2.3 自感现象与涡流 综合练习（Word版含解析）

12458700126492002.3、自感现象与涡流
一、选择题（共16题）
1．如图所示，某品牌手机一经面世，就受到世人追捧，除了领先世界的5G通信、信息安全以外，人们还可以体验它无线充电的科技感。题图为无线充电原理图，由与充电底座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为手机充电。在充电过程中（　　）
A．送电线圈中产生均匀变化的磁场
B．送电线圈中产生稳定不变的磁场
C．无线充电的原理是互感现象
D．手机电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流
2．如图是一种电加热装置，当把一铁块放入线圈中且不接触线圈，稍等片刻，铁块就会烧得通红，小明同学由此做出了以下一些猜想，其中正确的是（　　）
A．若把一干燥的木棍伸入线圈中，木棍会被烧着
B．线圈内部一定通有随时间变化的电流
C．线圈内部一定通有强度很大的恒定直流
D．铁块是否会变红与线圈中电流是否变化无关
3．图示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关．关于三盏灯泡，下列说法正确的是
A．合上开关，c、b先亮，a后亮
B．合上开关一会后，b比a亮
C．断开开关，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭
D．断开开关，c马上熄灭，a闪一下后和b一起缓慢熄灭
4．小明和其他同学利用学生电源、一个小灯泡、一个忽略电阻的线圈L、开关和若干导线连成如图甲所示的电路。小明断开开关，把小灯泡取走，几位同学手牵手接入电路中，如图乙所示。下列说法正确的是（???????）
A．图甲中，闭合开关，电路稳定后，小灯泡中的电流大于线圈L中的电流
B．图甲中，断开开关的瞬间，小灯泡立即熄灭
C．图乙中，在断开开关的瞬间有电流通过这几位同学
D．图乙中，在断开开关的瞬间流过这几位同学的电流大于流过线圈L的电流
5．如图所示是一种焊接方法的原理示意图．将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊接工件就焊接在一起了．我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的．下列说法中正确的是（????????）
A．这种焊接方法的原理是电流的磁效应
B．线圈中通入的交流电频率越高，焊缝处温度升高的越快
C．线圈中的电流是很强的恒定电流
D．待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反
6．电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象。在如图所示的实验电路中，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
7．金属探测器是用来探测金属的仪器，关于其工作原理，下列说法中正确的是
A．探测器内的探测线圈会产生稳定的磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到金属物是因为金属物中产生了涡流
D．探测到金属物是因为探测器中产生了涡流
8．下面四幅图展示了一些物理学的应用，下列说法正确的是（　　）
A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作
B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到重力作用
C．丙图，其内部用包含金属丝的织物制成，因为金属丝很坚韧，有利于保护人体
D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁驱动现象
9．在如图所示的电路中，把灯泡A和带铁芯的线圈L并联在直流电路中，接通电路。待灯泡A正常发光后，断开开关S，以下说法正确的是（　　）
A．断开S的瞬间，灯泡立即熄灭
B．断开S的瞬间，通过灯泡的电流方向为从C到D
C．断开S后，肯定会观察到灯泡先闪亮一下再熄灭
D．断开S后，由于条件不足，不能确定灯泡是否闪亮一下再熄灭
10．如图所示的电路中，a、b为两盏完全相同的灯，L是自感线圈，线圈的直流电阻值跟灯的电阻值相等。则下列说法正确的是（　　）
A．合上开关后，a、b两灯同时亮起来，最后一样亮
B．合上开关后，a灯先亮起来，b灯后亮
C．断开开关后，b灯逐渐熄灭，没有出现闪亮一下的现象
D．断开开关后，a灯马上熄灭，b灯先闪亮一下，然后逐渐熄灭
11．如图所示，false是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻几乎为零。false和false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，电路中A、B是规格相同的灯泡，L是电阻可忽略不计的电感线圈，那么（　　）
A．断开S，B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭
B．合上S，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B一样亮
C．断开S，A立即熄灭，B由亮变暗后熄灭
