高中物理第四章电磁感应6互感和自感课时练习题含答案
高中物理第四章电磁感应6互感和自感课时练习题含答案
互感和自感题组一自感现象1.下列单位换算正确的是()A.1亨=1欧·秒B.1亨=1伏·安/秒C.1伏=1韦/秒D.1伏=1亨·安/秒解析:由E=L可知1伏=1亨·安/秒,选项D正确。
答案:D2.在制作精密电阻时,为消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采取了双线绕法,如图所示,其道理是()A.当电路中电流变化时,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.当电路中电流变化时,两股导线中产生的磁通量相互抵消D.以上说法均不正确解析:由于采用双线并绕的方法,当电流通过时,两股导线中的电流方向是相反的,不管电流怎样变化,任何时刻两股电流总是等大反向的,所产生的磁通量也是等大反向的,故总磁通量等于零,在线圈中不会产生电磁感应现象,因此消除了自感现象,选项C正确。
答案:C题组二通电自感:3.( 多选题 )如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻r不能忽略。
R1和R2是两个定值电阻,L是一个自感系数较大的线圈。
开关S原来是断开的,从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内,通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是( )A.I1开始较大而后逐渐变小B.I1开始很小而后逐渐变大C.I2开始很小而后逐渐变大D.I2开始较大而后逐渐变小解析:闭合开关S时,由于L是一个自感系数较大的线圈,产生反向的自感电动势阻碍电流的变化,所以开始I2很小,随着电流达到稳定,自感作用减小,I2开始逐渐变大;闭合开关S时,由于线圈阻碍作用很大,路端电压较大,随着自感作用减小,路端电压减小,所以R1上的电压逐渐减小,电流逐渐减小,故选项A、C正确。
答案:AC4.如图所示的电路,L为自感线圈,R是一个灯泡,E是电源。
当S闭合瞬间,通过灯泡R的电流方向是。
当S断开瞬间,通过灯泡的电流方向是。
解析:当S闭合时,流经R的电流是A→B。
当S断开瞬间,由于电源提供给R及线圈的电流立即消失,因此线圈要产生一个和原电流方向相同的自感电动势来阻碍原电流减小,所以电流流经R时的方向是B→A。
2019_2020学年高中物理第四章电磁感应6互感和自感课后检测含解析新人教版选修3_2
互感和自感记一记互感和自感知识体系辨一辨1.利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈．(√) 2．在自感现象中，感应电流的方向一定和原电流的方向相同．(×) 3．在自感现象中，感应电流只能阻碍原电流的增加．(×)4．在自感现象中，通过线圈的感应电流不可能大于原电流．(√) 5．线圈中的自感电动势较大时，其自感系数一定较大．(×)想一想1.互感和自感现象的本质是电磁感应现象吗？提示：是，都是利用电磁感应现象工作的．2．在通电自感现象中，自感电动势的方向与原电流的方向相同还是相反？自感电动势能阻止电流的增大吗？提示：当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，但不能阻止电流的变化．3．断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？试从能量的角度加以解释．提示：开关断开后，线圈中储存的磁场能释放出来转化为电能，故灯泡发光会持续一段时间．思考感悟：练一练1.关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( )A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流变化越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的性质及有无铁芯决定解析：自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定的，故B、C两项错误，D项正确；自感电动势不仅与自感系数有关，还与电流变化快慢有关，故A项错误．答案：D2．如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( ) A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯解析：通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流；通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场．铁锅是导体，感生电场在导体内产生电流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温，C项正确．答案：C3．如图甲所示，A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上，A环中电流i A随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是( )A．t1时刻，两环作用力最大B．t2和t3时刻，两环相互吸引C．t2时刻两环相互吸引，t3时刻两环相互排斥D．t3和t4时刻，两环相互吸引解析：t1时刻B环的感应电流为零，故两环作用力为零，则A项错误；t2时刻A环中电流在减小，则B环中产生与A环中同向的电流，故相互吸引，t3时刻同理也相互吸引，故B 项正确，C项错误；t4时刻A中电流为零，两环无相互作用，D项错误．答案：B4．如图所示，电感线圈L 的直流电阻R L ＝3.0 Ω，小灯泡A 的电阻R ＝6.0 Ω，闭合开关S ，待电路稳定后再断开开关，则在断开开关S 的瞬间，小灯泡A( )A ．不熄灭B ．立即熄灭C ．逐渐熄灭D ．闪亮一下再逐渐熄灭解析：因为电感线圈的直流电阻R L ＜R ，当电流达到稳定时，小灯泡中的电流小于线圈中的电流，开关S 断开瞬间，线圈L 产生自感电动势， L 中电流要逐渐变小，灯泡中的电流与L 中的电流变化一致，由于电流比灯泡原来的电流大，所以灯泡要闪亮一下再逐渐熄灭，故D 项正确，A 、B 、C 三项错误．答案：D要点一 自感现象 自感电动势1.关于自感现象，正确的说法是( )A ．自感电动势一定和原来的电流方向相反B ．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大C ．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大D ．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大解析：当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时，自感电动势的方向与原来的电流同向，故选项A 错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B 错误，选项D 正确；自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化快慢无关，故选项C 错误．答案：D2．关于线圈自感系数的说法错误的是( )A ．自感电动势越大，自感系数也越大B ．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小C ．把线圈匝数增加一些，自感系数变大D ．电感是自感系数的简称解析：自感系数的大小是由线圈的匝数、形状、粗细、有无铁芯等决定的，与电流大小、自感电动势大小无关，匝数越多，自感系数越大，有铁芯时，自感系数显著增大，故A 项错误，B 、C 两项正确；同时，自感系数简称为电感，故D 项正确．答案：A3．关于线圈中自感电动势大小的说法中正确的是( )A ．电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B ．电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C ．通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D ．通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大解析：电感一定时，电流变化越快，ΔI Δt 越大，由E ＝L ΔI Δt知，自感电动势越大，A 项错误，B 项正确；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C 项错误；当通过线圈的电流最大时，电流的变化率为零，自感电动势为零，故D 项错误．答案：B4．(多选)如图所示，闭合电路中的螺线管可自由伸缩，螺线管有一定的长度，这时灯泡具有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管左边迅速插入螺线管内，则将看到( )A．灯泡变暗 B．灯泡变亮C．螺线管缩短 D．