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．下列哪些单位关系是不正确的（　　）
A．1亨=1欧·秒
B．1亨=1伏·安/秒
C．1伏=1韦/秒
D．1伏=1亨·安/秒
2．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．增加线圈的匝数 B．降低交流电源的频率
C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯
3．目前金属探测器已经广泛应用于地铁站、火车站、高考考场等重要场所的安检。关于金属探测器，下列有关论述正确的是（　　）
A．金属探测器可用于月饼生产中，用来防止金属颗粒混入月饼馅中
B．金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物，是因为探测器的线圈中能产生涡流
C．使用金属探测器的时候，应该让探测器静止不动，探测效果会更好
D．能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品，是因为探测器的线圈中通有直流电
4．如图所示，电阻R的阻值和线圈自感系数L的值都较大，电感线圈的直流电阻不计，A、B是两只完全相同的灯泡，则下列说法正确的是（　　）
A．当开关S闭合时，B比A先亮，然后A熄灭
B．当开关S闭合时，B比A先亮，然后B熄灭
C．当电路稳定后开关S断开时，B立刻熄灭，A闪一下后再逐渐熄灭
D．当电路稳定后开关S断开时，B逐渐熄灭，A闪一下后再逐渐熄灭
5．电子电路是由最基本的电子元器件如电阻、电容、电感等组成，以此来实现不同的设计需求。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（　　）
A．闭合开关S后，A先亮，B后亮
B．闭合开关S后，A先亮，然后缓慢变暗
C．断开开关S后，A和B都闪亮后逐渐熄灭
D．断开开关S后，A立即熄灭，B灯闪亮后逐渐熄灭
6．某同学为了验证自感现象，自己找来带铁芯的线圈（线圈的自感系数很大，构成线圈导线的电阻可以忽略）、两个相同的小灯泡A和B、开关和电池组，用导线将它们连接成如图所示的电路。经检查，各元件和导线均是完好的，检查电路无误后，开始进行实验操作。他可能观察到的现象是（　　）
A．闭合瞬间，B比A先亮 B．闭合瞬间，A、B一起亮
C．断开瞬间，A、B逐渐熄灭 D．断开瞬间，A比B先熄灭
7．关于自感现象、自感系数、自感电动势，下列说法正确的是（　　）
A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，线圈自感系数为零
B．线圈中电流变化越快，线圈的自感系数越大
C．自感电动势与原电流方向相反
D．对于确定的线圈，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比
8．某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关，小灯泡发光；再断开，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未见老师演示断电时出现的小灯泡闪亮现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　）
A．线圈电阻较大 B．小灯泡电阻较大
C．电源的电动势较小 D．线圈的自感系数较大
9．如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则关于小磁块，下列说法正确是（　　）
A．小磁块下落时间长的管是塑料管
B．在两个下落过程中的机械能都守恒
C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动
D．小磁块落至底部时速度大小相等
10．如图所示的电路中，A、B是规格相同的灯泡，L是自感系数较大、电阻可以忽略不计的线圈，电源电动势E不变。下列说法正确的是（　　）
A．合上S，电流稳定后A、B亮度相同
B．合上S的瞬间，B先亮，A逐渐变亮
C．电流稳定后断开S的瞬间，A、B均立即熄灭
D．电流稳定后断开S的瞬间，A闪亮后逐渐熄灭，B立即熄灭
11．如图所示，一块长方形光滑铝板A1水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝球以初速度v从板的左端沿中线向铝板的右端滚动，则（　　）
A．铝球的滚动速度将越来越小
B．铝球将保持匀速滚动
C．铝球的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝球的运动速率不变，但运动方向发生改变
12．如图所示电路中，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻可不计。在开关S接通和断开时，下列说法正确的是（　　）
A．S接通时，A2先达到最亮，稳定后A1与A2亮度相同
B．电路稳定后断开S时，A2先熄灭，A1闪亮后熄灭
C．S接通时，A1先达到最亮，稳定后A1与A2亮度相同
D．电路稳定后断开S时，A1闪亮后与A2一起熄灭
13．磁力刹车是游乐场中过山车采用的一种新型刹车装置，比靠摩擦力刹车更稳定。如图为该新型装置的原理图（从后面朝前看），过山车的两侧装有铜片，停车区的轨道两侧装有强力磁铁，当过山车进入停车区时，铜片与磁铁的相互作用能使过山车很快停下来。下列说法正确的是（　　）
A．磁力刹车利用了电流的磁效应
B．磁力刹车属于电磁驱动现象
C．磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能
D．过山车的质量越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大
14．下列说法正确的是（　　）
A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度不一定为零
B．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，数值上等于把单位电荷量的负电荷从电源正极移动到电源负极非静电力做的功
C．运动电荷在磁场中某处不受洛伦兹力作用则该处的磁感应强度一定为零
D．自感系数与线圈的匝数、是否有铁芯和电流的变化率有关
15．如图所示的电路中，a、b是两个完全相同的灯泡，L为自感线圈（直流电阻不计），E为电源，S为开关。下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关，a、b同时亮
B．闭合开关，a先亮，b后亮
C．断开开关，a先熄灭，b闪亮后熄灭
D．断开开关，b先熄灭，a闪亮后熄灭
二、填空题
16．手机是利用_______传送信号的；电磁炉是利用________加热的；医院里常用的CT检查是利用_________来成像的．
17．一个线圈接通电路时,通过它的电流变化率为10A/s,产生的自感电动势为3.0V,切断电路时,电流的变化率为50A/s,产生的自感电动势为______V,这个线圈的自感系数为______.
