4.6互感和自感—人教版高中物理选修3-2同步训练（word含答案）

4.6互感和自感
同步训练
一、单选题(共27分)
40563804381501．(本题3分)图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（　　）
A．图1中，A1与L1的电阻值相同
B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
54387752819402．(本题3分)在如图所示的电路中，LA为灯泡，S为开关，L为有铁芯的线圈。对于这样的电路，下列说法正确的是（　　）
A．因为线圈L通电后会产生自感现象，所以S闭合后，灯泡LA中无电流通过
B．在S打开或闭合的瞬间，电路中都不会产生自感现象
C．当S闭合时，电路中会产生自感现象
D．在S闭合后再断开的瞬间，灯泡LA可能不立即熄灭
44767502095503．(本题3分)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是两个相同的灯泡。则（　　）
A．当S闭合瞬间，A灯不亮B灯亮
B．当S断开瞬间，A、B两灯同时熄灭
C．当S断开瞬间，a点电势比b点电势低
D．当S断开瞬间，流经灯泡B的电流由a到b
50571402857504．(本题3分)如图所示，两个灯泡L1、L2的电阻相等，电感线圈L的电阻可忽略，开关S从断开状态突然闭合，稳定之后再断开，下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关之后L1立刻变亮、L2逐渐变亮，然后L1、L2逐渐变暗
B．闭合开关之后L1、L2同时变亮，然后L1逐渐变亮，L2逐渐变暗
C．断开开关之后L1立即熄灭、L2逐渐变暗
D．断开开关之后L1逐渐变暗，L2闪亮一下再熄灭
47148753105155．(本题3分)如图，A、B是两个完全相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，下面说法正确的是（　　）
A．闭合开关S时，A、B灯同时亮，且达到正常亮度
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，A灯与B灯同时逐渐熄灭
D．断开开关S时，B灯立即熄灭而A灯慢慢熄灭
6．(本题3分)下列四幅演示实验图中，实验现象表述正确的是（　　）
A．图甲用磁铁靠近轻质铝环A，A会靠近磁铁
B．图乙断开开关S，触点C立即断开
C．图丙演示反向电流相互吸引，同向电流相互排斥
D．图丁电子射线管（A为阴极），接通高压电源后，荧光屏上的电子束向上偏转
48768002343157．(本题3分)如图所示电路中，线圈L与灯泡A并联，当合上开关S后灯A正常发光。已知，线圈L的电阻小于灯泡A的电阻。则下列现象可能发生的是（　　）
A．当断开S时，灯泡A立即熄灭
B．当断开S时，灯泡A突然闪亮一下，然后逐渐熄灭
C．若把线圈L换成电阻，断开S时，灯泡A逐渐熄灭
D．若把线圈L换成电阻，断开S时，灯泡A闪亮一下，然后逐渐熄灭
45720004171958．(本题3分)如图所示，小螺线管与音乐播放器相连，大螺线管直接与音箱相连．当把小螺线管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来，大小螺线管之间发生的物理现象是(　　)
A．自感 B．静电感应
C．互感 D．直接导电
41624257010409．(本题3分)某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡正常发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　）
A．线圈的电阻偏大
B．小灯泡的额定电压偏大
C．电源的电动势偏小
D．线圈的自感系数偏小
二、多选题(共20分)
412432589725510．(本题4分)图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，false和false为电感线圈。实验时，断开开关false瞬间，灯false突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关false，灯false逐渐变亮，而另一个相同的灯false立即变亮，最终false与false的亮度相同。下列说法正确的是（　　）
A．图1中，false的电阻大于false的电阻
B．图1中，false闪亮时，流过false的电流方向向左
C．图2中，变阻器false与false的电阻值相同
D．图2中，闭合false瞬间，false中电流与变阻器false中电流等大
11．(本题4分)有多款智能手机支持无线充电，如图为充电原理示意图。充电板接交流电源，对充电板供电，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电，下列说法正确的是（　　）
A．手机外壳用金属材料制作可以减少能量损耗
B．如果图示方向的磁场在变强，受电线圈中c点的电势低于d点的电势
C．在送电线圈电压不变的情况下，增加送电线圈匝数可以提高受电线圈的电压
D．受电线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同
