所接线圈中不会产生电磁感应，a、b间没有电压．
（2）手误触火线时，相当于把入户线短接，通过人体的电流不通过线圈，所以火线通过的电流大于地线通过的电流，在铁芯中磁通量不再为零，因此，在Q所接线圈中产生电磁感应，a、b间有电压，Q会断开，从而保护了用户的用电安全．
23．铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的转动铜盘能在较短的时间内停止转动。
【解析】
【详解】
把磁铁加在铜盘边缘，铜盘内就会产生涡流，起到电磁阻尼作用。
24．（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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