2022-2023学年高二物理人教版(2019)选择性必修二 2.4 互感和自感 课时作业(含解析)

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名称 2022-2023学年高二物理人教版(2019)选择性必修二 2.4 互感和自感 课时作业(含解析)
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文件大小 491.3KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2023-03-17 19:44:30

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文档简介

2.4 互感和自感
一、单选题
1.老师在物理课堂内做了“千人震”趣味小实验,如图所示,用了一个日光灯上拆下来的镇流器、两节1.5V的干电池、电键以及导线若干,几位同学手牵手连到电路的C、D两端,会产生“触电”的感觉,则以下说法正确的是(  )
A.“触电”是发生在电键K断开的瞬间
B.“触电”是由感应起电引起的
C.“触电”时通过人体的电流方向是A→C→D→B
D.干电池的3V电压让人感到“触电”
2.自感系数的单位是(  )
A.F B.Wb C.T D.H
3.在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关,关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是(  )
A.合上开关,a先亮,b后亮
B.合上开关,b先亮,a后亮
C.合上开关一段时间后再断开开关,a先熄灭,b后熄灭
D.合上开关一段时间后再断开开关,b先熄灭,a后熄灭
4.如图所示为演示自感现象的电路图,L是电感线圈,且电阻不为零。实验时,断开开关S瞬间,下列说法正确的是(  )
A.灯A立即熄灭 B.线圈L中电流增大
C.线圈L中电流方向与原来相反 D.灯A中电流方向向左
5.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.当K突然断开时,则下列说法正确的是(  )
A.电灯立即变暗再熄灭,且电灯中电流方向与K断开前方向相同
B.电灯立即变暗再熄灭,且电灯中电流方向与K断开前方向相反
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断开前相反
6.如图所示的电路,开关原先闭合,电路处于稳定状态,在某一时刻突然断开开关S,则通过电阻中的电流随时间变化的图线可能是下图中的(  )
A. B.
C. D.
7.如图所示,P、Q是两个完全相同的灯泡,L是直流电阻为零的纯电感,且自感系数L很大,C是电容较大且不漏电的电容器,下列判断正确的是(  )
A.S闭合时,P、Q两灯都是先亮后逐渐熄灭
B.S闭合时,P灯、Q灯同时亮,然后P灯变暗,Q灯变得更亮
C.S闭合,电路稳定后,S断开时,P灯突然亮一下,然后熄灭,Q灯立即熄灭
D.S闭合,电路稳定后,S断开时,P灯突然亮一下,然后熄灭,Q灯逐渐熄灭
8.如图所示,E、r为电源的电动势、内阻,R1(与线圈并联)、R2(与电容并联)为定值电阻,线圈L的直流电阻不计,C为电容器。下列说法中正确的是( )
A.合上开关S的瞬间,R1中无电流
B.合上开关S稳定后,R2中无电流
C.合上开关S稳定后,断开S的瞬间,R1中电流方向向右
D.合上开关S稳定后,断开S的瞬间,R2中电流方向向右
二、多选题
9.如图所示的电路中,三个完全相同的灯泡L1、L2、L3,线圈L的直流电阻可忽略,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
10.如图所示的电路中, A、B为两个完全相同的灯泡,L是自感系数很大的线圈,其直流电阻与R相等,下列说法正确的是(  )
A.在断开S2的情况下,若突然闭合S1时,A灯立即发光,B灯逐渐亮起来,最后两灯一样亮
B.在断开S2的情况下,若突然闭合S1时,两灯同时发光,然后B灯逐渐熄灭
C.若同时闭合S1、S2,待电路稳定后突然断开S1,则两灯不会立即熄灭,而是逐渐熄灭
D.若同时闭合S1、S2,待电路稳定后突然将S1、S2同时断开,则两灯不会立即熄灭,而是逐渐熄灭
11.如图所示电路中,电源内阻不计,L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈,A和B是两个相同的小灯泡。则(  )
A.闭合开关S时,A、B灯同时亮
B.闭合开关S时,B灯立即亮,A灯逐渐亮,最后一样亮
C.断开开关S时,A灯逐渐熄灭,B灯立即熄灭
D.断开开关S时,通过B灯的电流方向发生改变
12.如图所示,自感系数很大的线圈L。其直流电阻可以忽略,灯A1、A2规格完全一样,R为定值电阻,则下列说法正确的是(  )
A.开关S闭合瞬间,灯A1、A2同时亮
B.开关S闭合极短的时间内,灯A2比灯A1亮;待电路稳定后,灯A1比灯A2亮
C.开关S闭合,待电路稳定后,断开开关S,则灯A2比灯A1先熄灭
D.开关S闭合,待电路稳定后,断开开关S,则灯A1、A2同时熄灭
三、解答题
13.如图所示是一种延时继电器的示意图,铁芯上有两个线圈A和B.当S1闭合时,电磁铁将吸引衔铁D,使触头C接通电路工作.