38798502857512．(本题4分)关于自感现象，下列说法中正确的是（　　）
A．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数也较大
B．线圈中产生的自感电动势较大的其自感系数一定较大
C．感应电流不一定和原电流方向相反
D．对于同一线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势越大
473392538671513．(本题4分)如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是电阻为零的纯电感，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，A灯亮后逐渐熄灭，B灯逐渐变亮
B．S闭合时，A灯、B灯同时亮，然后A灯变暗，B灯变得更亮
C．S闭合，电路稳定后，S断开时，A灯突然亮一下，然后熄灭，B灯立即熄灭
D．S闭合，电路稳定后，S断开时，A灯突然亮一下，然后熄灭，B灯逐渐熄灭
453390033718514．(本题4分)如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则( )
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的电键S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
三、解答题(共53分)
15．(本题10分)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．
4857750243840（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？
440055051625516．(本题10分)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？
17．(本题11分)间距为false的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图所示,倾角为θ的导轨处于大小为false，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中，水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3false的“联动双杆”（由两根长为false的金属杆，false和false，用长度为L的刚性绝缘杆连接而成），在“联动双杆”右侧存在大小为false，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ，其长度大于L，质量为false，长为false的金属杆false，从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨（无能量损失），杆false与“联动双杆”发生碰撞后杆false3629025927735和false合在一起形成“联动三杆”，“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出，运动过程中，杆false、false和false与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直．已知杆false、false和false电阻均为false．不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应．求：
（1）杆false在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小false；
（2）联动三杆进入磁场区间II前的速度大小false；
（3）联动三杆滑过磁场区间II产生的焦耳热 false
416242575438018．(本题10分)如图所示，两光滑平行金属导轨间的距离L=0.4m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在平面内，分布着方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab垂直放在金属导轨上，当接通电源后，导轨中通过的电流恒为I=1.5A时，导体棒恰好静止，g取10m/s2．已知sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，求：
（1）磁场的磁感应强度为多大？
（2）若突然只将磁场方向变为竖直向上，其他条件不变，则磁场方向改变后的瞬间，导体棒的加速度为多少？
19．(本题12分)磁悬浮列车的运动原理如图所示，在水平面上有两根水平长直平行导轨，导轨间有与导轨面垂直且方向相反的匀强磁场B1和B2，B1和B2相互间隔，导轨上有金属框abcd。当磁场B1和B2同时以恒定速度沿导轨向右匀速运动时，金属框也会由静止开始沿导轨向右运动。已知两导轨间距L1=0. 4 m，两种磁场的宽度均为L2，L2=ab，B1＝B2=1.0T。金属框的质量m=0.1kg，电阻R=2.0Ω。金属框受到的阻力与其速度成正比，即f=kv，k=0.08 kg/s，只考虑动生电动势。求：
