2025人教版高中物理选择性必修第二册强化练习题（有解析）--4　互感和自感

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2025人教版高中物理选择性必修第二册
第二章　电磁感应
4　互感和自感
基础过关练
题组一　互感现象
1.(经典题)(多选题)(2024广东大湾区期末)一款无线充电的送餐机器人的充电原理如图所示,地面供电装置将电能传输至安装于机器人底部的感应装置中,从而给机器人充电。下列说法中正确的是 (　　)
A.该无线充电过程利用了电磁感应的原理
B.地面供电装置接入的是恒定电流
C.地面供电装置会产生随时间变化的磁场
D.充电时,穿过感应装置中线圈的磁通量是恒定不变的
2.(教材习题改编)(多选题)如图是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起,构成一个闭合电路。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是因此而得名的。不考虑涡流的影响。下列说法不正确的是 (　　)
A.保持开关S闭合,线圈B中磁通量为零
B.断开开关S的瞬间,线圈B中的电流从上往下看沿顺时针方向
C.断开开关S后,延时原因是A的自感现象
D.若线圈B不闭合,仍有延时效果
题组二　自感现象
3.(2024陕西西安阶段测试)在制作精密电阻时,为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采用了双线绕法,如图所示,其道理是 (　　)
A.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的自感电动势相互抵消
B.当电路中的电流变化时,两股导线中产生的感应电流相互抵消
C.当电路中的电流变化时,电流的变化量相互抵消
D.两股导线中产生的磁通量相互抵消
4.(2024江苏常州期末)如图所示,A、B是两个相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈。下列说法正确的是 (　　)
A.闭合开关S时,A、B灯同时亮
B.闭合开关S时,A灯比B灯先亮,最后一样亮
C.断开开关S时,B灯闪亮一下再熄灭
D.断开开关S时,流过B灯的电流方向向左
5.(教材习题改编)(多选题)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。下列判断正确的是 (　　)
A.当开关S由断开变为闭合时,A灯立刻亮起来,B灯立刻亮起来后逐渐熄灭
B.当开关S由断开变为闭合时,A灯立刻亮起来,B灯缓慢变亮后保持亮度不变
C.当开关S闭合一段时间电流稳定后,A、B两灯的亮度一样
D.当开关S由闭合变为断开时,A灯立即熄灭,B灯由熄灭变亮再逐渐熄灭
能力提升练
题组一　自感电路中电流大小、方向的判断
1.(多选题)(2024湖北云学名校联盟期末)如图所示,两个小灯泡A、B规格相同,A灯与滑动变阻器串联后接入电路,B灯与自感系数相当大的线圈L串联后接入电路。先调节滑片置于P点,再闭合开关,一段时间后,发现A灯和B灯一样亮。那么,下列说法正确的是 (　　)
A.滑片置于P点时,滑动变阻器的阻值等于线圈的直流电阻
B.开关闭合瞬间,A、B灯缓慢变亮
C.断开开关瞬间,电流自左向右通过B灯
D.现将滑片右移,稳定后再断开开关,A、B灯均闪亮后再缓慢变暗
2.(2023重庆外国语学校阶段测试)在如图所示的电路中,L为电阻很小的线圈,G1和G2为零刻度在表盘中央的两相同的电流表。当开关S闭合时,电流表G1、G2的指针都偏向右方,那么当开关S断开时,将出现的现象是 (　　)
A.G1和G2的指针都立即回到零点
B.G1的指针立即回到零点,而G2的指针缓慢地回到零点
C.G1的指针缓慢地回到零点,而G2的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点
D.G2的指针缓慢地回到零点,而G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点
3.(经典题)(2024江苏南通期末)物理老师在课上做了“千人震”趣味小实验,如图所示,A、B之间接一个有铁芯的多匝线圈,用2节1.5 V的干电池、开关以及若干导线连成电路,几位同学手牵手连接到电路的C、D端,会产生“触电”的感觉。以下说法正确的是 (　　)
A.“触电”发生在开关K闭合的瞬间
B.“触电”时C、D两端的电压不会高于3 V
C.“触电”时,通过人体的电流方向为D到C
D.“触电”时,A点电势高于B点电势
题组二　自感现象中的图像问题
