2020-2021学年高二物理下学期鲁科版（2019）选择性必修第二册配套练习2.3自感现象与涡流练习(含解析)

2.3自感现象与涡流练习
一、单选题
关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是
A.
金属探测器、探测地雷的探雷器利用涡流工作
B.
变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成铁芯利用涡流工作
C.
磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
D.
用来冶炼合金钢的真空冶炼炉是利用涡流来产生热量
如图所示，a、b、c为三只完全相同的灯泡，L为直流电阻不计的自感系数很大的纯电感线圈，电源内阻不计下列判断正确的是
A.
S闭合的瞬间，a、b、c三灯亮度相同
B.
S闭合足够长时间后，a、b、c三灯亮度相同
C.
S断开的瞬间，a、c两灯立即熄灭
D.
S断开后，b灯先突然闪亮后再逐渐变暗熄灭
如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，、和是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源，在时刻，闭合开关S，电路稳定后在时刻断开开关S，规定以电路稳定时流过、的电流方向为正，分别用、表示流过和的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是
A.
B.
C.
D.
如图所示，A，B两灯相同，L是电阻不计的线圈，下列说法正确的是
A.
开关K合上瞬间，A先亮、B后亮
B.
K断开瞬间，B立即熄灭，A过一会儿再熄灭
C.
K断开瞬间，A、B同时熄灭
D.
K合上稳定后，A、B同时亮着
如图所示的电路中，L为电感线圈电阻不计，A、B为两灯泡，以下结论正确的是
A.
合上原本断开的开关S时，A先亮，B后亮
B.
合上原本断开的开关S时，A、B同时亮，以后B变暗直至熄灭，A变亮
C.
断开原本闭合的开关S时，A变亮，B熄灭
D.
断开原本闭合的开关S时，A、B两灯都亮一下再逐渐熄灭
如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则
A.
在电路甲中，断开S后，A将立即熄灭
B.
在电路甲中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C.
在电路乙中，断开S后，A将逐渐变暗
D.
在电路乙中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
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零。A和B是两个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是
A.
接通开关S瞬间，A灯先亮，B灯不亮
B.
接通开关S后，B灯慢慢变亮
C.
开关闭合稳定后，突然断开开关瞬间，A灯立即熄灭、B灯闪亮一下
D.
开关闭合稳定后，突然断开开关瞬间，A灯、B灯都闪亮一下
如图所示，A，B，C是三个相同的白炽灯，L是自感系数很大、阻值很小的自感线圈。现将开关S闭合，下列说法正确的是
A.
B，C灯同时亮，A灯后亮
B.
A，B，C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭
C.
A灯一直不亮，只有B灯和C灯亮
D.
A，B，C灯同时亮，并且亮暗没有变化
二、多选题
电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是
A.
图中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电
B.
图中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热
C.
图中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果
D.
图中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度
关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法正确的是?
A.
磁电式仪表中利用电磁阻尼能使指针迅速停止，以便于读数
B.
电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅中产生涡流，使锅体发热从而加热食物
C.
金属探测器可用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中
D.
电磁驱动和电磁阻尼的本质都是电磁感应
如图所示，A、B、C是相同的灯泡，L是自感系数很大的线圈，其直流电阻与各灯泡相同。下列说法正确的是
A.
闭合S瞬间，B，C灯同时亮，A灯后亮
B.
闭合S，电路稳定后，A，B，C灯的亮度相同
C.
断开S瞬间，A灯逐渐熄灭
D.
断开S瞬间，A，B，C灯均逐渐熄灭
如图所示的电路中，A、B为两个完全相同的灯泡，灯泡电阻为r，。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
在断开的情况下，若突然闭合时，A灯立即发光，B灯逐渐亮起来，最后两灯一样亮
B.
在断开的情况下，若突然闭合时，两灯同时发光，然后B灯逐渐熄灭
C.
若同时闭合、，待电路稳定后突然断开，则B灯立刻熄灭，A灯闪一下后逐渐熄灭
D.
若同时闭合、，待电路稳定后突然将、同时断开，则两灯都闪一下后逐渐熄灭
为测量线圈L的直流电阻，某研究小组设计了如图所示电路，己知线圈的自感系数较大，两电表可视为理想电表，其示数分别记为U、I，实验开始前，处于断开状态，处于闭合状态．关于实验过程，下列说法正确的?
?
A.
闭合，电流表示数逐渐增大至稳定值
B.
闭合，电压表示数逐渐减小至稳定值
C.
待两电表示数稳定后，方可读取U、I的值
D.
实验结束后，应先断开
如图所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则：
A.