螺线管伸长解析：当软铁棒插入螺线管中时，穿过螺线管的磁通量增加，故产生反向的自感电动势，所以电流减小，灯泡变暗，每匝线圈间同向电流作用力减小，故螺线管伸长，选项A、D两项正确．答案：AD要点二通电自感和断电自感5．如图所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计. R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，电源为理想电源，当S闭合时，下列说法正确的是( ) A．A比B先亮，然后A灭B．B比A先亮，然后A灯逐渐变亮C．A、B一起亮，然后A灭D．A、B一起亮，然后B灭解析：S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，由于L的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D三项错误，B项正确．答案：B6．如图甲、乙中，自感线圈L的电阻很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，下列说法正确的是( )A．在电路甲中，断开S，A将立即熄灭B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后逐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗解析：甲图中，灯泡A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势的作用使得支路中的电流瞬时不变，以后渐渐变小，A、B两项错误；乙图中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给灯泡A供电．因此反向流过A的电流瞬间要变大，然后逐渐变小，所以灯泡要先更亮一下，然后渐渐变暗，C项错误，D项正确．答案：D7．如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，线圈的自感系数很大，线圈的直流电阻R L与灯泡的电阻R满足R L<R.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.下列表示通过灯泡的电流随时间变化的图象中，正确的是( )解析：当闭合开关时，L会阻碍电流的增大，所以流过L的电流只能逐渐增大，流过L 的电流增大，则流过干路的电流增大，则电源的内电阻消耗的电压增大，路端电压减小，所以流过灯泡的电流会逐渐减小，一直到电路稳定．正常工作时，由于自感线圈L直流电阻值小于灯泡的阻值，通过线圈L的电流大于通过灯泡的电流；当断开开关，由于电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原来流过电阻的方向相反，且电流比灯泡原来的电流大，然后电流慢慢减小最后为0，故C项正确，A、B、D三项错误．答案：C8．在如图所示的电路中，A1和A2是两个完全相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计．下列说法中正确的是( )A．合上开关S，A1先亮，A2后亮，最后一样亮B．断开开关S，A1和A2都要过一会儿才熄灭C．断开开关S，A2闪亮一下再熄灭D．断开开关S，流过A2的电流方向向右解析：当开关S闭合时，灯A2立即发光．通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据自感现象可知，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．线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，两灯电流相等，亮度相同，故A项错误；稳定后当开关S断开后，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构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于当电流逐渐稳定时，两灯电流相等，所以断开开关S时，A2不会再闪亮一下再熄灭，故B项正确，C项错误；稳定后当开关S断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，流过A2的电流方向向左，故D项错误．答案：B基础达标1.(多选)关于互感现象，下列说法正确的是( )A．两个线圈之间必须有导线相连，才能产生互感现象B ．互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈C ．互感现象都是有益的D ．变压器是利用互感现象制成的解析：两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象，选项A 错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈，选项B 正确；互感现象并非都是有益的，有时会影响电路的正常工作，选项C 错误；变压器是利用互感现象制成的，选项D 正确．答案：BD2．(多选)下列哪些单位关系是正确的是( )A ．1亨＝1欧·秒B ．1亨＝1伏·安/秒C ．1伏＝1韦/秒D ．1伏＝1亨·安/秒解析：由E ＝L ΔI Δt 得L ＝E ΔI Δt取E ＝1伏，ΔI Δt＝1安/秒，得1亨＝1欧·秒，1伏＝1亨·安/秒，故选项A 、D 两项正确，B 项错误；由E ＝n ΔΦΔt知，1伏＝1韦/秒，选项C 项正确． 答案：ACD3．(多选)下列关于互感现象的说法正确的是( )A ．一个线圈中的电流变化时，与之靠近的线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象B ．互感现象的实质是电磁感应现象，同样遵循楞次定律和法拉第电磁感应定律C ．利用互感现象能够将能量由一个线圈传递到另一个线圈，人们制造了收音机的“磁性天线”D ．互感现象在电力工程以及电子电路中不会影响电路的正常工作解析：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，会影响电路的正常工作，D 项错误．答案：ABC4．无线电力传输目前已取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示．下列说法正确的是( )A ．若A 线圈中输入电流，B 线圈中就会产生感应电动势B ．只有A 线圈中输入变化的电流，B 线圈中才会产生感应电动势C ．A 中电流越大，B 中感应电动势越大D ．A 中电流变化越快，B 中感应电动势越大解析：根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B 线圈才能产生感应电动势，A 项错误，B 项正确；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量变化率，所以C 项错误，D 项正确．答案：BD5．在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关S 由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关S 处产生电弧，危及操作人员的人身安全．为了避免电弧的产生，可在线圈处并联一个元件，下列方案可行的是( )解析：闭合S时，二极管处于反向截止状态，不影响电路正常工作．断开S时，由于自感现象，线圈跟二极管D组成闭合回路，此时二极管处于正向导通状态，可以避免电弧的产生，故D选项正确．答案：D6．在无线电仪器中，常需要在距离较近的地方安装两个线圈，并要求一个线圈中有电流变化时，对另一个线圈中的电流影响尽量小，则下图中两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是( )解析：某一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化率越小，影响则越小，欲使两线圈由于互感的影响尽量小，应放置成D选项的情形，这样其一个线圈的磁场通过另一个线圈的磁通量的变化应为零，故D选项正确．答案：D7．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，采用双线并绕的方法，如图所示．其道理是( )A．当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消D．以上说法都不对解析：由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股导线中的电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B、D三项错误，只有C项正确．答案：C8．(多选)如图所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关．关于三盏灯泡，下列说法正确的是( ) A．合上开关，c、b先亮，a后亮B．合上开关一会后，a、b一样亮C．断开开关，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭D．