选择性必修第二册2.3自感现象与涡流 （word版含答案）

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．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
2．自感系数的国际制单位是（　　）
A．法拉 B．亨利 C．韦伯 D．特斯拉
3．某同学设计了飞船登陆地外星球的电磁阻尼缓冲装置，其模拟器如图所示。模拟器由船舱主体、光滑导轨、缓冲弹簧、绝缘缓冲底座、绝缘缓冲底座上的线圈以及固定在船舱主体上的超导线圈（图中未画出）组成。其中导轨固定在船舱主体下端，绝缘缓冲底座上的线圈为竖直绕在绝緣底座上的单匝闭合线圈，超导线圈产生水平方向的磁场。已知绝缘底座与地面接触后速度迅速减为零，导轨与线圈接触良好，则关于电磁阻尼缓冲装置分析正确的是（　　）
A．船舱主体下端MN必须是导体，不能与导轨绝缘
B．只增加导轨长度，可能使缓冲弹簧接触地面前速度为零
C．只增加磁场的磁感应强度，可使缓冲弹簧接触地面前速度减小
D．只增加闭合线圈电阻，可使缓冲弹簧接触地面前速度减小
4．如图所示，A、B是规格完全相同的两个小灯泡，L是一个自感系数很大的线圈，其直流电阻可不计，开始时S处于断开状态（　　）
A．S闭合后，A灯比B灯先达到最大亮度
B．S闭合后，B灯比A灯先达到最大亮度
C．当闭合S，经过足够长时间后，再次断开S时，流过A灯的电流方向向右
D．当闭合S，经过足够长时间后，再次断开S时，B灯比A灯先熄灭
5．如图所示，L是自感系数很大的线圈，其直流电阻可以忽不计，A和B是两个相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关后，A逐渐变亮
B．闭合开关后，B逐渐变暗
C．闭合开关待电路稳定后再断开开关，B会闪亮一下再熄灭
D．闭合开关待电路稳定后再断开开关，A会闪亮一下再熄灭
6．据新闻报道：2020年5月16日，广西玉林一在建工地发生了一起事故，一施工电梯突然失控从高处坠落，此次电梯坠落事故导致了一些人员伤亡。为了防止类似意外发生，某课外研究性学习小组积极投入到如何防止电梯坠落的设计研究中，所设计的防止电梯坠落的应急安全装置如图所示，在电梯轿厢上安装上永久磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，该学习小组认为能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是（　　）
A．当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中
B．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势
C．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，从上往下看，闭合线圈B的电流方向是逆时针
D．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，已经穿过A闭合线圈，所以线圈A不会阻碍电梯下落，只有闭合线圈B阻碍电梯下落
7．如图所示，线圈L的自感系数很大，且其直流电阻可以忽不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化情况是（灯丝不会断）（　　）
A．S闭合，L1亮度不变，L2很亮
B．S断开，L2逐渐熄灭，L1逐渐变亮
C．S断开，L2立即熄灭，L1亮一下再熄灭
D．S闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮
8．如图，真空冶炼炉、动圈式扬声器和磁电式电流表都有导线绕制的线圈，关于这三种器件的说法正确的是（　　）
A．真空冶炼炉线圈中应通较大的恒定电流，才能使炉中金属容易熔化
B．动圈式扬声器是利用通电线圈受安培力进行工作的
C．磁电式电流表在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D．动圈式扬声器和磁电式电流表都是根据电磁感应原理进行工作的
9．如图所示，灯泡、的规格完全相同，线圈L的电阻不计，下列说法中正确的是（　　）
A．当断开开关S时，两灯都立即熄灭
B．当断开开关S时，立即熄灭、过一会儿才熄灭
C．当闭合开关S时，立即亮，逐渐变亮，最后两灯一样亮
D．当闭合开关S时，和始终一样亮
二、多选题
10．如图所示的电路中，两个灯泡和的规格相同，与线圈串联后接到电源上，与可调电阻串联后接到电源上，先闭合开关，调节电阻，使两个灯泡的亮度相同，再调节可调电阻，使它们都正常发光，则下列说法正确的是（　　）
A．断开的瞬间，中电流方向向左
B．断开的瞬间，中电流方向向右