18．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做______运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）
19．阅读短文，回答问题：
磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具，是高新技术的产物。上海磁悬浮列车示范运营线项目于2006年4月26日正式通过国家竣工验收。正线全长约30 km，设计最高运行时速430 km/h，单向运行时间7 min 20 s。
(1)上海磁悬浮列车的结构如图甲所示。要使列车悬浮起来，车身线圈的上端是________极。
(2)如图乙是另一种磁悬浮列车的设计原理图．A是磁性稳定的电磁铁，安装在铁轨上，B是安装在车身上（紧靠铁轨上方）的电阻非常小的螺线管。B中电流方向如图乙所示，请在图中标出通电螺线管的N极，螺线管B与电磁铁A之间相互________（选填“排斥”或“吸引”），从而使列车悬浮在铁轨上方。
三、解答题
20．在电视机的显像管中，电子束经电压为U的电场加速后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O，半径为r0当不加磁场时，电子束将通过O点打到屏幕的中心M点。已知电子的质量为m，电荷量大小为e，若使电子束偏转角度为，此时磁场的磁感应强度B应为多少？
21．一自感线圈，电流从最大值减小到零的时间为0.05 s，产生的感应电动势为180 V，如果电流在0.03 s内减小到零，则线圈两端可得到多大感应电动势？
22．李辉用多用表的欧姆挡测量一个演示用可拆变压器原线圈的电阻，以断定它是否断路．刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈暴露出金属导线的两端让李辉测量．测量时表针摆过了一定角度，李辉由此确认线圈没有断路．正当李辉把多用表的表笔与被测线圈脱离时，刘伟突然惊叫起来，说自己被电击了一下．李辉很奇怪，用手摸摸线圈两端，没有什么感觉，再摸摸多用表的两表笔，也没有什么感觉，两位同学隐隐觉得这个现象和线圈有关系．请你分析一下，是什么原因导致断开电表时刘伟被电击
23．如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交流电的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起，当A中通有交流电时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化而焊接起来.
（1）试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系.
（2）试解释说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件其他部分并不是很热.