D．合上S，A、B逐渐变亮，最后A、B一样亮
13．如图所示，一金属小球用一根绝缘细线挂在固定点O处，将小球从匀强磁场区域外静止释放，磁感线的方向垂直纸面向里，空气阻力不计。则（　　）
A．小球的运动过程中，摆角会越来越小，直到摆角小到某一值后不再减小
B．小球的运动到最低点时速度最大，产生的感应电流最大
C．小球在摆动过程中机械能守恒
D．小球开始的摆动后，最终将停止在竖直线OO′
14．如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻可认为是0，A是小灯泡，电源电动势略大于小灯泡的额定电压，电源内阻较小但不能忽略。下列说法正确的是（???）
A．开关S闭合时，A灯亮度慢慢增加 B．开关S闭合时，A灯马上发光
C．开关S闭合稳定后，A灯正常发光 D．开关S断开瞬间，A灯会闪亮下再熄灭
15．如图所示的电路中，A、B是完全相同的灯泡，L是自感系数很大但直流电阻为零的线圈，下列说法中正确的是(　　)
A．当开关S闭合时，A灯先亮，B灯后亮
B．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，之后B灯更亮，A灯逐渐变暗至熄灭
C．当电路稳定后断开开关S时，A灯闪亮一下后慢慢熄灭，B灯马上熄灭
D．当电路稳定后断开开关S时，A灯无变化，B灯马上熄灭
16．如图，电灯的灯丝电阻为2Ω，电池电动势为2V，内阻不计，线圈匝数足够多，其直流电阻为3Ω．先合上电键K，过一段时间突然断开K，则下列说法中错误的是（　　）
A．电灯立即熄灭
B．电灯立即先暗再熄灭
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
二、填空题
17．线圈中电流减小时，______中的能量释放出来转化为电能．
18．(1)某同学欲将如图1所示的微安表改装成量程为false的电压表。已知微安表的内阻为false，需要_____（选填“串联”或“并联”）false________false的电阻。
(2)该同学用改装后的电压表测量某段电路两端的电压时，指针所指位置如图2所示，则所测的电压为________false。
(3)微安表在运输时需要用导体把正负两个接线柱连在一起，请说明这样做的理由______。
19．如图所示的电路，L1和L2是两个相同的小电珠，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在电键S刚接通时，__灯最亮；S断开时，__灯先熄灭．
20．如图所示电路中，L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，false和false是两个完全相同的小灯泡。将电键K闭合，再将电键K断开，则观察到的现象是：K闭合瞬间，false______________________________，false______________________________。
三、综合题
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．回旋加速器中带电粒子的运动涉及匀速圆周运动（磁场中）和匀加速直线运动（电场中），有时还需综合运用前面所学的相关知识解决问题。
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。氦核在第n次加速后进入D形盒中的回旋半径与第n+1次加速后进入另一D形盒中的回旋半径之比是多少？
23．如图所示是一种触电保护器，变压器A处用双股相线（火线）和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器上，B处有一个输出线圈，一旦有电流，经放大后便能立即推动继电器J切断电源，下列情况下能使保护器切断电源起保护作用的是哪一种？说明理由。
(1)增加开灯的盏数；
(2)当有人双手分别接触相线（火线）和零线触电时；
(3)当有人单手接触相线（火线），脚与地相接触而触电时。
参考答案：
1．C
【详解】
AB．由于送电线圈中通入周期性变化的电流时，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化．故AB错误；
C．无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递。故C正确；
D．周期性变化的磁场会产生周期性变化的电场，输出的不是恒定电流。故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．由题意可知这是电磁感应现象，木棍不能形成电流，故木棍不会烧着，A错误；
BCD．变化的电流能产生变化的磁场，变化的磁场可在铁块内部产生涡流，由于电流的热效应才把铁块烧红，CD错误，B正确。
故选B。
3．A
【详解】
试题分析：开关S闭合瞬间，因线圈L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a灯的电流逐渐增大，所以b、c先亮，a后亮，故A正确；合上开关一会儿后，因线圈中电流逐渐稳定，则相当于导线，所以a、b一样亮，故B错误；断开开关S的瞬间，由电感的特性可知：L和a、b组成的回路中有电流，导致a、b一起缓慢熄灭；而c没有电流，马上熄灭．由于原来ab两灯的电流相等，开关断开的瞬间，通过a、b和线圈回路的电流与a灯原来的电流相同，所以两灯都不会闪亮，故CD错误；故选A.
