2.4互感和自感 练习（word版含答案）

人教版（2019）选择性必修二 2.4 互感和自感
一、单选题
1．如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻几乎为零。A和B是两个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．当闭合开关S后，灯泡A亮度一直保持不变
B．当闭合开关S后，灯泡A、B同时变亮，最后亮度相同
C．再断开开关S后，灯泡A逐渐变暗，直到不亮
D．再断开开关S后，灯泡B由暗变亮再逐渐熄灭
2．如图所示，、是两个完全相同的灯泡，其额定电压均为，图中电源电动势，其内阻不计，是具有单向导电性的理想二极管，是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。则下列说法正确的是（　　）
A．电键闭合瞬间，、同时逐渐变亮
B．电键闭合瞬间，逐渐变亮，不亮
C．电键断开瞬间，、均立即熄灭
D．电键断开瞬间，立即熄灭，逐渐熄灭
3．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
4．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
5．如图所示的电路中，和是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是（　　）
A．合上开关S接通电路时，先亮后亮，最后一样亮
B．合上开关S接通电路时，和始终一样亮
C．断开开关S切断电路时，立即熄灭，过一会才熄灭
D．断开开关S切断电路时，立即熄灭，过一会才熄灭
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．如图所示的电路中，L为自感线圈，其直流电阻与电阻R相等，C为电容器，A、B为两灯泡，电源内阻r不可忽略，当开关S由闭合状态断开时（　　）
A．A灯立即熄灭
B．A灯突然闪亮一下再熄灭，c点电势比d点高
C．B灯无电流通过，不可能变亮
D．电容器立即充电，有电流从a点到b点流过B灯
8．如图所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值相等且小于灯泡A的电阻。下列说法正确的是（ ）
A．接通S，灯泡A逐渐变亮
B．接通S，灯泡A立即变亮，然后逐渐熄灭
C．断开S，灯泡A将先闪亮一下，然后逐渐熄灭
D．断开S后的瞬间，通过灯A的电流方向跟断开前的电流方向相同
9．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， c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
D．开关S断开时，c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭，b灯闪亮一下再逐渐熄灭
10．在如图所示的电路中，两个电流表完全相同，零刻度在刻度盘的中央，当电流从“＋”接线柱流入时，指针向右摆；当电流从“－”接线柱流入时，指针向左摆（本题中的指针摆向是相对于电流表零刻度而言的），在电路接通且稳定后断开开关S的瞬间，下列说法正确的是（　　）
A．G1指针向右摆，G2指针向左摆 B．G1指针向左摆，G2指针向右摆
C．两指针都向右摆 D．两指针都向左摆
11．无线充电技术能实现能量的无线传输，如图是无线充电设备给手机充电，下列关于无线充电的说法正确的是（　　）
A．充电的原理主要利用了自感
B．充电设备与手机不接触也能充电
C．充电设备与手机的充电电流一定相等
D．充电设备中的线圈通恒定电流也可以对手机无线充电
12．如图所示是一种延时继电器的示意图，开始时开关闭合。下列说法正确的是（　　）
A．断开开关，弹簧立刻将衔铁拉起
B．断开一段时间后，铁芯中还有逐渐减弱的磁场
C．若线圈B不闭合，还是会产生延时效果
D．线圈之间发生的电磁感应现象叫做自感
二、填空题
13．为了演示接通电源的瞬间和断开电源的瞬间的电磁感应现象，设计了如图所示的电路图，A、B两灯规格相同，L的直流电阻和R相等，开关接通的瞬间，A灯的亮度_______（填“大于”“等于”或“小于”）B灯的亮度；通电一段时间后，A灯的亮度_____________（填“大于”“等于”或“小于”）B灯的亮度；断电的瞬间，B灯_______（填“立即”或“逐渐”）熄灭。
14．如图是研究自感现象的电路图，两个电流表G1和G2的零点都在刻度中央，当电流从“+”接线柱流入时，指针向左偏，反之向右偏，K断开的瞬间，G1指针向__________摆，G2指针向_________摆动（以上均选填“左”，“右”或不偏转），两个电表的示数_________（选填“相等”或“不相等”）。
15．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，这是由于_____电动势阻碍了电流的增大．当开关断开时，小灯泡将_____（选填“逐渐”或“立刻”）熄灭．
16．如图所示的电路中，L为自感线圈，R是一个灯泡，E是电源。当闭合S瞬间，通过灯泡的电流方向是________；（填A→B或B→A）当断开S瞬间，通过灯泡的电流方向是_____。（填A→B或B→A）
17．（1）如图甲，开关S接通时，可以看到灯泡2___________，而灯泡1____________。
（2）如图乙，线圈L的直流电阻比灯泡的电阻小，接通电路，灯泡正常发光后，迅速断开开关S，可以看到灯泡________________。
三、解答题
18．如图所示是一种常用的延时继电器示意图，图中的S2是一直闭合的。当开关S1闭合时，衔铁D将被吸下，C线路接通；当S1断开时，D将延迟一段时间才被释放，延时继电器就是这样得名的。试问：