24．用电源频率为f的回旋加速器对电荷量为q、质量为m的氦核加速，使氦核的能量达到Ek。这个回旋加速器的半径r为多大？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
根据法拉第电磁感应定律得
得1伏=1韦/秒=1亨·安/秒，变换得1亨=1伏/(秒·安) =1欧·秒。
故选B。
2．A
【解析】
【详解】
A．根据法拉第电磁感应定律
增加线圈的匝数n，可以增大感应电动势，使线圈产生的磁场增强，可以缩短加热时间，A正确；
BCD．根据法拉第电磁感应定律
降低交流电源的频率和取走线圈中的铁芯，感应电动势就减小，使线圈产生的磁场减弱，加热时间延长。将金属杯换为瓷杯，瓷杯是绝缘体无法形成涡流，故不能加热，BCD错误。
故选A。
3．A
【解析】
【详解】
ABD．金属探测器是通过其通有交流电的探测线圈，在隐藏金属中激起涡流，反射回探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用，A正确，B、D错误；
C．当探测器对于被测金属发生相对移动时，探测器中线圈的交流电产生的磁场相对变化较快，在金属中产生的涡流会更强，检测效果更好，C错误。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
AB．当开关S闭合时，L产生较大的自感电动势阻碍其电流增大，此时L可视为断路，所以A和B同时亮，当电路稳定后，L相当于导线，所以A被短路，即熄灭，故AB错误；
CD．当电路稳定后开关S断开时，通过B的电流立刻变为零，B立刻熄灭。L产生较大的自感电动势阻碍其电流减小，而L又与A在同一回路中，所以A会突然闪亮一下，随着自感电动势逐渐减小至零，A逐渐熄灭，故C正确，D错误。
故选C。
5．D
【解析】
【详解】
AB．闭合开关S后，L中虽然会产生自感电动势阻碍通过线圈的电流增大，但不会影响到A、B两灯发光，所以A、B两灯同时亮。当电路中电流稳定时，L相当于导线，此时B被短路，所以B先亮，然后缓慢变暗，故AB错误；
CD．断开开关S后，通过A灯的电流瞬间变为零，所以A立即熄灭，而L中会产生自感电动势阻碍通过线圈的电流减小，此时L与B在同一回路中，所以B灯闪亮后逐渐熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
6．C
【解析】
【详解】
AB．从实物图中我们可以看出两个小灯泡是间接并联关系，其中自感线圈和B灯泡串联，当闭合开关的瞬间，通过B的电流增大，自感线圈产生感应电流阻碍电路电流增大，所以B是逐渐亮起来，而A灯泡不受影响，所以A比B先亮，故AB错误；
CD．当断开开关的瞬间，电源电流减小，自感线圈要阻碍电流的减小，产生与原电流方向相同的感应电流，此时A、B串联构成回路，所以A、B灯泡是缓慢熄灭，故C正确，D错误。
故选C。
7．D
【解析】
【详解】
A．当线圈中通恒定电流时，线圈中没有自感现象，不产生自感电动势，但是线圈自感系数不为零。故A错误；
B．线圈中电流变化越快，产生的自感电动势越大，线圈的自感系数与电流变化快慢无关。故B错误；
C．根据楞次定律，当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流增大，自感电动势方向与原电流方向相反；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流减小，自感电动势方向与原电流方向相同。故C错误；
D．对于确定的线圈，自感系数L一定，其产生的自感电动势与其电流变化率成正比，故D正确。
故选D。
8．A
【解析】
【详解】
A．线圈电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡不发生闪亮现象，A正确；
B．若灯泡电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡将发生闪亮现象，B错误；
C．开关断开开关时，灯泡能否发生闪亮，取决于灯泡的电流有没有增大，与电源的电动势无关，C错误；
D．线圈的自感系数较大，产生的自感电动势较大，但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小，D错误。
故选A。
9．C
【解析】
【详解】
AC．当小磁块在光滑的金属管中下落时，由于穿过金属管的磁通量变化，导致金属管产生感应电流，从而产生安培阻力，而对于塑料管内小磁块没有任何阻力，在做自由落体运动，所以在金属管中小磁块受到安培阻力，则在金属中的下落时间比在塑料管中的长，故A错误，C正确；
B．在塑料管中下落时机械能守恒；在金属管中下落时机械能减小，选项B错误；
D．在塑料管中下落时加速度较大，则小磁块落至底部时速度较大，选项D错误。
故选C。
10．D
【解析】
【详解】
AB．合上S的瞬间，由于线圈产生自感电动势，电流同时流过灯泡A、B，则两灯同时亮，电流稳定后，由于线圈电阻不计，则灯A被短路，熄灭，故AB错误；
CD．电流稳定后断开S的瞬间，由于线圈产生自感电动势，且与灯A组成回路，所以A闪亮后逐渐熄灭，B立即熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
11．A
【解析】
【详解】