4.(2024山东滕州测试)如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,线圈L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值,在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S,下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中,正确的是 (　　)
　　　　　　
　　　　　　
5.(2024江苏徐州期末)某同学利用如图所示电路研究自感现象。A1和A2是两个完全相同的电流传感器,L为直流电阻RL很小的自感线圈,R为滑动变阻器(阻值R>RL),E为电源(内阻不可忽略)。在t1时刻闭合开关,t2时刻断开开关,电流传感器A2中电流随时间变化的图像可能正确的是 (　　)
　　　　　　
　　　　　　
题组三　含电容器或二极管电路中的自感现象
6.(2024浙江杭州期末)如图所示,两相同灯泡A1、A2,A1与一理想二极管D连接,线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是 (　　)
A.闭合开关S后,A1会逐渐变亮
B.闭合开关S稳定后,A1、A2亮度相同
C.断开S的瞬间,a点的电势比b点的低
D.断开S的瞬间,A1会逐渐熄灭
7.(经典题)(2023河北邯郸期末)两个相同的小灯泡L1、L2和自感线圈L、电容器C、开关S、直流电源连接成如图所示的电路。已知自感线圈L的自感系数较大且直流电阻为零,电容器C的电容较大,下列判断正确的是 (　　)
A.开关S闭合稳定后,L1灯泡一直亮着
B.通过自感线圈L的电流越大,线圈的自感电动势越大
C.去掉电容器C,开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,L1和L2灯泡均逐渐熄灭
D.开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,L1灯泡闪亮一下,然后逐渐熄灭,L2灯泡逐渐熄灭
教材深研拓展
8.为了更好说明自感电动势阻碍线圈的电流变化,老师带领同学们用电流传感器(相当于电流表,其电阻可以忽略不计)显示自感对电流的影响,对图1和图2电路,我们观察开关S闭合时流过传感器的电流;用图3电路观察开关S断开前后流过传感器的电流(线圈有一定的直流电阻)。
　　
t0时刻闭合或断开开关S,实验发现:
(1)闭合开关S,图1电路传感器的波形大约如　　　　所示;
(2)闭合开关S,图2电路传感器的波形大约如　　　　所示;
(3)断开开关S,图3电路中传感器1的波形大约如　　　　所示;
(4)断开开关S,图3电路中传感器2的波形大约如　　　　所示。(以上均选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)
　
　
答案与分层梯度式解析
第二章　电磁感应
4　互感和自感
基础过关练
1.AC　该无线充电过程利用了电磁感应的原理,A正确;地面供电装置要产生随时间变化的磁场,所以接入的是变化的电流,B错误,C正确;充电时,穿过感应装置中线圈的磁通量是变化的,这样才能产生感应电流,D错误。
2.ACD　保持开关S闭合,线圈B中磁通量不变,不为零,选项A错误。断开开关S的瞬间,穿过线圈B的磁通量向下减小,根据楞次定律结合安培定则可知,线圈B中的电流从上往下看沿顺时针方向,选项B正确。断开开关S后,延时原因是B线圈中产生感应电流(破题关键),感应电流的磁场对衔铁D有吸引作用,选项C错误。若线圈B不闭合,则线圈B中不会产生感应电流,没有延时效果,选项D错误。
3.D　由于采用了双线绕法,在同一时刻,两股平行导线中的电流等大、反向,它们的磁场相互抵消(破题关键),不论导线中的电流如何变化,线圈中的磁通量始终为零,消除了自感现象的影响,故选D。
4.D　由于自感,闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮,故选项A、B错误;断开开关S时,L中产生自感电动势,相当于电源,A灯、B灯和线圈L形成回路,如图所示,
由于L的电阻可忽略不计,通电稳定时通过L的电流等于通过B的电流,因此断电时A灯与B灯同时慢慢熄灭,流过B灯的电流方向向左,故选项C错误,D正确。
规律总结　处理自感线圈问题的方法
(1)通电瞬间自感线圈相当于断路;(2)电流稳定时,电阻可忽略的自感线圈相当于导线;(3)断电瞬间自感线圈相当于电源,电流由原值逐渐减小。