断开开关，c马上熄灭，b闪一下后和a一起缓慢熄灭解析：闭合开关S时，由于线圈L的自感作用，流过a灯的电流逐渐增大，所以a灯后亮，b、c灯与电源构成回路，所以b、c灯先亮，故A项正确；合上开关一会后，电路稳定，L是一个直流电阻为零的自感线圈，可视为导线，a、b灯完全相同，并联电压相同，故a、b 灯一样亮，故B项正确；断开开关瞬间，a、b灯与线圈构成闭合回路．由于L的自感作用，a、b灯的电流要逐渐减小，故c灯马上熄灭，a、b灯缓慢熄灭，C项错误；由于电路稳定时，a、b灯中电流相同，故b灯无闪亮现象，D项错误．答案：AB9．(多选)如图所示是一种延时开关的原理图，当S1闭合、S2断开时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通；当S1断开、S2闭合时，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线圈的开关S2，无延时作用D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长解析：线圈A中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失．当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，B中电流的磁场继续吸引D而起到延时的作用，所以B项正确，A项错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，所以C项正确，D项错误．答案：BC10．(多选)a、b两金属环上下相隔一很小间距按图示方式放置，O1、O2分别是a环、b 环的圆心，其中b环面的一半面积刚好与固定a环正对，在a环中开关S闭合的瞬间，下列说法正确的是( )A．b环中有顺时针方向的感应电流B．b环中有逆时针方向的感应电流C．b环会沿O1O2方向运动D．b环会沿O2O1方向运动解析：闭合S的瞬间，b环中垂直纸面向里的磁通量增加，由楞次定律知b环中感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外，由右手定则判断b环中感应电流为逆时针方向，故A项错误，B项正确；由楞次定律知，为了阻碍b环内磁通量的增大，b环会朝着能适当减小与a 环正对面积的方向移动，即b环沿O1O2方向移动，即C项正确，D项错误．答案：BC11．如图所示为测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L的两端并联一个电压表，用来测量自感线圈的直流电压．在测量完毕后，将电路拆解时应( )A．先断开S1 B．先断开S2C．先拆除电流表 D．先拆除电压表解析：若先断开S1或先拆除电流表，线圈与电压表组成闭合回路，这时，流过电压表的电流与原来方向相反，电压表的指针将反向偏转，容易损坏电压表．按操作要求，应先断开开关S2，再断开开关S1，然后拆除器材．故B项正确．答案：B能力达标12.(多选)如图所示甲、乙电路，电阻R和自感线圈L的电阻都很小．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，A将逐渐变暗B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，A将逐渐变暗D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗解析：题图甲中，A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以开关断开的瞬间，A的电流不变，以后电流渐渐变小．因此，A渐渐变暗．题图乙中，A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关S时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，此瞬间电感线圈中的电流不变，电感线圈相当于一个电源给A供电．因此，反向流过A的电流瞬间要变大，然后渐渐变小，所以A将先闪亮一下，然后渐渐变暗．答案：AD13．图中L是绕在铁芯上的线圈，它与电阻R、R0及开关和电池E构成闭合回路．开关S1和S2开始都处于断开状态．设在t＝0时刻，闭合开关S1，经过一段时间，在t＝t1时刻，再闭合开关S2，则能较准确表示电阻R两端的电势差U ab随时间t变化的图线是( ) 解析：闭合开关S1，线圈产生的自感电动势阻碍电流的变大，U ab逐渐变大；电流达到稳定后，再闭合开关S2，由于线圈的作用，原有电流慢慢变小，U ab也从原来的数值慢慢减小，A项正确．答案：A14．如图所示，电源的电动势为E ＝10 V ，内阻不计，L 与R 的电阻值均为5 Ω，两灯泡的电阻值均为R S ＝10 Ω.(1)求断开S 的瞬间，灯泡L 1两端的电压；(2)定性画出断开S 前后一段时间内通过L 1的电流随时间的变化规律．解析：(1)电路稳定工作时，由于a 、b 两点的电势相等，导线ab 上无电流通过．因此通过L 的电流为I L ＝E 2R ＝1010A ＝1 A 流过L 1的电流为I S ＝E 2R S ＝1020A ＝0.5 A 断开S 的瞬间，由于线圈要维持I L 不变，而与L 1组成闭合回路，因此通过L 1的最大电流为1 A.所以此时L 1两端的电压为U ＝I L ·R S ＝10 V.(2)断开S 前，流过L 1的电流为0.5 A 不变，而断开S 的瞬间，通过L 1的电流突变为1 A ，且方向也发生变化，然后渐渐减小到零，所以它的图象如图所示(t 0为断开S 的时刻)．答案：(1)10 V (2)见解析图。
2021-2022版高中物理人教版选修3-2课件：第四章 6 互感和自感
接通电源的瞬间,灯泡 A1_较__慢__地__亮__起__来__
_阻__碍__电流的增加
断开开关的瞬间,灯泡 A_逐__渐__变__暗__。有时灯 泡A会闪亮一下,然后 逐渐变暗
_阻__碍__电流的减小
3.自感系数:
(1)自感电动势的大小:E=L I ,其中L是线圈的自感系数,简称自感或电感。
t
(2)单位:_亨__利__,符号:_H_。常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH)。换算关系
【易错辨析】 (1)自感现象中,感应电动势一定和原电流方向相反。 ( × ) (2)线圈中产生的自感电动势较大时,其自感系数一定较大。 ( × ) (3)对于同一线圈,当电流变化较快时,线圈中的自感电动势也较大。 (√ ) (4)没有发生自感现象时,即使有磁场也不会储存能量。 ( × )
关键能力·合作学习
【解析】选C。根据楞次定律,当原电流增大时,感应电动势与原电流方向相反; 当原电流减小时,感应电动势与原电流方向相同,故A错误;在自感系数一定的条 件下,根据法拉第电磁感应定律,则有:通过导体的电流的变化率越大,产生的自 感电动势越大,与电流大小及电流变化的大小无关,故B错误,C正确;自感系数由 线圈自身决定,与其他因素无关,故D错误。
6 互感和自感
必备知识·自主学习
一、互感现象
二、自感现象
1.自感现象:一个线圈中的电流_变__化__时,它所产生的_变__化__的磁场在它本身激发 出感应电动势的现象,产生的电动势叫作_自__感__电__动__势__。
2.通电自感和断电自感: 电路
通电 自感
断电 自感
现象
自感电动势 的作用
匝数、线圈的横截面积、铁芯的有无有关,而与线圈内电流强度的变化率无关,
4.6互感和自感(上课)
2．关于线圈的自感系数，下面说法正确 的是 （ ） A．线圈的自感系数越大，自感电动势一 定越大 B．线圈中电流等于零时，自感系数也等 于零 C．线圈中电流变化越快，自感系数越大 D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及 有无铁芯决定
D
3．如图所示，L为一个自感系数大的自感线 圈，开关闭合后，小灯能正常发光，那么闭 合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象 分别是 （ ）
2、镇流器：镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很 大。在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压 加在灯管两端，促使灯管里的低压汞蒸气放电，形成 闭合电路；在日光灯正常工作时，利用自感现象，起 着降压限流的作用。
当堂检测
1．下列关于自感现象的说法中，不正 确的是 （ B ） A．自感现象是由于导体本身的电流发 生变化而产生的电磁感应现象 B．线圈中自感电动势的方向总与引起 自感的原电流的方向相反 C．线圈中自感电动势的大小与穿过线 圈的磁通量变化的快慢有关 D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁 芯时要大
A
A．小灯逐渐变亮，小灯立 即熄灭 B．小灯立即亮，小灯立即 熄灭 C．小灯逐渐变亮，小灯比 原来更亮一下再慢慢熄灭 D．小灯立即亮，小1、A2的规格 完全相同，自感线圈L的电阻可以忽略，下列 说法中正确的是（ C ） A．当接通电路时，A2先 亮，A1后亮，最后A2比A1亮 B．当接通电路时，A1和A2 始终一样亮 C．当断开电路时，A1和A2 都过一会儿熄灭 D．当断开电路时，A2立 即熄灭，A1过一会儿熄灭