AB．由于铝环的移动，导致产生感应电动势，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其速度越来越小，A正确，B错误；
C．运动的铝环受到安培力，与磁场方向垂直，因此不会偏向磁铁的N极或S极，C错误；
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变，当铝环的速度为零时，磁通量不变，则没有安培力出现，所以会停止，D错误。
故选A。
12．B
【解析】
【详解】
AC．S接通时，由于线圈L的自感系数很大，流过A1灯泡的电流大于A2灯泡，因此A1灯泡较亮，稳定后线圈相当于短路，A1灯泡熄灭，A2灯泡仍发光，故AC错误；
BD．电路稳定后断开S时，A2立即熄灭，由于线圈L的自感作用，A1先闪亮后逐渐熄灭，故B正确，D错误。
故选B。
13．C
【解析】
【详解】
AB．磁力刹车过程会产生涡流，属于电磁感应现象，并非是电流的磁效应，也不属于电磁驱动现象，选项A、B错误；
C．磁力刹车的过程中，铜片穿过磁铁时产生涡流，在磁场中受到安培力作用，阻碍过山车的运动，故磁力刹车的过程中动能转化为电能，最终转化成内能，选项C正确；
D．过山车的速度越大，进入停车区时由电磁作用引起的刹车阻力越大，和质量无关，选项D错误。
故选C。
14．B
【解析】
【详解】
A．由电场力可知，电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度一定为零，故A错误；
B．电动势的定义式，反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，数值上等于把单位电荷量的负电荷从电源正极移动到电源负极非静电力做的功，故B正确；
C．由可知，运动电荷在磁场中某处不受洛伦兹力作用，可以是该处的磁感应强度为零，或速度与磁感应强度平行，故C错误；
D．自感系数与线圈的匝数、是否有铁芯有关，与电流的变化率无关，故D错误。
故选B。
15．B
【解析】
【详解】
AB．由图可以看出，a、b灯泡在两个不同的支路中，对于纯电阻电路，不发生电磁感应，通电后用电器立即开始正常工作；但对于含电感线圈的电路，在通电时，线圈产生自感电动势，对电流的增大有阻碍作用，使b灯后亮，则合上开关，a先亮，b后亮，A错误B正确；
CD．L为自感线圈（直流电阻不计），接通时通过两灯的电流一样，当断开电键时，线圈中产生自感电动势，由a、b及电感线圈组成一个回路，两灯同时逐渐熄灭，CD错误。
故选B。
16． 电磁波； 涡流； X射线
【解析】
【详解】
手机是利用电磁波传送信号的；电磁炉是利用涡流加热的；医院里常用的CT检查是利用X射线来成像的．
17． 15V 0.3H
【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50A/s，产生的自感电动势是.
18．减速
【解析】
【详解】
试题分析：楞次定律的表现是：“来拒去留，增缩减扩”，本质是磁场对感应电流的作用．可根据这两个表现来进行判断．
根据楞次定律的表现：“来拒去留”，所以磁铁在穿过环之前，圆环产生的感应电流对磁铁是“拒”的作用，即阻碍作用，阻碍磁铁的靠近，故磁铁会减速．
穿过环之后的短时间内，圆环产生的感应电流对磁铁是“留”的作用，也会阻碍磁铁向前运动，故磁铁会减速．
19． S 排斥
【解析】
【详解】
(1)[1]．在图甲中，应把车身吸引上来，才能使车身悬浮，故车身线圈上端是S极；
(2)[2]．在图乙中，根据右手螺旋定则知，通电螺线管的上端是N极，下端是S极，要使车悬浮起来，相对的两个磁极应相互排斥。
20．
【解析】
【分析】
【详解】
电子在电场中加速，有
电子在磁场中做匀速圆周运动，有
根据几何关系，可知
联立，可得
21．300 V
【解析】
【详解】
由线圈自感电动势的大小公式得：
、
联立解得：
22．线圈在与表笔断开瞬间产生了感应电动势
【解析】
【详解】
欧姆表的测量电阻时，其电流值非常小，人即使直接接触也不会有电击感；而变压器的线圈在电流变化时会产生自感电动势，这个值比较大，人会有电击感，由于刘伟双手分别握住线圈裸露的两端，故实际相当于刘伟并联到了变压器上．
点晴：本题考查了自感电动势产生的条件，要知道欧姆表测电阻时，电流是很小的；当电流变化时线圈才会产生较大的自感电动势．
23．见解析
【解析】
【详解】
（1）线圈A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流的热功率也越大，焊接越快。
（2）B中各处电流大小相等，但在接口a处因是点接触，此种接触电阻很大，电流的热功率也很大，而其他部分电阻很小，电流的热功率也很小，所以接口处已被熔化，而其他部分并不是很热。
【点睛】
涡流现象产生的热效应取决于产生电流的强弱及电阻的大小，而电流的强弱又取决于感应电动势的大小，感应电动势的大小又受线圈交变电流变化快慢的影响，即受交变电流频率的影响。
24．
【解析】
【分析】
【详解】
粒子的运动周期
氦核粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的频率
得
又因
氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动，有
得
得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页