在电路中，断开S后，A将先变得更亮，然后才渐暗
B.
在电路中，断开S后，A将逐渐变暗
C.
在电路中，断开S后，A将逐渐变暗
D.
在电路中，断开S后，A将先变得更亮，然后渐暗
三、计算题（本大题共2小题，共20.0分）
如图所示的电路中，已知，，，L是纯电感线圈，电源内阻不计，则当S闭合电路稳定时a、b间的电压为多少？在断开S的瞬间，a、b间的电压为多少？
如图所示，设电源的电动势，内阻不计，L与R的电阻均为，两灯泡的电阻。
???
求断开S的瞬间，灯泡两端的电压。
???
画出断开S前后一段时间内流过的电流随时间的变化规律。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】
【分析】
本题主要考查关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动的相关知识．
【解答】
A、金属探测器、探雷器中变化电流遇到金属物体，在金属物体上产生涡流，故是利用涡流工作，故A正确；
B、变压器中用互相绝缘的硅钢片叠压成铁芯，是为了防止涡流，而不是利用涡流，故B错误；
C、铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，故C正确；
D、真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在冶炼炉中产生涡流，从而产生大量的热量，故D正确。
本题选错误的，故选B。
2.【答案】D
【解析】
【分析】
解决本题的关键掌握电感对电流的变化起阻碍作用，电流增大，阻碍其增大，电流减小，阻碍其减小。
【解答】
A.S闭合的瞬间，三个灯同时发光，由于线圈自感电动势的阻碍，开始时通过L的电流极小，b、c两灯的电流相同，一样亮，但小于a灯亮度，故A错误；
B.K闭合足够长的时间以后，b被短路，b灯熄灭，所以b、c两灯亮度不相同．故B错误；
断开的瞬间，线圈中电流将要减小，产生自感电动势，相当于电源，有电流流过a、b、c三灯，由于a、c两灯串联，所以a、c两灯逐渐变暗且亮度相同，而b灯突然闪亮以后再逐渐变暗，故C错误，D正确．
故选：D
3.【答案】C
【解析】
【分析】
解决本题的关键掌握线圈对电流的变化有阻碍作用，当电流增大时，线圈会阻碍电流的增大，当电流减小时，线圈会阻碍电流的减小。
本题主要考查自感现象。
【解答】
当闭合电键，因为线圈与串联，所以电流会慢慢增大，灯泡这一支路立即就有电流；
当电键断开，因为线圈阻碍电流的减小，所以通过的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且和、构成回路，通过的电流也流过，所以变成反向，且逐渐减小，故C正确，ABD错误。
故选C。
4.【答案】B
【解析】
【分析】
开关闭合的瞬间，电源的电压同时加到两灯的两端，两灯同时发光；由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐被短路，随后A灯变暗，B灯变亮；断开开关的瞬间，B灯立即熄灭，A灯突然闪亮一下再熄灭。
对于自感线圈，当电流变化时产生自感电动势，相当于电源，当电路稳定时，相当于导线，将所并联的电路短路。
【解答】
A.开关闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光，故A错误；
断开开关的瞬间，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，自感电流流过A灯，所以A灯过一会儿再熄灭，故C错误，B正确；
D.开关闭合电路稳定后，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，最后完全被短路，熄灭，B灯电流逐渐增大，则A灯熄灭，B灯变亮，故D错误。
5.【答案】B
【解析】
【分析】
本题考查了通电自感和断电自感，关键要明确线圈中的自感电动势总是阻碍电流的增加和减小，即总是阻碍电流的变化。
【解答】
合上S时，灯泡A、B同时变亮；当电流稳定后，线圈相当于直导线，灯泡B被短路，故电键闭合后，灯泡A、B同时亮，但B逐渐熄灭，A更亮，故A错误，B正确；
断开S时，A灯立即熄灭；线圈产生自感电动势，和灯泡B构成闭合电路，B灯先闪亮后逐渐变暗；故C错误，D错误；
故选B。
6.【答案】D
【解析】解：AB、在电路甲中，断开S，由于线圈阻碍电流变小，导致A将逐渐变暗不会闪亮一下，所以故AB错误；
CD、在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以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，导致A将变得更亮，然后逐渐变暗。故C错误，D正确；
故选：D。
电感总是阻碍电流的变化。线圈中的电流增大时，产生自感电流的方向更原电流的方向相反，抑制增大；线圈中的电流减小时，产生自感电流的方向更原电流的方向相同，抑制减小，并与灯泡构成电路回路。
线圈中电流变化时，线圈中产生感应电动势；线圈电流增加，相当于一个瞬间电源接入电路，线圈左端是电源正极。当电流减小时，相当于一个瞬间电源，线圈右端是电源正极。
7.【答案】C
【解析】
【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，根据楞次定律判断感应电动势的方向和作用，分析哪个灯先亮．断开瞬间也可以按照同样的思路分析。
明确自感现象是特殊的电磁感应现象，应用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行理解，注意线圈的电阻不计是解题的关键。
【解答】
电键S闭合瞬间，线圈L对电流有阻碍作用，则相当于灯泡A与B串联，因此同时亮，且亮度相同，稳定后B被短路熄灭，故AB错误；
稳定后当电键K断开后，A中不会再有电流通过，故A马上熄灭，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源右端为高电势，与灯泡B构成闭合回路放电，B灯闪一下再熄灭，故C正确，D错误。?