（1）这种继电器的延时功能是物理学中的什么现象；
（2）如果将S2处于断开状态，试分析说明该装置是否还具有延时功能？（图中F为电磁铁，A、B为导线线圈）
19．如图所示，a．b灯分别标有“36V 40W”和“36V　25W”，闭合电键，调节R，能使a．b都正常发光断开电键后重做实验，电键闭合后看到的现象是什么？稳定后哪只灯较亮？再断开电键，又将看到什么现象？
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．在实际生产中，有些高压直流电路中含有自感系数很大的线圈。当电路中的开关S由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S处产生电弧，危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生，几名同学分别提出了以下四种方案，如图所示，哪种（些）方案可行？
22．如图所示，图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流．电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，A、B间的电压U＝6.0 V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3 s时刻断开开关S，该时刻前后电流传感器显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示．
(1)求出线圈L的电阻RL；
(2)在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何？
(3)在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
AB．当闭合开关S时，电源的电压同时加到两灯上，灯泡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，灯泡B逐渐被短路直到熄灭；由于外电路总电阻减小，总电流增大，A灯更亮．选项AB错误；
CD．稳定后再断开开关S后，灯泡A立即熄灭；灯泡B与线圈L构成闭合回路，灯泡B由暗变亮再逐渐熄灭，选项C错误，D正确。
故选D。
2．B
【详解】
AB．闭合开关，二极管接反向电压，因此A灯不亮，线圈电流在逐渐增大，因此B灯逐渐变亮，故A错误，B正确；
CD．断开瞬间，B灯立即熄灭，A灯与线圈构成回路，先闪亮再逐渐熄灭，故CD错误。
故选B。
3．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。
4．B
【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。
5．A
【详解】
AB．合上开关S接通电路时，A2先亮，在电感作用下电流缓慢增加，A1支路电流缓慢增加，则A1后亮，由于电感电阻不计，两灯泡相同，最后一样亮，A正确，B错误；
CD．断开开关S切断电路时，A1和A2构成新回路，电流为原A1支路电流，故两灯均过一会熄灭，CD错误。
故选A。
6．C
【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
【详解】
AB．当开关S由闭合变为断开时，线圈中产生自感电动势，与灯泡A和电阻R构成闭合回路放电，由于断开开关前流过线圈的电流大于流过灯泡A的电流，故A灯突然闪亮一下再熄灭，电流从d到c流过灯泡A，故d点电势比c点高，故AB错误；
CD．当开关S由闭合变为断开时，电容量两端的电压变大，故电容器充电，有充电电流，故B灯有电流通过，电流方向由a到b，故C错误，D正确；
故选D。
8．C
【详解】
AB．接通S，灯泡A立即变亮，由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增加，可知开始时A灯较亮，随自感电动势减小，则通过线圈L的电流增加，则灯泡逐渐变暗，但最终不会熄灭，选项AB错误；
CD．由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以稳定时通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，在线圈L、电阻R以及灯泡A中形成新的回路，则导致灯泡A将闪亮一下后逐渐熄灭。断开S后的瞬间，通过灯A的电流方向跟断开前的电流方向相反，故C正确，D错误；
故选C。
9．D
【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闭合，电路稳定后，因L的直流电阻忽略不计，b灯和电阻串联，则流过a灯的电流 大于b灯的电流 ，开关S断开时，c灯立即熄灭，线圈及b、a灯构成回路，线圈产生自感电流阻碍电流减小，流过b、a灯，则a灯逐渐熄灭，b灯闪亮一下再逐渐熄灭，C错误D正确。
故选D。
10．A
【详解】
电路接通且稳定时，两支路中都有自左向右的电流，当开关S断开的瞬间，通过L的电流减小，故L将产生自左向右的自感电流以阻碍原电流变化，L所在支路与R所在支路串联形成回路，则电流自左向右流过电流表G1、自右向左流过电流表G2，所以G1指针向右摆，G2指针向左摆，故选A。
11．B
【详解】
A．充电的原理主要利用了电磁感应的互感原理，所以A错误；
B．充电的原理主要利用了电磁感应的互感原理，所以充电设备与手机不接触也能充电，则B正确；
C．充电设备与手机的充电电流不一定相等，就像变压器工作原理一样，原副线圈匝数不一样，所以C错误；
