人教版高中物理选修3-2 同步测试第4章 6 互感和自感

[A 组 素养达标]
1．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,自感电动势很大
D ．通过线圈的电流为最大值的瞬间,自感电动势最大
解析：由E ＝L ΔI Δt
可知,L 一定时,自感电动势正比于电流的变化率,与电流的大小、电流变化量的大小都没有直接关系,故B 正确．
答案：B
2．在无线电仪器中,常需要在距离较近处安装两个线圈,并要求当一个线圈中电流有变化时,对另一个线圈中电流的影响尽量小．如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是( )
解析：两个相距较近的线圈,当其中的一个线圈中电流发生变化时,就在周围空间产生变化的磁场．这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,即发生互感现象．要使这种影响尽量小,应采用选项D 所示的安装位置才符合要求．因为通电线圈周围的磁场分布与条形磁铁的磁场分布类似,采用选项D 所示的安装位置时,变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小．
答案：D
3．图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L 1和L 2为电感线圈．实验时,断开开关S 1瞬间,灯A 1突然闪亮,随后逐渐变暗；闭合开关S 2,灯A 2逐渐变亮,而另一个相同的灯A 3立即变亮,最终A 2与A 3的亮度相同．下列说法正确的是( )
A ．图甲中,A 1与L 1的电阻值相同
B ．图甲中,闭合S 1,电路稳定后,A 1中电流大于L 1中电流
C ．图乙中,变阻器R 与L 2的电阻值相同
D ．图乙中,闭合S 2瞬间,L 2中电流与变阻器R 中电流相等
解析：在图甲中断开S1瞬间,灯A1突然闪亮,说明断开S1前,L1中的电流大于A1中的电流,故L1的阻值小于A1的阻值,A、B选项均错误；在图乙中,闭合S2瞬间,由于L2的自感作用,通过L2的电流很小,D错误；闭合S2后,最终A2与A3亮度相同,说明两支路电流相等,故R与L2的阻值相同,C项正确．答案：C
4.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错误,只有C正确．
答案：C
5．如图为日光灯的结构示意图,若按图示的电路连接,关于日光灯发光的情况,下列说法正确的是( )
A．S1接通,S2、S3断开,日光灯就能正常发光
B．S1、S2接通,S3断开,日光灯就能正常发光
C．S3断开,接通S1、S2后,再断开S2,日光灯就能正常发光
D．S1、S2、S3接通,日光灯就能正常发光
解析：S1是电源开关,S2可充当启动器,在启动阶段它先接通再瞬时断开,镇流器产生瞬时高压使日光灯点亮,S3接通时镇流器被短路,所以选项C正确,A、B、D错误．
答案：C
6.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,用来测自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路解体时应先( )
A．断开S1B．断开S2
C．拆除电流表D．拆除电阻R
解析：当S1、S2均闭合时,电压表与线圈L并联；当S2闭合而S1断开时,电压表与线圈L串联．所以在干路断开前后自感线圈L中电流方向相同而电压表中电流方向相反．只要不断开S2,线圈L与电压表就会组成回路,在断开干路时,L中产生与原来电流同方向的自感电流,使电压表指针反向转动而可能损坏电压表,故正确答案为B.
答案：B
7．如图所示,A和B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其电阻值与R相同．由于存在自感现象,在开关S闭合和断开时,灯A和B先后亮暗的顺序是( )
A．闭合时,A先达到最亮；断开时,A后暗
B．闭合时,B先达到最亮；断开时,B后暗
C．闭合时,A先达到最亮；断开时,A先暗
D．闭合时,B先达到最亮；断开时,B先暗
解析：开关S闭合时,由于自感作用,线圈L中自感电动势较大,电流几乎全部从A中通过,而该电流又同时分路通过B和R,所以A先达到最亮,经过一段时间稳定后A和B达到同样亮；开关S断开时,电源电流立即为零,B立即熄灭,由于L的自感作用,A要慢慢熄灭．综上所述A项正确．
答案：A
8．如图甲所示为某同学研究自感现象的实验电路图,用电流传感器显示出在t＝1×10－3s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图乙)．已知电源电动势E＝6 V,内阻不计,灯泡R1的阻值为 6 Ω,电阻R的阻值为2 Ω.