故选C。
8.【答案】B
【解析】
【分析】
当开关S闭合时，自感线圈有碍原电流变化，可分析哪个灯先亮．断开瞬间也可以按照同样的思路分析。
掌握自感线圈的作用，理解其阻碍的原理是由于产生感应电动势，以此来阻碍原电流的变化；注意看题目提示的自感线圈的电阻是否需要考虑。
【解答】
解：K闭时，A、B、C三灯都通电，三灯同时亮，且由于自感线圈的自感作用，L中瞬间无电流，A中电流为B、C灯中的两倍，A灯最亮．电流稳定后，自感现象消失，A灯被线圈短路，逐渐熄灭，故B正确，ACD错误。
故选B。
9.【答案】AC
【解析】
【分析】
本题考查了电磁感应现象；理解电磁感应现象的运用，及产生感应电动势的条件，注意涡流的防止与应用。
根据电磁感应现象的原理，结合感应电动势产生的条件分析；
电磁炉又被称为电磁灶，其原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，从而使金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅内的食物；
延时继电器中，若线圈B处于断开，即使断开也不会有感应电流，则不会出现延迟现象；
电子感应加速器是利用感应电场来加速电子的一种设备。
【解答】
A.无线充电时，手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应现象，发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，故A正确；
B.电磁炉又被称为电磁灶，其原理是磁场感应涡流加热，即利用交变电流通过线圈产生交变磁场，从而使金属锅自身产生无数小涡流而直接加热于锅内的食物，故B错误；
C.若B线圈的不闭合，当S断开，继电器中的铁棒立即没有磁性，所以没有延时功能，故C正确；
D.电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成，当电磁铁通以变化的电流时，会在柱形电磁铁的两极间产生磁场，在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道，当磁场发生变化时，产生的感应电场就会不断加速电子；给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子不能获得恒定的加速度，故D错误。
故选AC。
10.【答案】ABD
【解析】
【分析】
本题考查涡流、电磁阻尼、电磁驱动等基本知识，关键是理解这些概念并掌握其应用。
磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数；电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，与微波炉工作原理不同，；
金属探测器只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中；电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应引起的现象。
【解答】
A.电磁阻尼是指导体在磁场上运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，故磁电式仪表正是利用电磁阻尼的原理使指针迅速停下来，从而便于读数，故A正确；
B.电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，故B正确；
C.金属探测器的原理是由于电磁感应在被探测物中产生涡流来进行工作，只能探测金属，不能用于食品生产，防止细小的砂石颗粒混入食品中，故C错误；
D.电磁阻尼和电磁驱动都是电磁感应引起的现象，故D正确。
故选ABD。
11.【答案】BC
【解析】
【分析】
本题考查了通电自感和断电自感，关键是明确线圈中自感电动势的作用是阻碍电流的变化，但不能阻止电流变化。
【解答】
电键接通瞬间，电路中立即产生电流，但线圈中产生自感电动势，阻碍电流的增加，故开始时通过灯泡A的电流较大，即灯泡A较亮；电路中自感电动势阻碍电流的增加，但不能阻止电流通过，电流稳定后，三个灯泡一样亮，故A错误，B正确；
电键断开瞬间，线圈L与A组成自感回路，B与C立即熄灭；L电路中电流要立即减小零，但线圈中会产生自感电动势，与灯泡A构成闭合回路放电，故灯泡A是逐渐变暗，故C正确，D错误；
故选BC。
12.【答案】ACD
【解析】
【分析】
当断开的情况下，若突然闭合的瞬间，流过线圈的电流发生变化，产生自感电动势，阻碍原来电流的变化，根据自感现象的规律来分析。
当同时闭合、，待电路稳定后突然将、同时断开，因自感现象，导致两灯不会立即熄灭，而是逐渐熄灭。