（1）开始时金属框处于图示位置，判断此时金属框中感应电流的方向;
（2）若磁场的运动速度始终为v0=10m/s，在线框加速的过程中，某时刻线框速度v1=7m/s，求此时线框的加速度a1的大小;
（3）若磁场的运动速度始终为v0=10m/s，求金属框的最大速度v2为多大？此时装置消耗的总功率为多大？
3171190-110490
参考答案
答案含解析
1．C
【详解】
AB．题图1中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL。S1断开瞬间，A1突然变亮，可知IL>I1，因此A1和L1电阻不相等，故AB错误；
CD．题图2中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同，由于A2、A3完全相同，故变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确，D错误。
故选C。
2．C
【分析】
由线圈电阻与灯泡电阻关系得出其电流关系，迅速断开开关S时，灯泡中原来的电流突然消失，线圈中电流逐渐减小，且要与灯泡组成回路。
【详解】
ABC．闭合开关的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，通过灯的电流缓慢增大，所以S闭合后，灯泡LA中有电流通过，当S闭合时，电路中会产生自感现象。故AB错误，C正确。
D．在S闭合后再断开的瞬间，由于不存在自感回路，所以没有感应电流产生，灯泡LA立即熄灭。故D错误。
故选C。
3．D
【详解】
A．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A错误；
BCD．稳定后当电键K断开后，A马上熄灭，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源左端为高电势，与灯泡B构成闭合回路放电，流经灯泡B的电流是由a到b，a点电势比b点电势高，B闪一下再熄灭，故D正确，BC错误；
故选 D。
4．B
【详解】
AB．开关S闭合瞬间，由于自感线圈相当于断路，所以两灯是串联，两灯同时亮；待电路稳定后，线圈相当于导线，把灯L2短路，所以灯L2逐渐变暗，而灯L1逐渐变亮，故A错误，B正确；
CD．断开开关后，L1立即熄灭，由于线圈的自感作用，L相当于电源，与L2组成回路，L2突然闪亮一下再逐渐熄灭，故C、D错误。
故选B。
5．C
【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。由于线圈的自感阻碍，A灯后发光，由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐变亮，最后一样亮，故AB错误；
CD．断开开关S的瞬间，线圈与两灯一起构成一个自感回路，过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，两灯逐渐同时熄灭，故C正确，D错误。
故选C。
6．D
【详解】
A．图甲用磁铁靠近轻质铝环A，由于A环中发生电磁感应，根据楞次定律可知，A将远离磁铁，故A错误；
B．图乙断开开关S，由于B线圈中发生电磁感应现象阻碍电流的减小，因此线圈仍有磁性，触电C不立即断开，故B错误；
C．根据左手定则可知，图丙演示反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，故C错误；
D． 根据左手定则可知，图丁电子射线管（A为阴极），接通高压电源后，荧光屏上的电子束向上偏转，故D错误。
故选D。
7．B
【详解】
AB．由于线圈L的电阻小于灯泡A的电阻，则电路稳定时，通过线圈L的电流大于灯泡A的电流。当断开S时，原来通过灯泡的电流立即消失，由于通过线圈L的电流减小，产生自感电动势，线圈相当于电源和灯泡组成一个闭合回路，由于开始时L的电流大于原来灯泡的电流且逐渐减小，所以灯泡A突然闪亮一下后逐渐熄灭，A错误，B正确；
CD．若把线圈L换成电阻，则当断开S后，由于L中没有自感电流，所以灯泡A立即熄灭，选项CD错误。
故选B。
8．C
【解析】
小螺线管与音乐播放器相连，小线圈中输入了音频信号；当把小螺线管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来，说明大线圈中激发出了感应电流，是互感现象．故C正确，ABD错误．
故选：C
9．A
【详解】
图中的电路是一个灯泡与电感线圈并联再与电源、开关串联起来的电路，当小灯泡正常发光时，通过灯泡和电感线圈中都有电流，当开关断开时，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象，说明开关断开后，通过小灯泡的电流也没有显著增大，这是因为原来通过电感线圈的电流小于灯泡的电流，当断电后，电感最多会产生原来通过自己的等大的电流，故造成小灯泡未闪亮的原因是线圈的电阻偏大的缘故。
故选A。
10．BC
【详解】
A．题图1中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL。S1断开瞬间，A1突然闪亮，可知IL>I1，因此L1的电阻小于A1的电阻，故A错误；