第四章
电磁感应
6
互感和自感
学习目标
1．知道什么是互感现象和自感现象。 2．知道自感系数是表示线圈本身特征 的物理量，知道它的单位及其大小的决 定因素。 3．知道自感现象的利与弊及对它们的 利用和防止。 4．能够通过电磁感应部分知识分析通 电、断电自感现象的原因及磁场的能量 转化问题。
高中物理第四章电磁感应6互感和自感课时作业(含解析)选修32
互感和自感一、单项选择题1．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是( D )A．线圈的自感系数越大，自感电动势就一定越大B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流变化越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定解析：自感系数是由线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯等因素决定，故B、C错，D 对；自感电动势不仅由自感系数决定，还与电流变化快慢有关，故A错．2．在同一铁芯上绕着两个线圈A、B，两电源相同，单刀双掷开关原来接在点1，现在把它从点1扳向点2，如图所示，试判断在此过程中，在电阻R上的电流方向是( A )A．先是P→Q，再是Q→PB．先是Q→P，再是P→QC．始终是Q→PD．始终是P→Q解析：单刀双掷开关接在点1上时，A线圈中的电流恒定不变，在铁芯中产生的磁场方向是沿铁芯自右向左．当单刀双掷开关由点1扳向点2的过程中，通过线圈A中的电流，先沿原方向减小到零，再由零增大到原电流值，所以B中产生的感应电流分两个阶段分析：(1)在A中电流沿原方向减小到零的过程中，A的磁场自右向左也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量在减小．由楞次定律知，线圈B中会产生右上左下的感应电流，即流过电阻R的电流方向是P→Q；(2)在A中电流由零增大到原方向的电流的过程中，A的磁场自右向左也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量在增大．由楞次定律知，线圈B中会产生左上右下的感应电流，即通过电阻R的电流方向是Q→P.综上分析知，全过程中流过电阻R的电流方向先是P→Q，然后是Q→P，所以A对．3．如图所示，线圈L的电阻和电源内阻都很小，可忽略不计，电路中两个电阻的阻值均为R，开始时开关S断开，此时电路中电流为I0.现将开关S闭合，线圈L中有自感电动势产生，下列说法中正确的是( D )A．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终由I0减小到零B．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流最终小于I0C．由于自感电动势有阻碍电流的作用，电路中电流将保持I0不变D．自感电动势有阻碍电流增大的作用，但电路中电流最终还要增大到2I0解析：当开关S闭合时，通过线圈的电流增大，在线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的增大，但“阻碍”不是“阻止”，“阻碍”实质上是“延缓”，电路中的电流不会立刻变为2I0，但最终仍会增大到2I0.选项D正确．4．如图所示，电路中A1、A2是完全相同的两只灯泡，L是电阻不计的电感线圈，下列说法中正确的是( D )A．当开关S闭合时，A1灯先亮，A2灯后亮B．当开关S闭合时，A1、A2两灯同时亮，以后两灯一样亮C．当开关S断开时，A1、A2两灯同时熄灭D．当开关S断开时，A2先熄灭，A1闪亮一下熄灭解析：S闭合时，A1、A2同时亮，以后A1熄灭．当开关S断开时，L与灯泡A1组成回路，由于自感，L中的电流由原来数值逐渐减小，电流方向不变，A1灯熄灭要慢；A2灯电流瞬间消失，立即熄灭，正确的选项为D.5．如图所示，是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测定自感线圈的直流电压，在测定完毕后，将电路拆卸时应( B )A．先断开S1B．先断开S2C．先拆除电流表D．先拆除电阻R解析：因S1断开瞬间，L中产生很大的自感电动势，若此时S2闭合，则可能将电压表烧坏，故应先断开S2，B正确，A错误．不能在通电状态下拆除电阻和电流表，因此C、D错误．二、多项选择题6．关于自感系数，下列说法正确的是( AB )A．其他条件相同，线圈越长自感系数越大B．其他条件相同，线圈匝数越多自感系数越大C．其他条件相同，线圈越细自感系数越大D．其他条件相同，有铁芯的比没有铁芯的其自感系数越小解析：线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定，即与长度、形状、匝数和是否有铁芯都有关．7．如图所示，E为电池组，L是自感线圈(直流电阻不计)，D1、D2是规格相同的小灯泡．下列判断正确的是( BC )A．开关S闭合时，D1先亮，D2后亮B．闭合S达稳定时，D1熄灭，D2比起初更亮C．断开S时，D1闪亮一会D．断开S时，D1、D2均不立即熄灭解析：开关S闭合时D1，D2同时亮，电流从无到有，线圈阻碍电流的增加，A错．闭合S达稳定时D1被短路，电路中电阻减小，D2比起初更亮，B对．断开S时，线圈阻碍电流减小，故D1会闪亮一下，而D2在S断开后无法形成通路，会立即熄灭，所以C对，D错．8．在图甲、乙所示电路中，电阻R和电感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( AD )A ．在电路甲中，断开S ，A 将渐渐变暗B ．在电路甲中，断开S ，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗C ．在电路乙中，断开S ，A 将渐渐变暗D ．在电路乙中，断开S ，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗解析：甲图中，灯泡A 与电感线圈L 在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S 时，线圈L 中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，灯泡A 的电流不变，以后电流渐渐减小．因此，灯泡渐渐变暗．乙图中，灯泡A 所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关S 时，电感线圈的自感电动势要阻碍电流的减小，电感线圈相当于一个电源给灯A 供电，因此在这一短暂的时间内，反向流过A 的电流是从I L 开始逐渐变小的，所以灯泡要先更亮一下，然后渐渐变暗，故选项A 、D 正确．三、非选择题9．一个线圈的电流在0.001 s 内有0.02 A 的变化，产生50 V 的自感电动势，求线圈的自感系数．如果这个电路中的电流的变化率变为40 A/s ，自感电动势又有多大？答案：(1)2.5 H (2)100 V解析：(1)由E L ＝L ΔI Δt， 得L ＝E L ·Δt ΔI＝ H ＝2.5 H. (2)E ＝L ΔI Δt＝2.5×40 V＝100 V. 10．如图甲所示为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L 的电流．电路中电灯的电阻R 1＝6.0 Ω，定值电阻R ＝2.0 Ω，A 、B 间电压U ＝6.0 V ，开关S 原来闭合，电路处于稳定状态，在t 1＝1.0×10－3s 时刻断开开关S ，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示．(1)求出线圈L的直流电阻R L.(2)在图甲中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向．(3)求出在t＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势大小．答案：(1)2.0 Ω(2)向左(或沿逆时针方向) (3)3.0 V解析：(1)由题图读出，开始时流过电感线圈L的电流I0＝1.5 A，由欧姆定律I0＝UR L＋R，解得R L＝UI0－R＝2.0 Ω.(2)L中电流方向不变，L、R与R1构成回路，则R1中电流方向向左(或沿逆时针方向)．(3)由题图读出，t＝1.6×10－3s时刻线圈L的电流I＝0.30 A，由L、R与R1构成的回路中线圈L相当于一个电源，由闭合电路欧姆定律E＝I(R L＋R＋R1)，解得E＝3.0 V.11．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，延时继电器就是这样得名的．(1)请解释：当开关S断开后，为什么电磁铁还会继续吸住衔铁一段时间？(2)如果线圈B不闭合，是否会对延时效果产生影响？为什么？答案：(1)当开关S断开后，电磁铁还会继续吸住衔铁一段时间是由于通过B线圈的磁通量减少，由于互感现象，B中产生互感电流，产生的电流磁场对衔铁仍有吸引，故能够延时．(2)如果线圈B不闭合，断开S后B线圈中无互感电流，无磁场产生，不能延时．。