C．断开后重新接通，两个灯泡同时亮起且亮度相同
D．断开后重新接通，直接亮起，慢慢亮起来
11．如图所示，电路中有两个相同的灯泡、，电感线圈L的电阻可忽，下列说法错误的是（ ）
A．闭合开关S的瞬间，、逐渐变亮
B．闭合开关S的瞬间，立即变亮，逐渐变亮，最终比亮
C．断开开关S的瞬间，、一起缓慢熄灭
D．断开开关S的瞬间，缓慢熄灭，先变亮一下然后才熄灭
12．如图所示，两个灯泡的规格相同，线圈L有一定的阻值，闭合开关S，调节电阻R和，使两个灯泡都发光，并使的亮度远大于，现在断开开关S，以下说法正确的是（　　）
A．灯泡闪亮一下逐渐熄灭
B．灯泡闪亮一下逐渐熄灭
C．S断开前后，流过的电流方向相反
D．S断开前后，流过的电流方向相反
13．在如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻都小于灯泡的电阻，闭合S使电路达到稳定，灯泡Q发光。则断开S后，（　　）
A．Q1将渐渐变暗
B．Q1将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．Q2将渐渐变暗
D．Q2将先变得更亮，然后渐渐变暗
14．如图所示的电路中，三个完全相同的灯泡L1、L2、L3，线圈L的直流电阻可忽，D为理想二极管。下列判断正确的是（　　）
A．开关S闭合，L3先变亮，L1、L2逐渐变亮
B．开关S闭合，L2、L3先变亮，L1逐渐变亮
C．开关S断开，L2先变亮，然后逐渐变暗
D．开关S断开，L2立即熄灭
三、实验题
15．老师在课堂上演示了如图所示的实验，电源电动势为，人两手间电阻设为，为自感系数很大的电感线圈，当开关和都闭合稳定时，电流表、的示数分别为和，当断开，闭合，电路稳定时电流表、的示数都为．实验前先将两开关都断开．
（1）保持闭合，先闭合待稳定后，突然打开，此时、两点中电势较高的点是___________点．
（2）以下操作能使人有触电感觉的是_____________．
A．先将和闭合，稳定后再突然断开
B．先将和闭合，稳定后再突然断开
C．保持断开，先闭合，稳定后再突然断开
D．由于电源电动势只有，无论怎样操作都不会使人有触电的感觉
16．现要测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻，实验室提供如下表1的器材．
(1)实验时，要求通过两个电表的电流范围尽可能大，请将图甲中的电路图补充完整_____；
(2)为了减小实验误差，电路图中的电阻R应选择定值电阻_________(选填“R1”或R2”)
(3)选择合适的电阻后，电流表A1和A2的读数分别为I1、I2，多次测量结果记录在上表2中，在图乙中描绘出I1－I2图像_____，利用图像可求出线圈的直流电阻RL=_________Ω (计算结果保留2位有效数字)；
(4)测量结束后，应先断开开关_______(选填“S1”或“S2”)
四、解答题
17．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？
18．如图为法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。圆盘处于水平向右的匀强过场中，圆盘平面与磁感线垂直，从左向右看，圆盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。已知匀强磁场磁感应强度大小为B，圆盘半径为r，定值电阻的阻值为R。
（1）判断通过电阻R的电流方向；
（2）求这个发电机的电动势E；
（3）如果圆盘不转动，使磁场的磁感应强度以规律变化（k为常数），请判断圆盘上是否产生了感应电流？是否有电流通过电阻R？简要说明理由。
19．随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：①缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈abcd；②火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ和超导线圈（图中未画出），超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为v0，经过时间t火箭着陆，速度恰好为零；线圈abcd的电阻为R，其余电阻忽不计；ab边长为l，火箭主体质量为m，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，求：
（1）缓冲滑块刚停止运动时，线圈ab边两端的电势差Uab；
（2）缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体的加速度大小；