4．C
【详解】
AB．由图甲可知，闭合开关，电路稳定后，由于线圈电阻忽略不计，小灯泡短路，流过小灯泡的电流为0，线圈中的电流大于小灯泡中的电流，断开开关的瞬间，线圈由于自感，使小灯泡发光，AB错误；
CD．由图乙可知，闭合开关，线圈使几位同学短路，断开开关的瞬间，线圈由于自感，线圈和几位同学组成闭合回路，流过几位同学的电流与流过线圈的电流大小相等，D错误，C正确。
故选C。
5．B
【详解】
A、B项：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，故A错误，B正确；
C项：恒定电流不能在工件中产生感应电流，故C错误；
D项：若磁通量减少时，焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向相同，故D错误．
故选B．
6．D
【详解】
闭合S瞬间，外电路电阻最大，然后外电路电阻逐渐减小，外电压逐渐减小，所以通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值大于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流小于通过电流传感器的电流。t＝t1时刻断开开关S，由于自感现象，原来通过线圈L的电流从左向右流过电流传感器，逐渐减小。D图符合题中情况，D正确。
故选D。
7．C
【详解】
金属探测器探测金属时，探测器内的探测线圈会产生变化的磁场，被测金属中感应出涡流，故选项AD错误，C正确；所有的金属都能在变化的磁场中产生涡流，所以不一定是只有有磁性的金属物才会被探测器探测到，选项B错误；故选C.
8．A
【详解】
A．甲图，其工作原理是线圈通以变化电流后，在锅体中产生涡流，进而发热工作，A正确；
B．乙图，它可以指示南北方向，其工作原理是由于指针受到地磁场的作用力，B错误；
C．丙图，电工服不应含金属丝，内部用包含金属丝的织物制成的服装应作为防辐射服，有静电屏蔽作用，C错误；
D．丁图，在运输途中为防止指针猛烈偏转而损坏，会将其正负接线柱用导线连接，这是利用了电磁感应中的电磁阻尼现象，D错误。
故选A。
9．D
【详解】
当灯泡处于正常发光状态，线圈的直流电阻远小于灯泡的电阻，故线圈支路的电流大于灯泡电流，开关断开，则灯泡中的电流立即消失，但是L由于自感要阻碍自身电流的减小，L中的电流逐渐减小，由于L与灯泡组成回路，L中的电流要经过灯泡，所以灯泡中的电流突然变大且电流为反方向由D到C，然后逐渐减小到0，由于题中没有说明电感线圈的电阻与灯泡的电阻大小未知，故不能确定灯泡是否闪亮一下再熄灭。
故选D。
10．C
【详解】
AB．合上开关后，L中电流瞬间增大，L会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，则a、b两灯串联在电路中，同时发光且亮度相同，当电路中电流稳定后，L与b灯并联后再与a灯串联接入电路，通过a灯的电流等于通过b灯电流的2倍，所以最后a灯比b灯亮，故AB错误；
CD．断开开关后，通过a灯的电流立刻变为零，a灯马上熄灭。而L会产生自感电动势阻碍其电流减小，L与b灯在同一回路中，由题意可知断电前通过L和b灯的电流相等，所以L产生的自感电动势并不会使b灯中电流出现瞬间增大，所以b灯逐渐熄灭，没有出现闪亮一下的现象，故C正确，D错误。
故选C。
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．A
【详解】
AC．断开S，线圈中电流要减小，会产生自感电动势，故只能缓慢减小，小球与电灯A构成回路放电，故B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭，故A正确，C错误；
BD．开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光；由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小，B灯逐渐增大，则A灯变暗，B灯变亮，故B错误，D错误。
故选A。
13．A
【详解】
AB．由于从左侧摆到右侧的过程中，线框中磁通量发生变化，因而产生感应电流，由于电阻的存在，线框中将产生焦耳热，根据能量守恒知线框的机械能将不守恒，故在左侧线框的高度将高于起始时右侧的高度，所以摆角会越来越小，当完全在磁场中来回摆动时，则没有感应电流，圆环最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，故C正确，D错误；