2021-2022学年人教版高中物理选修3-2(检测)：4.6互感和自感 Word版含答案
4.6 课时作业基础达标1．下列关于自感现象的说法中，不正确的是( )A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大【解析】线圈中自感电动势的方向总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化，可能与原电流方向相同，也可能与原电流方向相反，故B选项错误，其他选项正确．【答案】B2.如图所示，L是一个带有铁芯的线圈，灯正常发光，当S断开时，消灭的状况是( )A．灯马上熄灭B．灯渐渐熄灭C．灯比原来更亮一些，再渐渐熄灭D．灯比原来更亮一些，再突然熄灭【解析】当电流发生变化时，产生自感电动势，只有当处于闭合回路中才会产生感应电流，灯才会渐渐熄灭．当S断开时，虽然有自感电动势，但不存在闭合回路，故灯马上熄灭，正确选项为A.【答案】A3.如图所示灯L A、L B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽视．则( )A．S闭合的瞬间，L A、L B同时发光，接着L A变暗，L B更亮，最终L A熄灭B．S闭合瞬间，L A不亮，L B马上亮C．S闭合瞬间，L A、L B都不马上亮D．稳定后再断开S的瞬间，L B熄灭，L A比L B(原先亮度)更亮【解析】S接通的瞬间，L支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加．由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流格外小，即干路中的电流几乎全部流过L A，所以L A、L B会同时亮．又由于L中电流很快稳定，感应电动势很快消逝，线圈的电阻可忽视，对L A起到“短路”作用，因此，L A便熄灭．这里电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流学问可知，L B会比以前更亮．故选A.【答案】A4.如图所示电路，L是自感系数较大的线圈，在滑动变阻器的滑动片P从A端快速滑向B端的过程中，经过AB中点C时通过线圈的电流为I1；P从B端快速滑向A端的过程中，经过C点时通过线圈的电流为I2；P固定在C点不动，达到稳定时通过线圈的电流为I0，则( )A．I1＝I2＝I0B．I1>I0>I2C．I1＝I2>I0D．I1<I0<I2【解析】当滑动片从A端快速滑向B端时，总电阻减小，总电流变大，L产生自感电动势阻碍增大，故I1比P稳定在C点的电流I0小；当P从B端快速滑向A端时，总电流减小，L自感电动势阻碍其减小，自感电流方向与原电流方向相同，故I2大于P稳定在C点时的电流I0.【答案】D5．在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是( )A．日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用B．镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃后起降压限流作用C．日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉D．日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低对电能的消耗【解析】日光灯工作时都要经过预热、启动和正常工作三个不同的阶段，它们的工作电流通路如图所示．在启动阶段镇流器与启动器协作产生瞬时高压．工作后，电流由镇流器经灯管，不再流过启动器，故日光灯启动后启动器不再工作，而镇流器还要起降压限流作用，不能去掉，故选B、C.【答案】BC6.如图所示电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零点在表盘中心的相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1指针偏向右方，那么当开关S断开时，将消灭的现象是( )A．G1和G2指针都马上回到零点B．G1指针马上回到零点，而G2指针缓慢地回到零点C．G1指针缓慢回到零点，而G2指针先马上偏向左方，然后缓慢地回到零点D．G1指针先马上偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2指针缓慢地回到零点【解析】电流表指针的偏转方向与电流的流向有关．依据题意，电流自右向左时，指针向右偏．那么，电流自左向右时，指针应向左偏．当开关S断开瞬间，G1中电流马上消逝，而L由于自感作用，电流不能马上消逝，电流沿L、G2、G1的方向在由它们组成的闭合回路中连续维持一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左渐渐减为零，而G1中的电流和原方向相反，变为自左向右，和G2中的电流同时减为零；也就是G1指针先马上偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2指针缓慢地回到零点，故D项正确．【答案】D7．某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈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，仍未见老师演示时消灭的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出缘由．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的缘由是( )A．电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大【解析】画出电路图，如图所示．断开时，灯泡有不显著的延时熄灭现象，而不消灭闪亮现象，说明当开关处于闭合状态时流经灯泡的电流I A大于流经线圈L的电流I L，当断开开关时，线圈和灯泡组成临时回路，流经灯泡的电流在原来I L的基础上渐渐减小，所以不会消灭闪亮现象，当线圈L的电阻比灯泡的电阻大时，再断开开关，不会消灭闪亮现象，故选项C正确．【答案】C8．某线圈通有如图所示的电流，则线圈中自感电动势转变方向的时刻有( )A．第1s末B．第2s末C．第3s末D．第4s末【解析】在自感现象中当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反．在0～1 s内原电流正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向，在1～2 s内原电流负方向增加，所以自感电动势与其方向相反，即沿正方向；同理分析2～3 s、3～4 s内可得正确选项为B、D.【答案】BD9.有一个被称为“千人震”的趣味物理小试验，试验是用一节电动势为1.5 V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器，几位做这个试验的同学手拉手成一串，另一位同学将电池、镇流器(自感系数很大的线圈)、开关用导线将他们首、尾两位同学两个空着的手相连．如图所示，在开关通或断时就会使连成一串的同学都有触电的感觉．请你说明该试验的原理，并说明人有触电感觉时是开关接通还是开关断开的瞬间？为什么？【解析】该小试验的电路连接如图所示．合上开关，电路接通，人感受不到微弱的干电池直流电流．断开开关，由于镇流器中的电流不能突变，所以原来镇流器中很大的电流从人体中流过，人就能感受到这一自感电动势所产生的强大瞬时电流，有触电的感觉．【答案】镇流器的自感现象断开瞬间只有在电路刚断开时才能产生很高的自感电动势使人产生触电的感觉力量提升1.在制作精密电阻时，为了消退使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，实行了双线绕法，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，两股导线中产生的磁通量相互抵消D．以上说法均不对【解析】由于接受了双线绕法，两根平行导线中的电流反向，它们的磁场相互抵消．不论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为零，所以，消退了自感现象的影响．【答案】C2.如右图所示的电路，线圈L的直流电阻不计，则( )A．S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电B．S保持闭合，A板带正电，B板带负电C．S断开瞬间，A板带正电，B板带负电D．由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种状况下两板都不带电【解析】S闭合瞬间，由于L的阻碍作用，将使电容器充电，A板带正电、B板带负电．稳定后，L相当于导线，而使容器短路，从而电容器带电荷量变为零．S断开瞬间，L中的电流会渐渐变小，从而使电容器再次被充电，B板带正电、A板带负电，稳定后，电容器再通过L放电，最终带电荷量又变为零．