(1)如果闭合S2,当S1断开时,要延迟一段时间,弹簧才将衔铁D拉起使触头C断开电路,这种延迟是由于线圈A还是B的作用?是应用了什么物理原理?
(2)如果断开S2,当S1断开时,是否还有延时作用?
14.按照如图所示电路图连接电路。
(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻,先闭合开关使灯泡发光,稳定后断开开关。观察开关断开时灯泡的亮度变化,并解释原因。若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻,灯泡的亮度如何变化?
(2)开关断开前后,流过灯泡的电流方向相同吗?
15.一种探测气体放电过程的装置如图甲所示,充满氖气()的电离室中有两电极与长直导线连接,并通过两水平长导线与高压电源相连。在与长直导线垂直的平面内,以导线为对称轴安装一个用阻值的细导线绕制、匝数的圆环形螺线管,细导线的始末两端c、d与阻值的电阻连接。螺线管的横截面是半径的圆,其中心与长直导线的距离。气体被电离后在长直导线回路中产生顺时针方向的电流I,其图像如图乙所示。为便于计算,螺线管内各处的磁感应强度大小均可视为,其中。
(1)求内通过长直导线横截面的电荷量Q;
(2)求时,通过螺线管某一匝线圈的磁通量;
(3)若规定为电流的正方向,在不考虑线圈自感的情况下,通过计算,画出通过电阻R的图像;
(4)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的图像。
参考答案:
1.A
【详解】ABC.电键K断开的瞬间,通过镇流器的电流减小,使其发生自感,产生自感电动势,阻碍电流的减小,从而产生很高的瞬间电压,同学会产生“触电”的感觉。此时镇流器相当于电源电流方向不变通过人体的电流方向是A→B→D→C。故A正确;BC错误;
D.开关闭合后,镇流器与同学并联,由于干电池的3V电压很小,电流很小,所以同学不会感到“触电”。故D错误。
故选A。
2.D
【详解】自感系数的单位是亨利,简称亨,符号是H,故选D。
3.B
【详解】AB.由于a、b为两个完全相同的灯泡,当开关接通瞬间,b灯泡立刻发光,而a灯泡由于线圈的自感现象,导致a灯泡渐渐变亮,故A错误,B正确;
CD.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,故CD错误。
故选B。
4.D
【详解】开关S闭合稳定状态时,当开关断开后灯泡中原电流立即完全消失,而线圈由于由自感作用阻碍其自身电流的减小,故线圈与灯泡组成回路,其电流IL逐渐减小,方向不变,灯泡中由原来的电流I变为电流IL,逐渐熄灭,流过灯泡的电流的方向向左;故D正确,ABC错误。
故选D。
5.B
【详解】断开S,线圈中电流将要减小,产生自感电动势,相当于电源,且与电灯构成一闭合回路,形成自感电流,根据楞次定律可知,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.故选B.