(1)线圈的直流电阻R L＝________Ω.
(2)开关断开时,该同学观察到的现象是________________,开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是
________________V.
解析：(1)由图象可知S闭合稳定时I L＝1.5 A,
R L＝E
I L －R＝
6
1.5
Ω－2 Ω＝2 Ω.
(2)电流稳定时小灯泡电流I1＝E
R1＝
6
6
A＝1 A.
S断开后,L、R、R1组成闭合回路,电流由1.5 A逐渐减小,所以灯会闪亮一下再熄灭,自感电动势E＝I L(R＋R L＋R1)＝15 V.
答案：(1)2 (2)灯泡闪亮一下后逐渐变暗,最后熄灭15
[B组素养提升]
9.如图所示的电路中,三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1<R2<R3,电感L的直流电阻可忽略,D为理想二极管．开关K从闭合状态突然断开时,下列判断正确的是( )
A．L1逐渐变暗,L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗
B．L1逐渐变暗,L2立即熄灭,L3先变亮,然后逐渐变暗
C．L2立即熄灭,L1、L3均逐渐变暗
D．L1、L2、L3均先变亮,然后逐渐变暗
解析：开关K从闭合状态突然断开时,L中产生方向向右的自感电动势,L1逐渐变暗,L2立即熄灭(理想二极管单向导电),L3先变亮后逐渐变暗(L3中原电流小于L1中电流),选项B正确．
答案：B
10．在如图所示的电路中电源内阻不能忽略,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,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( )
解析：闭合开关S 后,调整R,使两个灯泡L 1、L 2发光的亮度一样,电流为I,说明R L ＝R.若t′时刻再闭合S,流过电感线圈L 和灯泡L 1的电流迅速增大,使电感线圈L 产生自感电动势,阻碍了流过L 1的电流i 1增大,直至到达电流I,故选项A 错误,B 正确；而对于t′时刻再闭合S,流过灯泡L 2的电流i 2立即达到最大,然后逐渐减小至电流I,故选项C 、D 错误．
答案：B
11.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 ＝1010
A ＝1 A, 流过L 1的电流为I S ＝E 2R S ＝1020
A ＝0.5 A, 断开S 的瞬间,由于线圈要想维持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)图见解析
[C组学霸冲刺]
12.如图是家庭用的“漏电保护器”的部分的原理图,入户的两根电线(火线和零线)采用双线绕法,然后再接户内的用电器．其中P是一个铁芯,P上的另一线圈接Q,它是一个脱扣开关的控制部分(脱扣开关本身没有画出,它是串联在本图左边的火线上,开关断开时,用户的供电被切断),Q接在铁芯另一侧副线圈的两端a、b之间,当a、b间没有电压时,Q使得脱扣开关闭合,当a、b间有电压时脱扣开关立即断开,使用户断电．试问：
(1)用户正常用电时,a、b之间有没有电压？为什么？
(2)如果某人站在地面上,手误触火线而触电,脱扣开关是否会断开？为什么？
解析：(1)“火线和零线采用双线”,正常工作时通过两线的电流时刻大小相等方向相反,在铁芯中磁通量时刻为零,因此,在Q所接线圈中不会产生电磁感应,a、b间没有电压．
(2)手误触火线时,相当于把入户线短接,通过人体的电流不通过线圈,所以火线通过的电流大于地线通过的电流,在铁芯中磁通量不再为零,因此,在Q所接线圈中产生电磁感应,a、b间有电压,Q会断开,从而保护了用户的用电安全．
答案：见解析。