（3）火箭主体的速度从v0减到零的过程中系统产生的电能。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【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。
2．B
【详解】
自感系数表示线圈产生自感能力的物理量，常用L来表示。简称自感或电感。自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H。
故选B。
3．C
【详解】
A．题中缓冲装置是利用绝缘缓冲底座上的线圈感应出感应电流，与船舱主体上的超导线圈互感发生相互作用，从而让船舱主体缓冲的，不是船舱主体下端MN切割磁感线发生感应相互作用的，所以MN无需是导体，可以与导轨绝缘，故A错误；
B．绝缘缓冲底座上的线圈ab边切割磁感线，线圈回路磁通量变化，形成感应电流，磁场对ab边的安培力向下，根据牛顿第三定律，ab边对超导线圈的力向上，超导线圈固定在船舱主体上，对船舱主体和导轨
当缓冲底座着地后，船舱主体开始做加速度减小的减速运动，当导轨足够长，船舱主体可能达到收尾速度，之后匀速下降到地面，故B错误；
C．当船舱主体所受安培力等于重力时，有
解得
可见：只增加磁场的磁感应强度，可使缓冲弹簧接触地面前速度减小（收尾速度越小）；只增加闭合线圈电阻，可使缓冲弹簧接触地面前速度增大，故C正确，D错误。
故选C。
【命题意图】
本题以电磁阻尼缓冲装置为载体，考查电磁感应中动力学问题，考查学生的理解能力和推理分析能力，学科素养重点考查了科学思维中的科学推理，突出对基础性、应用性和综合性的考查要求。
4．A
【详解】
AB．S闭合后， A灯立即达到最大亮度；由于流经线圈L的电流增加，线圈中会产生自感电动势，自感电动势的方向与电流方向相反，阻碍电流增大，电流缓慢增大， B灯缓慢变亮，因此A灯比B灯先达到最大亮度，A正确，B错误；
CD．当闭合S，经过足够长时间后，再次断开S时，线圈L中的电流由大变小，线圈会产生自感电动势阻碍电流减小，自感电动势的方向与原电流方向相同，原电流方向向右，自感电动势在A、B灯和线圈L构成的闭合回路中产生电流，此时流经A灯的电流方向向左，则有A、B灯同时熄灭，CD错误。
故选A。
5．D
【详解】
AB．闭合开关，灯泡A、B立即变亮，但灯泡A由于线圈L自感现象逐渐消失，通过L的电流逐渐增大，A上电流逐渐减小到零，A会慢慢变暗最后熄灭，此时B灯变得更亮，故AB错误；
CD．断开开关，灯泡B立即熄灭，灯泡A与线圈L形成回路，由于线圈L产生自感电动势，灯泡A会闪亮一下再逐渐熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．感应电流会阻碍磁铁的相对运动，但不能阻止磁铁的运动，若电梯停在空中，线圈不会产生感应电流，电梯上的磁铁不会受到感应电流的作用，所以电梯不可能停在空中，故A错误；
BD．当电梯坠落至如图位置时，线圈A中向上的磁场减弱，由楞次定律可知，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，由左手定则可判断，线圈A各小段受到的安培力沿半径向外且向下，所以A有扩张的趋势，由牛顿第三定律可知，电梯上的磁铁会受到线圈A向上的阻碍作用，故B正确，D错误；
C．当电梯坠落至如图位置时，线圈B中向上的磁场增强，由楞次定律可知，从上向下看线圈B中感应电流的方向是顺时针方向，故C错误。
故选B。
7．C
【详解】
AD．因为线圈L的自感系数很大，且其直流电阻可以忽不计，所以电路稳定后，线圈L相当于导线，灯泡L1被短路，所以S闭合后，L1和L2同时变亮，之后L1逐渐变暗直到熄灭，L2亮度逐渐变亮，故AD错误；
BC．S断开后，因L2处在干路上，电流为零，所以L2立即熄灭，而线圈L相当于电源，与灯泡L1构成回路，且以断开之前的电流流过L1，所以L1会亮一下再熄灭，故B错误，C正确。
故选C。
8．B
【详解】
A．真空冶炼炉利用的是涡流原理，因此线圈中应通交变电流，选项A错误；
B．动圈式扬声器是利用通电线圈受安培力进行工作的，选项B正确；
C．磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，特点是大小相等，方向不同，因此不是匀强磁场，选项C错误；
D．动圈式扬声器和磁电式电流表都是利用通电线圈受安培力进行工作的，选项D错误。
故选B。
9．C
【详解】
AB．当断开开关S后，A1，A2和线圈L组成了一个闭合的回路，线圈此时具有维持自身电流的作用，整个回路中短时间内存有电流，然后慢慢变为零，所以A1、A2过一会才熄灭，故AB错误；
CD．由于线圈的自感现象，总是阻碍电路的变化。当闭合开关S时，因为线圈与A1串联，A1逐渐变亮，而A2不受线圈影响，立即变亮。两个灯泡规格相同，并联，所以最终两灯一样亮，C正确，D错误。
故选C。
10．BD