故选A项．【答案】A3．如图所示，是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测定自感线圈的直流电压，在测试完毕后，将电路拆卸时应( )A．先断开S1B.先断开S2C．先拆除电流表D.先拆除电阻R【解析】由于线圈的自感系数很大，当断开电路时，电流的变化率也会很大，会产生很大的自感电动势，能够把电压表烧毁，故应断开S2，故B选项正确．【答案】B4．如图甲所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感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.乙图表示A、B两点间电压U AB随时间t变化的图象中，正确的是( )【解析】闭合开关瞬间，L中产生自感电动势，L和R的支路的电流渐渐增大，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压渐渐减小，最终达到稳定值U AB，且U AB>0，t1时刻断开开关，L中产生自感电动势并与灯泡组成闭合电路，电流由B经灯泡到A，且渐渐减小，即U AB<0，且渐渐减小到零，故选项B正确．【答案】B5．如图所示，图甲为某同学争辩自感现象的试验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流．电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，A、B间的电压U＝6.0 V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3s时刻断开开关S，该时刻前后电流传感器显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示．(1)求出线圈L的电阻R L；。
高中物理 第四章 电磁感应 第6节 互感和自感讲义(含解析)新人教版选修3-2-新人教版高二选修3-
第6节互感和自感1．当一个线圈中的电流变化时，会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫互感，互感的过程是一个能量传递的过程。
2．当一个线圈中的电流变化时，会在它本身激发出感应电动势，叫自感电动势，自感电动势的作用是阻碍线圈自身电流的变化。
3．自感电动势的大小为E ＝L ΔI Δt，其中L 为自感系数，它与线圈大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。
4．当电源断开时，线圈中的电流不会立即消失，说明线圈中储存了磁场能。
一、互感现象1．定义两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象。
产生的电动势叫做互感电动势。
2．应用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，变压器、收音机的“磁性天线”就是利用互感现象制成的。
3．危害互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间。
在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路正常工作。
二、自感现象和自感系数1．自感现象 当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场在它本身激发出感应电动势的现象。
2．自感电动势 由于自感而产生的感应电动势。
3．自感电动势的大小E ＝L ΔI Δt，其中L 是自感系数，简称自感或电感，单位：亨利，符号为H 。
4．自感系数大小的决定因素自感系数与线圈的大小、形状、圈数，以及是否有铁芯等因素有关。
三、磁场的能量1．自感现象中的磁场能量(1)线圈中电流从无到有时：磁场从无到有，电源的能量输送给磁场，储存在磁场中。
(2)线圈中电流减小时：磁场中的能量释放出来转化为电能。
2．电的“惯性”自感电动势有阻碍线圈中电流变化的“惯性”。
1．自主思考——判一判(1)两线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象。
(×)(2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利用。
(√)(3)只有闭合的回路才能产生互感。
(×)(4)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。
4.6互感和自感 学案(含答案)
4.6互感和自感学案（含答案）6互感和自感互感和自感学科素养与目标要求物理观念1.了解互感和自感现象.2.了解自感电动势的表达式ELIt，知道自感系数的决定因素.3.了解自感现象中的能量转化.科学探究通过观察通电自感和断电自感时灯泡亮度的变化，认识自感现象.科学思维体会互感和自感现象产生的机理，能运用电磁感应规律分析解释.一.互感现象1.互感和互感电动势两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫互感，这种感应电动势叫做互感电动势.2.应用利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用互感现象制成的.3.危害互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间.在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作.二.自感现象当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种现象称为自感.由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势.三.自感电动势与自感系数1.自感电动势ELIt，其中It是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感.单位亨利，符号H.2.自感系数与线圈的大小.形状.圈数，以及是否有铁芯等因素有关.四.自感现象中磁场的能量1.线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中.2.线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能.1.判断下列说法的正误.1两个线圈相距较近时，可以产生互感现象，相距较远时，不产生互感现象.2自感现象中，感应电流一定与原电流方向相反.3线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关.4线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势.2.如图1所示，电路中电源内阻不能忽略，L的自感系数很大，其直流电阻忽略不计，A.B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，A灯________变亮，B灯________变亮.当S断开时，A灯________熄灭，B灯________熄灭.选填“立即”或“缓慢”图1答案缓慢立即缓慢缓慢一.互感现象1.当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势.2.一个线圈中电流变化越快电流的变化率越大，另一个线圈中产生的感应电动势越大.例1多选xx惠州市第一次调研目前无线电力传输已经比较成熟，如图2所示为一种非接触式电源供应系统.这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示.利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电.下列说法正确的是图2A.若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势B.只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势C.A中电流越大，B中感应电动势越大D.A中电流变化越快，B中感应电动势越大答案BD解析根据感应电流产生的条件，若A线圈中输入恒定的电流，则A产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变化，B线圈中不会产生感应电动势，故A错误；若A线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感应定律Ent可得，B线圈中会产生感应电动势，故B正确；A线圈中电流变化越快，A线圈中电流产生的磁场变化越快，B线圈中感应电动势越大，故C错误，D正确.二.通电自感现象1.认识通电时的自感现象如图3所示，先闭合S，调节R2使A1.A2的亮度相同，再调节R1，使A1.A2都正常发光，然后断开S.再次闭合S.图3现象灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐亮起来.