5.AD　当开关S由断开变为闭合时,自感线圈相当于阻值由无穷大逐渐减小到零的可变电阻,所以A灯立刻亮起来,B灯立刻亮起来后逐渐熄灭,选项A正确,B错误;当开关S闭合一段时间电流稳定后,自感线圈相当于一根导线,B灯被短路,不发光,选项C错误;当开关S由闭合变为断开时,自感线圈相当于从原电流值逐渐减小到零的临时电源,A灯立即熄灭,B灯由熄灭变亮再逐渐熄灭,选项D正确。
能力提升练
1.AC　闭合开关一段时间后,A灯和B灯一样亮,说明此时滑动变阻器的阻值等于线圈的直流电阻,选项A正确;开关闭合瞬间,A灯立即变亮,B灯由于自感线圈的阻碍作用,流过的电流从零开始逐渐变大,故B灯逐渐变亮,选项B错误;开关闭合时,流过线圈的电流自左向右,断开开关瞬间,由于自感,线圈中的电流不能马上减到零,电流方向仍自左向右,因此流过B灯的电流自左向右,选项C正确;滑片右移,滑动变阻器接入电路的电阻变大,此时滑动变阻器的阻值大于线圈的直流电阻,电流稳定后,流过A灯的电流小于流过B灯的电流,接着断开开关,线圈充当电源,流过A灯的电流先变大再逐渐变小,流过B灯的电流缓慢变小,故A灯闪亮后再缓慢变暗,B灯缓慢变暗,选项D错误。
2.D
思路点拨　
当开关闭合时,两表指针均向右方偏,说明电流表指针向电流流进的方向偏。当开关断开时,通过线圈L的电流变小,线圈L中产生自感电动势阻碍电流的减小,此时线圈L与电流表G1、G2组成回路,线圈L相当于电源,线圈中自感电流的方向与原电流的方向相同,使得G2的指针缓慢地回到零点,而通过G1的电流变为由左侧流进,G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点。故选D。
3.C　两节1.5 V的干电池,当开关K闭合时,电流很小,不会有“触电”的感觉(易错点);开关K断开的瞬间线圈中电流发生变化,由于线圈的自感作用产生瞬间的高压,会高于3 V,使人有“触电”的感觉,故选项A、B错误;根据前面分析,开关K断开的瞬间,线圈的自感作用阻碍电流的减小,所以此时线圈中的感应电流方向与原电流方向相同,即通过人体的电流方向是A→B→D→C,此时线圈相当于电源,在电源外部电流由高电势到低电势,则A点电势低于B点电势,选项C正确,D错误。
4.B　开关刚闭合时,线圈由于自感对电流有阻碍作用,可看作阻值由很大逐渐减小的电阻,线圈电阻逐渐减小,电压UAB逐渐减小(破题关键);一段时间后,电流稳定,流过线圈的电流小于流过灯泡的电流;开关断开时,线圈中感应电流与原电流方向相同,线圈、电阻R、灯泡D形成回路,灯泡的电流与原电流方向相反,回路中的电流大小由线圈中的原电流逐渐减小到0,选项B正确。
5.A　闭合开关,A2瞬间有电流通过,而由于自感线圈L的自感作用,通过A1的电流逐渐增大;达到稳定过程中,由于电源内阻不可忽略,外电路分压稍微减小,导致t1时刻后A2中电流微降;又由于R>RL,所以电路稳定后,通过A2的电流比刚闭合开关时通过A2的电流小,而且通过A1的电流I1大于通过A2的电流I2。断开开关,由于线圈自感,通过A1的电流将逐渐减小,产生的感应电流流过A2,所以流过A2的电流与原来的方向相反,大小从I1(I1>I2)逐渐减小,最后为0。故选A。
6.C　闭合开关S后,线圈产生自感,但两灯和线圈不是串联的关系,则两灯立刻亮,故A错误;闭合开关S稳定后,因线圈L的直流电阻不计,所以A1与二极管被短路,导致灯泡A1不亮,而A2将更亮,因此A1、A2亮度不同,故B错误;断开S的瞬间,A2会立刻熄灭,线圈L与灯泡A1及二极管构成回路,因线圈产生感应电动势,a端的电势低于b端,如图所示,二极管具有单向导电性,所以回路中没有感应电流,A1也是立即熄灭,故C正确,D错误。
7.D　开关S闭合稳定后,L1灯泡被直流电阻为零的线圈L短路而熄灭,A错误;通过自感线圈L的电流变化率越大,线圈的自感电动势越大,B错误;去掉电容器C,开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,由于线圈的自感,L1灯泡闪亮一下后逐渐熄灭,L2灯泡立即熄灭,C错误;开关S闭合待稳定后再断开的瞬间,由于线圈的自感作用,线圈与L1灯泡构成回路,所以L1灯泡闪亮一下,然后逐渐熄灭,由于电容器放电,L2灯泡逐渐熄灭(破题关键),D正确。
8.答案　(1)乙　(2)甲　(3)丁　(4)丙
解析　(1)图1电路,闭合开关S,由于线圈的自感作用,电流从0逐渐增大,最后达到稳定状态,故传感器的波形大约如图乙所示;
(2)图2电路,闭合开关S,电路中的电流瞬间达到稳定,故传感器的波形大约如图甲所示;
(3)图3电路,断开开关S,A1中的电流瞬间消失,传感器1的波形大约如图丁所示;
(4)图3电路,断开开关S,由于线圈的自感作用,线圈L、A2及电阻R2组成闭合回路,通过A2的电流反向并逐渐减小到0,故传感器2的波形大约如图丙所示。
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