D．充电设备中的线圈通恒定电流，其产生的磁场是恒定的，不能使手机产生感应电路，所以D错误；
故选B。
12．B
【详解】
A．由题意可知，打开开关时，由楞次定律可知，穿过线圈B的磁通量减小变慢，有延时释放D的作用，所以弹簧不会立刻将衔铁拉起，A错误；
B．打开开关后，穿过线圈B的磁通量减小，线圈B中产生感应电流，感应电流的磁场使铁芯中的磁场逐渐减弱，B正确；
C．若线圈B不闭合，打开开关时，线圈B不会产生感应电流，铁芯上不会有磁性，不会产生延时效果，C错误；
D．线圈AB之间发生的电磁感应现象叫做互感，D错误。
故选B。
13． 大于 等于 立即
【详解】
[1]闭合开关的瞬间，通过L的电流增大，L产生自感电动势，从而使通过A灯的电流比通过B灯的电流大，即A灯的亮度大于B灯的亮度。
[2]当通电一段时间后，电路中的电流稳定，由于L的直流电阻和R相等，所以通过两灯的电流相同，则两灯亮度相同。
[3]断电的瞬间，B灯中电流瞬间变为零，则立即熄灭。
14． 左 右 相等
【详解】
[1] [2]因为开关闭合时，两支路的电流都是从左向右，当断开K时，R中电流消失，而由于断电自感，自感线圈相当于电源，与电阻R构成回路，且自感线圈电流方向不变，R中电流即为自感线圈原来所在支路电流，所以电流仍从“+”接线柱流入G1，即G1指针向左偏转，而电流仍从“-”接线柱流入G2，所以G2指针向右偏转；
[3]因为两电流表的电流都是原来自感线圈所在支路的电流，所以两个电表的示数相等。
15． 逐渐 自感 立即
【详解】
试题分析：当电键K闭合时，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律判断灯泡的亮度变化．
解：当开关闭合时，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，线圈产生的感应电动势阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，A逐渐亮起来．当开关断开时，电路断开，线圈和灯泡不能构成回路，故电流立即为零，故小灯泡立刻熄灭．
故答案为逐渐；自感；立即
【点评】
自感现象是特殊的电磁感应现象，断开开关S时，电路断开，灯泡中原来的电流突然消失，灯泡立即熄灭．
16．
【详解】
[1]如图，开关S断开之前，通过灯R的电流方向为A到B
[2]当开关断开后，R灯中原来的电流消失．通过线圈的电流要减小，穿过线圈的磁通量减小，产生自感电动势，根据楞次定律可知，线圈右端相当于电源的正极，左端相当于电源的负极，则通过灯R的电流方向由B到A
17． 立即发光 逐渐亮起来 闪亮一下再逐渐熄灭
【详解】
(1)[1][2]由图甲可知灯2与滑动变阻器串联，所以开关接通时，灯泡2立即发光；灯泡1和电感线圈串联，由于电感线圈的自感作用，阻碍电流增大，所以灯泡1会逐渐亮起来；
(2)[3]当灯泡处于正常发光状态，线圈的直流电阻小于灯泡的电阻，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因为自感要阻碍自身电流的减小，L中的电流逐渐减小，因为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，然后逐渐减小到0，故灯泡闪亮一下再熄灭。
18．（1）电磁感应现象；（2）见解析
【详解】
（1）这种继电器的延时功能是物理学中的电磁感应现象；
（2）不具有延时功能。因为在S1断开时，线圈A产生的磁场立即减为零，此时线圈B的磁通量虽发生了变化，但S2处于断开状态，线圈B中不会产生感应电流，所以线圈B不会产生磁场，装置不会产生延时效果；
19．电键闭合后看到的现象是b立刻变亮，a逐渐变亮；稳定后a灯比较亮．再断开电键，将看到a逐渐熄灭；同时b灯将闪亮一下后再逐渐熄灭．
【详解】
电键闭合瞬间，由于电感线圈对电流增大的阻碍作用，a将慢慢亮起来，b立即变亮，这时L的作用相当于一个大电阻；稳定后两灯都正常发光，a的功率大，较亮，这时L的作用相当于一只普通的电阻(就是该线圈的内阻)；断开瞬间，由于电感线圈对电流减小的阻碍作用，通过L的电流将逐渐减小，a．b．R．L组成同一个闭合回路，所以a．b灯也将逐渐变暗到熄灭，而且b灯开始还会闪亮一下(因为原来有Ia>Ib)，并且通过b的电流方向与原来的电流方向相反，这时L相当于一个电源。
20．见解析
【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．d方案可行
【详解】
a图中开关断开时，线圈L内由于产生自感电动势有阻碍原电流减小的作用，图中并联电容器，L与C不能形成回路，不能避免使开关S处产生电弧；c图中当并联电阻时，只能对电阻放电，仍不能解决电弧现象；图bd，当并联发光二极管时，由于发光二极管有单向导电性，因此注意方向，b图中的二极管的接法能使电源短路，唯有d图，当断开电源时，产生的感应电流能通过二极管形成回路，既能避免产生电弧，又能不影响电路，故d方法可行。
22．(1)2.0 Ω (2)电灯中的电流方向自右向左 (3)3.0 V
本题考查电磁感应中的自感现象，需运用欧姆定律、自感现象中线圈电流的变化规律等知识．
【详解】
(1)由题图可知，开关S闭合电路稳定时流过线圈L的电流I0＝1.5 A，由欧姆定律得，解得：
(2) 断开开关前，流过线圈L的电流自左向右，断开开关后，线圈L、电阻R和电灯构成一闭合回路，由自感规律可知，电灯中的电流方向自右向左．
(3) 由题图可知，t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的电流I＝0.3 A，此时线圈L相当于电源，由闭合电路欧姆定律得
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