6.D
【详解】当断开电键,原来通过的原电流立即消失,线圈中产生自感电动势阻碍自身电流变化,线圈相当于电源,线圈中的电流流过电阻,其方向与原来流过电阻的电流方向相反,并且电流逐渐减小最后为0。
故选D。
7.D
【详解】AB.S刚闭合后,电容器C要通过P充电,并且充电电流越来越小,故P亮一下又逐渐变暗,最后P被L短路,所以P最后会熄灭,而L对电流变化有阻碍作用,所以通过Q的电流逐渐增大,故Q逐渐变亮,故AB错误;
CD.S闭合足够长时间后再断开,电容器要对Q放电,故Q要逐渐熄灭,而线圈L对P放电,导致P灯突然亮一下,然后熄灭,故C错误,D正确。
故选D。
8.D
【详解】A.合上开关S的瞬间,线圈L会产生阻抗,所以电流从和中通过,所以A错误;
B.合上开关S稳定后,电容器断路,线圏相当导线,R1中无电流, 中有电流,所以B错误;
CD.合上开关S稳定后,断开S的瞬间,线圈L中电流减小,产生感应电流,方向与原电流方向相同,所以电流方向应该向左,断开S的瞬间,电容器放电,左端为正极,所以中的电流方向向右,故C错误;D正确;
故选D。
9.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。
10.AD
【详解】AB.在断开S2的情况下,若突然闭合S1时,A灯立即发光,由于电感对变化电流的“阻碍”作用,B灯逐渐亮起来,最后两灯一样亮,A正确、B错误;
C.若仅断开S1,则B灯立即熄灭,C错误。
D.若同时闭合S1、S2,待电路稳定后突然将S1、S2同时断开,由于电感的自感作用,在回路LBRA中有电流,使两灯逐渐熄灭,D正确;
故选AD。
11.BD
【详解】AB.开关S闭合的瞬间,电源的电压同时加到两支路的两端,B灯立即发光。由于线圈的自感电动势阻碍电流的增加,则A灯逐渐变亮,由于线圈的电阻可以忽略,最后A灯会和B灯一样亮,故A错误,B正确;
C.断开S后,两灯泡与电感线圈形成闭合回路,此时通过小灯泡的电流不会大于断开开关之前通过小灯泡的电流,A、B灯逐渐熄灭,C错误;
D.断开S前,B灯电流从左向右,断开S后线圈的自感电动势阻碍电流的减小,线圈是电源,B灯电流从右向左,D正确。
故选BD。
12.BD
【详解】AB.当开关S闭合时,灯A2立即发光。通过线圈的电流增大,穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律,线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反,阻碍电流的增大,电路的电流只能逐渐增大,A1逐渐亮起来。所以A2比A1先亮。
由于线圈直流电阻忽略不计,当电流稳定时,线圈不产生感应电动势,A1灯电流大于A2灯电流,两灯亮度不一样亮。故A错误,B正确;
CD.稳定后当开关S断开时,由于自感,线圈中的电流只能慢慢减小,其相当于电源,与灯泡A1、A2和电阻构成闭合回路放电,由于稳定时通过线圈的电流比A2灯大,电路稳定后再断开开关S时,回路电流从线圈稳定时的电流逐渐减为0,A1灯逐渐熄灭,A2灯亮一下再逐渐熄灭,,最终两灯同时熄灭,故C错误,D正确。
故选BD。
13.(1)B;电磁感应;(2)无.
【详解】(1)当S1断开时,导致由于线圈B中的磁通量变小,从而出现感应电流,致使F中仍有磁性,出现延迟一段时间才被释放.所以由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用.
(2)若断开B线圈的开关S2,当S1断开,F中立即没有磁性,所以没有延时功能.
答:(1)这种延迟是由于线圈B的作用.是应用了电磁感应.
(2)如果断开S2,当S1断开时,没有延时功能.
14.(1)见解析;(2)方向相反
【详解】(1)若灯泡的电阻小于线圈L的直流电阻,则电路稳定时通过线圈L的电流小于通过小灯泡的电流。开关断开时,通过线圈L的电流减小,这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小,线圈中产生与原方向相同的电流,与灯泡构成闭合回路,所以灯泡逐渐熄灭。
若灯泡电阻大于线圈L的直流电阻,则电路稳定时通过线圈L的电流较大,开关断开时,通过线圈L的电流减小,这时会出现感应电动势阻碍线圈L中的电流减小,线圈中产生与原方向相同的电流,与灯泡构成闭合回路,则灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭。
(2)开关闭合时,灯泡中的电流方向向左,开关断开瞬间,灯泡中的电流方向向右,所以开关断开前后,流过灯泡的电流方向相反。
15.(1);(2);(3)见解析;(4)见解析
【详解】(1)由电量和电流的关系可知图像下方的面积表示电荷量,因此有
代入数据解得
(2)由磁通量的定义可得
代入数据可得
(3)在时间内电流均匀增加,有楞次定律可知感应电流的方向,产生恒定的感应电动势
由闭合回路欧姆定律可得
代入数据解得
在电流恒定,穿过圆形螺旋管的磁场恒定,因此感应电动势为零,感应电流为零,而在时间内电流随时间均匀变化,斜率大小和大小相同,因此电流大小相同,由楞次定律可知感应电流的方向为,则图像如图所示
(4)考虑自感的情况下,线框会产生自感电动势阻碍电流的变化,因此开始时电流是缓慢增加的,过一段时间电路达到稳定后自感消失,电流的峰值和之前大小相同,在时间内电路中的磁通量不变化电流要减小为零,因此自感电动势会阻碍电流的减小,使得电流缓慢减小为零。同理,在内电流缓慢增加,过一段时间电路达到稳定后自感消失,在之后,电路中的磁通量不变化电流要减小为零,因此自感电动势会阻碍电流的减小,使得电流缓慢减小为零。图像如图