当电流变化时，产生自感电动势，相当于电源；分析灯泡会不会闪的关键在于分析开关断开前线圈与灯泡电流的大小关系。
【解答】
在断开的情况下，若突然闭合时，A灯立即发光，由于线圈的自感现象，出现自感电动势阻碍电流的增大，则B灯逐渐亮起来，最后两灯一样亮，故A正确，B错误。
C.当同时闭合、，待电路稳定后待电路稳定后通过L的电流大于通过A、B的电流，突然断开，A与L组成闭合回路，则B灯立即熄，而A因L阻碍电流减小，导致A闪一下再熄灭，故C正确；
D.当同时闭合、，待电路稳定后通过L的电流大于通过A、B的电流，突然将、同时断开，因自感现象，线圈L阻碍电流变小，导致两灯闪一下再逐渐熄灭，故D正确；
故选ACD。
13.【答案】ABC
【解析】
【分析】
闭合，由于线圈的自感电动势，导致电路中电流慢慢增大，直到稳定值；只有电路稳定后，线圈相当于电阻，此时才能测量线圈L的直流电阻。
本题考查了自感线圈的自感作用，在断开电源的瞬间L相当于电源，结合实验安全原则，应先消除自感现象。
【解答】
解：A、闭合，由于线圈的自感电动势，导致电路中电流慢慢增大，直到稳定值，故A正确；
B、闭合，电压表的示数，由于电路中的电流慢慢增大直到稳定值，故电压表示数逐渐减小至稳定值，故B正确；
C、刚闭合，电压表和电流表的示数都在变化，只有电路稳定后，线圈相当于电阻，此时才能测量线圈L的直流电阻，故待两电表示数稳定后，方可读取U、I的值，故C正确；
D、若先断开开关，由于L的自感作用会使L和电压表组成回路，原先L中有较大的电流通过，现在这个电流将通过电压表，造成电表损坏，所以实验完毕应先断开开关，故D错误。
故选ABC。
14.【答案】BD
【解析】
【分析】
当通过线圈的电流发生变化时，将产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍电流的变化．线圈中的电流增大时，产生自感电流的方向更原电流的方向相反，抑制增大；线圈中的电流减小时，产生自感电流的方向更原电流的方向相同，抑制减小，并与灯泡A构成电路回路．
本题是断电自感的原型题，任何断电自感的问题均由此演化而来；要理清断电前、后瞬间各部分的电流方向和大小情况．
【解答】
在电路甲中，断开S，由于线圈产生自电动势，阻碍电流变小，导致A灯的电流只能逐渐变小，所以A灯将逐渐变暗。故A错误，B正确。
在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以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，导致A灯将变得更亮，然后逐渐变暗。故C错误，D正确；
故选BD。
15.【答案】解：当闭合开关S，待电路稳定后，由于电感电阻为零，电压为零，
根据闭合电路欧姆定律，则有：通过电流大小为：
；
而通过电流大小为：
当S断开时，L线圈中电流变化，导致产生自感电动势，从而与、构成回路，
则断开开关S的瞬间两电阻的电流大小均为由欧姆定律，得??
答：当S闭合电路稳定时a、b间的电压为0；在断开S的瞬间，a、b间的电压为60V．
【解析】电感在内部电流发生变化时会产生一种阻碍作用，当电流增大时会产生反向电动势使电流缓慢增大，在接通瞬间看作是电阻极大；当电流减小时，会产生同向电动势，使电流缓慢减小，相当于电源．
本题要明确电感的自感现象，是由于电磁感应现象使其内部电流产生的一个变化，应根据电磁感应现象进行理解．
16.【答案】解：电路稳定工作时，由于a、b两点的电势相等，导线ab上无电流流过，因此通过L的电流为，流过的电流为，断开S的瞬间，由于线圈要维持不变，而与组成闭合回路，因此通过的最大电流为，所以此时两端的电压为正常工作时为；断开S前，流过的电流为不变，而断开S的瞬间，通过的电流突变为，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图象应为如图所示为断开S的时刻，注：从开始，电流持续的时间实际上一般是很短的。
答：求断开S的瞬间，灯泡两端的电压；断开S前，流过的电流为不变，而断开S的瞬间，通过的电流突变为，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图象应为如图所示为断开S的时刻，。
【解析】断开S的瞬间，由于线圈要维持不变，而与组成闭合回路，因此通过的最大电流为，所以此时两端的电压为；根据自感现象，断开S前，流过的电流为不变，而断开S的瞬间，通过的电流突变为，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零。
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