【详解】
AB．稳定时，线圈中电流方向向右，断开瞬间，线圈电流不变，则灯泡中电流方向与线圈方向相同向右，故A错误，B正确；
CD．重新接通电路，与线圈串联，电流缓慢增大，故慢慢亮起来，与电阻串联会直接亮起，故C错误，D正确。
故选BD。
11．ABD
【详解】
A．闭合开关S的瞬间，灯泡L2立刻亮，而线圈L阻碍灯泡L1所在支路的电流增大，所以灯泡L1慢慢变亮，因为电感线圈L的电阻可忽，所以最终与一样亮，故AB错误；
CD．由于L的电阻不计，电流稳定时各支路的电流是相等的，所以断开S后通过L1、L2的电流从原来的大小开始减小，所以、一起缓慢熄灭，故C正确，D错误。
故选ABD。
12．BD
【详解】
AB．开关S断开后，线圈的作用是阻碍原来电流减小，和串联形成新的回路，线圈L释放储存的能量，在原来的基础上减小，由于开关未断开之前，所以流过的电流变大，灯泡闪亮一下逐渐熄灭，逐渐熄灭，故A错误，B正确；
CD．线圈L给短暂供电，流过的电流方向不变，流过电流反向，故C错误，D正确。
故选BD。
13．AD
【详解】
AB．在电路甲中，正常工作时流过线圈L支路的电流较小，断开S后，线圈L会产生自感电动势，使灯泡Q1中的电流从原来的数值开始逐渐减小，故Q1将渐渐变暗，不会先变得更亮，故A正确，B错误；
CD．在电路乙中，正常工作时流过线圈L支路的电流较大，断开S后，线圈L会产生自感电动势，使灯泡Q2中的电流瞬间变得更大再逐渐减小，故Q2将先变得更亮，然后渐渐变暗，故C错误，D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】
AB．开关S闭合瞬间，L2、L3均立即变亮，L1的电路中由于线圈对电流的阻碍作用，会逐渐亮，故A错误，B正确；
CD．关S从闭合状态突然断开时，L1、L3均逐渐变暗，由于L2的电路中的二极管由单向导电性，电流不能从右向左通过二极管，所以L2立即熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
15． A C
【详解】
（1）[1]．保持S2闭合，先闭合S1待稳定后，此时线圈中的电流为从B到A；突然打开S1，此时线圈中的自感电动势阻碍电流的减小，线圈相当于电源，则此时A点的电势高于B点；
（2）[2]．当开关闭合后，电感线圈与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小；当断开时，电感线圈电流发生变小，从而产生很高的瞬间电压，如果S2是闭合的，则通过同学的电流不会很大，同学没有触电的感觉；若S2是断开的，则通过同学们身体电流会较大，同学就有触电的感觉．故C正确，ABD错误；
16． R1 S1
【详解】
（1）[1]．测量线圈的电阻一般采用伏安法，为了防止测量自感系数很大的线圈断电产生的大自感电流烧坏电表，可与电表串联一个开关． 由于待测线圈L的阻值约为2～3Ω，额定电流为2A，最大电压为4～6V，而电源电动势为9V，滑动变阻器只有9Ω，所以必须采用分压电路，电流表外接电路进行测量，电路如图所示．
（2）[2]．采用已知内阻的小量程电流表替代电压表测量电压，需要串联一个电阻，使电压表的量程大于等于线圈上的额定电压，所以需串联：的定值电阻．所以实验中定值电阻应选用阻值为8Ω的．
（3）[3][4]．描绘出的如图
由
得
从图象上选取一组数据，如（0.4，2.0）代入公式得
（4）[5]．实验结束时为了防止测量自感系数很大的线圈断电产生的大自感电流烧坏电表，应先断开开关.
17．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。
18．（1）由b流向a；（2）；（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。
【详解】
（1）根据右手定则可知，圆盘中电流由C流向D，所以通过电阻R的电流方向为由b流向a。
（2）将圆盘看成由无数细辐条并联组成，每根辐条产生的感应电动势相同。设在Δt时间内，辐条转过的角度为α，则
在此过程中辐条扫过的面积为
扫过面积对应的磁通量变化量为
根据法拉第电磁感应定律可得
（3）圆盘中产生感应电流；但没有电流通过电阻R。圆盘中产生涡旋电流，沿半径方向没有电势差，故没有电流通过电阻R。
19．（1）（2）（3）
【详解】
(1)ab边产生电动势：E＝BLv0，因此
(2)安培力，电流为，对火箭主体受力分析可得：
Fab－mg＝ma
解得：
(3)设下落t时间内火箭下落的高度为h，对火箭主体由动量定理：
mgt－＝0－mv0
即
mgt－＝0－mv0
化简得
h＝
根据能量守恒定律，产生的电能为：
E＝
代入数据可得：
答案第1页，共2页
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