原因电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，为了阻碍磁通量的增加，感应电流产生的磁通量与原来电流产生的磁通量方向相反，则线圈中感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍了L中电流的增加，即推迟了电流达到稳定值的时间.2.对通电自感的理解1通电瞬间自感线圈处相当于断路.2当线圈中的电流增大时，自感电动势的方向与原电流的方向相反，阻碍电流的增大，使电流从零逐渐增大到稳定值，但不能阻止电流的增大.3电流稳定时自感线圈相当于导体若直流电阻为零，相当于导线.例2如图4所示，电路中电源的内阻不能忽略，电阻R 的阻值和线圈L的自感系数都很大，A.B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是线圈L的直流电阻较小图4A.A比B先亮，然后A灭B.B比A先亮，然后B逐渐变暗C.A.B一起亮，然后A灭D.A.B一起亮，然后B灭答案B解析S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，稳定后，流过B灯支路的电流变小，所以B灯逐渐变暗，故B正确.三.断电自感现象1.认识断电时的自感现象如图5所示，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻比灯泡的电阻小，先闭合开关使灯泡发光，然后断开开关.图5现象灯泡A闪亮一下再熄灭解释在开关断开后灯泡闪亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比开关断开前流过灯泡的电流大.要想使灯泡闪亮一下再熄灭，就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡的电阻.而当线圈电阻大于或等于灯泡的电阻时，灯泡就会缓慢变暗直至熄灭.2.对断电自感的理解1当线圈中的电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同；2断电自感中，由于自感电动势的作用，线圈中电流从原值逐渐减小.若断开开关瞬间通过灯泡的电流大于断开开关前的电流，灯泡会闪亮一下；若断开开关瞬间通过灯泡的电流小于或等于断开开关前的电流，灯泡不会闪亮一下，而是逐渐变暗直至熄灭.3自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化，但不能阻止线圈中电流的变化.例3如图6所示，开关S处于闭合状态，小灯泡A和B均正常发光，小灯泡A的电阻大于线圈L 的电阻，现断开开关S，以下说法正确的是图6A.小灯泡A越来越暗，直到熄灭B.小灯泡B越来越暗，直到熄灭C.线圈L中的电流会立即消失D.线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右答案D解析S 断开瞬间，B立即熄灭.由于小灯泡A的电阻大于线圈L的电阻，所以S断开前线圈的电流大于小灯泡A中的电流.S断开瞬间，线圈中的电流由原电流逐渐减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈L中的电流过一会再消失，且方向向右，因L和A组成新的回路，电流由原线圈中的电流逐渐减小，所以A先亮一下，然后慢慢熄灭，故D正确.学科素养通过例2和例3，进一步加深对通电自感现象和断电自感现象的理解，知道通电.断电瞬间，自感线圈中的电动势阻碍原电流的变化，但阻止不了原电流的变化，且原电流不能发生突变.运用电磁感应知识解释自感现象，这很好地体现了“科学思维”的学科素养.四.自感现象中的图象问题例4如图7所示的电路中，开关S 闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2A，流过灯泡的电流是1A，现将开关S突然断开，开关S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是图7答案D解析开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A.开关S断开瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的自感电动势，使线圈中的电流从原来的2A逐渐减小，方向不变，且与灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对.提示要注意断电前后，无线圈的支路电流方向是否变化.1.对自感电动势的理解关于线圈中自感电动势的大小，下列说法中正确的是A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势越大B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势越大C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势为零D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大答案B 解析电感一定时，电流变化越快，It越大，由ELIt知，自感电动势越大，A错，B对；线圈中电流为零时，电流的变化率不一定为零，自感电动势不一定为零，故C错；当通过线圈的电流最大时，若电流的变化率为零，自感电动势为零，故D错.2.对互感现象的理解多选如图8所示，是一种延时装置的原理图，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.则图8A.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线圈的开关S2，无延时作用D.如果断开B线圈的开关S2，延时将变化答案BC解析线圈A 中的磁场随开关S1的闭合而产生，随S1的断开而消失.当S1闭合时，线圈A中的磁场穿过线圈B，当S2闭合，S1断开时，线圈A在线圈B中的磁场变弱，线圈B中有感应电流，能够继续吸引D 而起到延时的作用，所以B正确，A错误；若S2断开，线圈B中不产生感应电流而起不到延时作用，所以C正确，D错误.3.对自感现象的理解多选如图9所示电路，自感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA.LB是两个相同的灯泡，则图9A.S闭合瞬间，LA不亮，LB很亮B.S闭合瞬间，LA.LB同时亮，然后LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮C.S断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭D.S断开瞬间，LA.LB立即熄灭答案BC4.自感现象的图象问题在如图10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，D1.D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源.在t0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定以电路稳定时流过D1.D2的电流方向为正方向，分别用I1.I2表示流过D1和D2的电流，则下列图象中能定性描述电流I随时间t变化关系的是图10答案C解析当闭合开关时，因为线圈与D1串联，所以流过D1的电流I1会慢慢增大，流过D2的电流I2为稳定值，且电路稳定时I2I1.当开关断开时，因为线圈阻碍电流I1的减小，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，由于L.D1.D2和D3构成回路，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向立即增大，之后逐渐减小，故C正确，A.B.D错误.。
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互感和自感题组一自感现象1.下列单位换算正确的是()A.1亨=1欧·秒B.1亨=1伏·安/秒C.1伏=1韦/秒D.1伏=1亨·安/秒解析:由E=L可知1伏=1亨·安/秒,选项D正确。
答案:D2.在制作精密电阻时,为消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象,采取了双线绕法,如图所示,其道理是()A.当电路中电流变化时,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.当电路中电流变化时,两股导线中产生的磁通量相互抵消D.以上说法均不正确解析:由于采用双线并绕的方法,当电流通过时,两股导线中的电流方向是相反的,不管电流怎样变化,任何时刻两股电流总是等大反向的,所产生的磁通量也是等大反向的,故总磁通量等于零,在线圈中不会产生电磁感应现象,因此消除了自感现象,选项C正确。
答案:C题组二通电自感:3.( 多选题 )如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻r不能忽略。
R1和R2是两个定值电阻,L是一个自感系数较大的线圈。