C．金属环进入磁场后，由于没有磁通量的变化，因而圆环中没有感应电流，不受磁场力作用，只在重力作用下，离平衡位置越近，则速度越大，故C错误；
D．当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流．环进入和离开磁场区域，磁通量分别是增大和减小，故产生感应电流，从而将机械能转化为电能；故机械能不再守恒；故D错误。
故选A。
14．BD
【详解】
AB．开关S闭合瞬间，灯泡A与电源直接相连因此立即发光，A错误，B正确；
C．由于线圈自身的直流电阻为0，而电路稳定时线圈相当于一根导线，且灯泡与线圈并联，则A灯熄灭，C错误；
D．开关断开瞬间，灯泡A与线圈L构成闭合回路，则线圈的电流流过A灯，所以A灯会闪亮下再熄灭，D正确。
故选BD。
15．BC
【详解】
开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光．由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小，A灯逐渐变暗，直至熄灭，而流过B的电流增大，所以B灯变亮．故A错误B正确；断开开关S的瞬间，B灯的电流突然消失，立即熄灭；流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，维持L中的电流逐渐减小，所以A灯突然闪亮一下再熄灭，故C正确D错误．故选BC．
16．ACD
【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大，断开前通过线圈是电流小于通过灯泡的电流，即电灯会突然比原来暗一下再熄灭，B正确ACD错误．
17．磁场
【详解】
略
18．???? 串联???? false???? false???? 利用电磁阻尼原理，目的是保护电表指针，防止指针打坏
【详解】
(1)把微安表改装成电压表,需要串联一个分压电阻，故选填“串联”。
已知微安表的满偏电流为
false
分压电阻的阻值为
false
(2)图2的读数为
false
所测电压为
false
(3)微安表在运输过程中由于振动会使指针不停的摆动，可能导致指针损坏，若将正负接线柱接在一起，就相当于把电表的线圈电路组成闭合回路，当指针摆动时，产生感应电流，进而就有安培力作用，安培力会阻碍指针的摆动，保护指针。这就是利用电磁阻尼原理，目的是保护电表指针，防止指针打坏。
19．???? L1???? L2
【详解】
该电路是左右两部分并联后由串联起来，S刚接通时，L2立即发光．L上产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势会阻碍电流增大．使通过线圈L的电流慢慢增大，而R上没有自感现象产生，左右两个电路总电流相等，由两个电路对比可知，此瞬间，通过L1的电流比L2上的电流大．所以S刚刚接通时L1灯最亮；
S断开时，L和L1构成自感回路，L2不在回路中，所以S断开时，L立刻熄灭，L1后熄灭。
20．???? 立刻亮而后熄灭???? 立刻亮而后更亮
【详解】
L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，D1和D2是两个完全相同的小灯泡，K闭合瞬间，但由于线圈的电流增加，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，所以两灯同时亮，当电流稳定时，由于电阻可忽略不计，所以以后D1立刻亮而后熄灭，D2立刻亮而后更亮。
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
【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．false
【详解】
氦核在磁场中做匀速圆周运动，有
false
氦核在电场中做匀加速直线运动，第n次加速后有
false
氦核在电场中做匀加速直线运动，第n+1次加速后有
false
联立，可得氦核在第n次加速后进入D形盒中的回旋半径与第n+1次加速后进入另一D形盒中的回旋半径之比为
false
23．第(3)种，理由见解析
【解析】
(1)不能。因A处线圈采用的是双线绕法，增加开灯的盏数只会使电路中电流增大，但A处两线中电流始终大小相等方向相反，线圈中磁通量相互抵消，B中磁通量始终为零，不发生改变。B中没有感应电流，故不能推动继电器J切断电源。
(2)不能，理由同(1)，因为双手分别接触相线和零线相当于将一个电阻并联接入电路。
(3)能。因为有电流通过人体而流入地下，使A处相线与零线的电流不同，从而使B中磁通量发生改变，B中产生感应电流，从而推动继电器J切断电源。