B．图1中，因开始时通过L1的电流向右，则A1闪亮时，流过A1的电流方向向左，故B正确；
CD．题图2中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同，由于A2、A3完全相同，故变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确，D错误。
故选BC。
11．BD
【详解】
A．外壳不能使用金属材料，若使用金属材料外壳也会发生电磁感应，形成回路，消耗能量，故A错误；
B．通过楞次定律结合右手螺旋法则，知电流由d流出，相当于电源正极，d点电势高于c点，故B正确；
C．在送电线圈电压不变的情况下，增加送电线圈匝数不改变送电线圈的电流和周围的磁场，不可以提高受电线圈的电压，故C错误；
D．根据电磁感应原理可知，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同，故D正确。
故选BD。
12．CD
【详解】
AB．自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小、电流变化快慢无关，故AB错误；
C．根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，故C正确；
D．根据法拉第电磁感应定律可知，当电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，故D正确。
故选CD。
13．AD
【详解】
当S闭合时，通过自感线圈的电流逐渐增大而产生自感电动势，L相当于断路，电容C较大，相当于短路，当电流稳定时，L短路，电容C断路，故A灯先亮后灭，B灯逐渐变亮；当S断开时，灯泡A与自感线圈L组成了闭合回路，灯泡A中的电流先增大后减小至零，故闪亮一下熄灭，电容器与灯泡B组成闭合回路，电容器放电，故灯泡B逐渐熄灭，则AD正确，BC错误。
故选AD。
14．BC
【详解】
AB.当S1断开时，A中电流消失，此时穿过A、B线圈的磁通量均减小，由于A线圈已经断开，不产生感应电流，对磁场强度的减弱没有抑制作用；而B线圈的开关S2是闭合的，内部产生感应电流，B线圈中有感应电流产生的磁场，这即是延迟效应产生的原因，A错误，B正确；
CD.如果S2断开，线圈B也不产生感生电流，将不会有延时的作用，C正确，D错误。
故选BC。
15．（1）B；电磁感应；（2）无．
【解析】
【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.
16．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．
【解析】
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．
答案：闭合瞬间，b立即变亮，a将慢慢亮起来　稳定后两灯都正常发光，a较亮　断开瞬间，a渐渐变暗到熄灭，b灯将会闪亮一下，再逐渐变暗到熄灭．
17．(1) false (2) 1.5m/s (3)0.25J
【详解】
沿着斜面正交分解，最大速度时重力分力与安培力平衡
(1)感应电动势false
电流false
安培力false
匀速运动条件false
代入数据解得：false
（2）由定量守恒定律false
解得：false
（3）进入B2磁场区域，设速度变化大小为false,根据动量定理有
false
false
解得：false
出B2磁场后“联动三杆”的速度为
false
根据能量守恒求得：
false
综上所述本题答案是：(1) false (2) 1.5m/s (3)0.25J
【点睛】
本题比较复杂，根据动能定理求出ab棒下落到轨道低端时的速度，再利用动量守恒求出碰后三者的速度，结合动量定理求出进出磁场的初末速度之间的关系，并利用能量守恒求出系统内增加的热量．
18．(1)0.4T (2) false
【解析】
（1）导体棒受力如图，建立直角坐标系如图，根据平衡条件得：

F安-mgsin 37°=0
而F安=BIL
解得B=0.4T
（2）导体棒受力如图，建立直角坐标系如图，根据牛顿第二定律得：

Mgsin37°-F安cos37°=ma
F安=BIL
解得：a=1.2m/s2
即导体棒的加速度大小为1.2m/s2，方向沿斜面向下．
19．（1）abcda的方向（2）4m/s2（3）8m/s；6.4W
【详解】
(1)磁场以恒定速度沿导轨向右匀速运动，则由楞次定律可知金属框中感应电流的方向是：abcda的方向；
(2)根据楞次定律可知金属框与磁场同向运动，感应电动势：
false
感应电流：
false
左右两边受到的安培力都为：
false
根据牛顿第二定律有：
false
解得此时金属框的加速度：
false
代入数据解得：false；
(3)当金属框有最大速度时做匀速运动，所受合外力为零：
false
左右两边受到的安培力都为：
false
代入数据解得最大速度：false；
装置消耗的功率分克服阻力做功的功率和电功率两部分，克服阻力做功的功率：
false
代入数据解得：false；
电功率：
false
代入数据解得：false；
此时装置消耗的功率：
false
答：（1）此时金属框中感应电流的方向为abcda；
（2）此时线框的加速度false；
（3）金属框的最大速度false；此时装置消耗的总功率为6.4W。