开关S原来是断开的,从闭合开关S到电路中电流达到稳定为止的时间内,通过R1的电流I1和通过R2的电流I2的变化情况是( )A.I1开始较大而后逐渐变小B.I1开始很小而后逐渐变大C.I2开始很小而后逐渐变大D.I2开始较大而后逐渐变小解析:闭合开关S时,由于L是一个自感系数较大的线圈,产生反向的自感电动势阻碍电流的变化,所以开始I2很小,随着电流达到稳定,自感作用减小,I2开始逐渐变大;闭合开关S时,由于线圈阻碍作用很大,路端电压较大,随着自感作用减小,路端电压减小,所以R1上的电压逐渐减小,电流逐渐减小,故选项A、C正确。
答案:AC4.如图所示的电路,L为自感线圈,R是一个灯泡,E是电源。
当S闭合瞬间,通过灯泡R的电流方向是。
当S断开瞬间,通过灯泡的电流方向是。
解析:当S闭合时,流经R的电流是A→B。
当S断开瞬间,由于电源提供给R及线圈的电流立即消失,因此线圈要产生一个和原电流方向相同的自感电动势来阻碍原电流减小,所以电流流经R时的方向是B→A。
答案:A→B B→A题组三断电自感5.电视机的电源输入端装有电源滤波器,其电路图如图所示,元件L1、L2是两个电感线圈,它们的自感系数很大,F是保险丝,R是压敏电阻(正常情况下阻值很大,但电压超过设定值时,阻值会迅速变小,可以保护与其并联的元件),C1、C2是电容器,S为电视机开关,在电视机正常工作时,若在没有断开开关S时,就拔去电源插头,则以下说法正确的是()A.F可能被熔断B.F一定被熔断C.C1可能被损坏D.C2可能被损坏解析:先拔去电源插头,保险丝不形成回路,不会熔断。
开关S未断开,由于自感作用,L中电流不会突变,在R两端产生高电压,R阻值迅速变小,C1两端电压迅速变小,C1不会被损坏,高电压都加在C2上,C2可能被损坏,选项D正确。
答案:D6.如图是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路,L两端并联一只电压表,用来测量自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路拆除时应( )A.先断开S2B.先断开S1C.先拆除电流表D.先拆除电阻R解析:如果不断开S1,线圈L与电压表就会组成闭合回路,在断开S2时,线圈L会产生感应电流,电流的方向与原来方向相同。
这时流过电压表的电流方向与原来电流方向相反,电压表中的指针将反向转动,损坏电压表,所以必须先断开S1,再断开S2,选项B正确。
答案:B7.如图所示的电路中,两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央,当电流从“+”接线柱流入时,指针向右摆;电流从“-”接线柱流入时,指针向左摆。
在电路接通后再断开的瞬间,下列说法中符合实际情况的是()A.G1表指针向左摆,G2表指针向右摆B.G1表指针向右摆,G2表指针向左摆C.G1、G2表的指针都向左摆D.G1、G2表的指针都向右摆解析:电路接通后线圈中电流方向向右,当电路断开时,线圈中电流减小,产生与原方向相同的自感电动势,与G2和电阻组成闭合回路,所以G1中电流方向向右,G2中电流方向向左,即G1指针向右摆,G2指针向左摆,B项正确。
答案:B(建议用时:30分钟)1.关于线圈的自感系数,下列说法中正确的是()A.线圈的自感系数越大,自感电动势一定越大B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零C.线圈中电流变化越快,自感系数越大D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定解析:自感系数是线圈本身的固有属性,只决定于线圈大小、形状、圈数、有无铁芯等因素,而与电流变化快慢等外部因素无关。
自感电动势的大小与线圈自感系数及电流变化率有关,选项A、B、C 错,选项D对。
答案:D2.在如图甲所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。
闭合开关S后,调整R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。
然后,断开S。
若t'时刻再闭合S,则在t'前后的一小段时间内,图乙中正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是()甲乙解析:由题中给出的电路可知,电路由L与L1和L2与R两个支路并联,在t'时刻,L1支路的电流因为有L的自感作用,所以i1由0逐渐增大,L2支路为纯电阻电路,i2不存在逐渐增大的过程,所以选项B 正确。
答案:B3.(多选题)线圈通以如图所示的随时间变化的电流,则()A.0~t1时间内线圈中的自感电动势最大B.t1~t2时间内线圈中的自感电动势最大C.t2~t3时间内线圈中的自感电动势最大D.t1~t2时间内线圈中的自感电动势为零解析:线圈中的自感电动势与通入的电流的变化率成正比,即E∝。
根据图象分析:0~t1时间内的电流变化率小于t2~t3时间内的电流变化率,故选项A错误,选项C正确;t1~t2时间内的电流变化率为零,自感电动势为零,故选项B错误,选项D正确。
答案:CD4.(多选题)如图所示,闭合电路中的螺线管可自由伸缩,螺线管有一定的长度,这时灯泡具有一定的亮度,若将一软铁棒从螺线管右边迅速插入螺线管内,则将看到() A.灯泡变暗 B.灯泡变亮C.螺线管缩短D.螺线管伸长解析:通电螺线管周围存在磁场,软铁棒插入其中,软铁棒迅速被磁化引起螺线管磁通量的增加,产生感应电流引起灯泡变暗。
每匝线圈之间吸引力减小,螺线管伸长,选项A、D对,选项B、C错。
答案:AD5.如图(a),线圈ab,cd绕在同一软铁芯上,在ab线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示。
已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是()解析:由题图(b)可知,在0~0.5 s时间内U cd为定值,由法拉第电磁感应定律可知,线圈内磁通量变化率为定值,已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则0~0.5 s时间内电流随时间变化率为定值,据此可排除A、B、D三项,只有C项正确。
答案:C6.如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随着开关S的闭合和断开的过程中,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亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮;S断开,L2立即不亮,L1逐渐变亮B.S闭合,L1不亮,L2很亮;S断开,L1、L2立即不亮C.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2亮度不变;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才灭D.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才灭解析:当S闭合,L的自感系数很大,对电流的阻碍作用较大,L1和L2串接后与电源相连,L1和L2同时亮,随着L中电流的增大,L的直流电阻不计,L的分流作用增大,L1的电流逐渐减小为零,由于总电阻变小,总电流变大,L2的电流增大,L2灯变得更亮。
当S断开,L2中无电流,立即熄灭,而电感L将要阻碍本身的电流变化,L与L1组成闭合电路,L1灯要亮一下后再熄灭,综上所述,选项D正确。
答案:D7.磁场具有能量,磁场中单位体积所具有的能量叫作能量密度,其值为。
式中B是磁感应强度,μ是磁导率,在空气中μ为一已知常数。
为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B,一学生用一根端面面积为S的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P,再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl,并测出拉力F,如图所示。
因为F所做的功等于间隙中磁场的能量,所以由此可得磁感应强度B 与F、S之间的关系为B=。
解析:在用力F将铁片P与磁铁拉开一段微小距离Δl的过程中,拉力F可认为不变,因此,F所做的功W=FΔl以ω表示间隙中磁场的能量密度,则间隙中磁场的能量E=ωV=ωSΔl由题给条件得ω=,故E=SΔl因为F所做的功等于间隙中磁场的能量,即W=E,故有FΔl=SΔl解得B=。
答案:8.如图所示,电路中A、B是两个完全相同的灯泡,L是一个自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈,C 是电容很大的电容器。
S刚闭合时,A,B;S闭合足够长时间后,B,而A。
解析:S刚闭合时,电容器C要通过A充电,并且充电电流越来越小,故A亮一下又逐渐变暗,最后A 被L短路,所以A最后会熄灭。
而L对电流变化有阻碍作用,所以通过B的电流逐渐增大,故B逐渐变亮;S闭合足够长时间后,C中无电流,相当于断路,L相当于短路,所以B很亮,而A不亮。
答案:亮一下又逐渐变暗直至熄灭逐渐变亮很亮不亮。