2.4互感和自感（分层训练）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二（人教版2019）物理大单元设计 第二单元 电磁感应 2．4 互感和自感 [基础达标练] 知识点1 互感现象 1．手机的无线充电是根据下列哪种原理实现的（　　） A．电流的热效应 B．电磁感应 C．接触起电 D．电流的磁效应 2．如图为智能手表采用的无线充电方式简化图，充电底座提供220V的交流电压，手表端获得5V的交流电压，下列关于无线充电方式简化图的说法正确的是（　　） A．底座与手表上的线圈匝数之比肯定为44∶1 B．无线充电手表线圈与底座线圈之间发生了互感现象 C．充电过程中底座与手表之间始终存在相互作用的电磁斥力 D．底座与手表之间插入一张薄纸，手表就不能进行无线充电了 3．如图1所示，无线充电技术是近年发展起来的新技术，充电原理可近似看成理想变压器，如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．充电基座线圈接的电源是恒定的直流电 B．充电基座线圈接的电源必须是交流电且，都闭合才能充电 C．两个线圈中电流的频率可能不同 D．两个线圈中电流大小一定相同 4．无线充电技术已经在新能源汽车领域得到应用。如图甲，与蓄电池相连的受电线圈置于地面供电线圈正上方，供电线圈输入如图乙的正弦式交变电流，下列说法正确的是（    ） A．供电线圈中电流的有效值为 B．受电线圈中的电流方向每秒钟改变50次 C．t=0.01s时受电线圈的感应电流最小 D．t=0.01s时两线圈之间的相互作用力最大 知识点2 自感现象 5．如图所示为用漆包线绕制的线圈，其中AOB为线圈的中心轴线，O点为线圈的中心，且。当线圈中通入如图所示的电流时，下列说法正确的是（　　） A．若通入恒定直流电，A、B两点处的磁感应强度大小相等，方向相反 B．若通入恒定直流电，O点处的磁感应强度小于A点处的磁感应强度 C．若通入交流电，不同匝的线圈之间可能会互相排斥 D．若通入交流电，当电流瞬时值增大时，O点处的磁感应强度增大 6．如图，E是电源，S是开关，和是定值电阻，L可视为电阻为零的自感线圈，电流表和可视为理想电流表。在开关S闭合后的很短时间内（  ） A．示数减小，示数增大 B．示数增大，示数增大 C．示数增大，示数减小 D．示数减小，示数减小 7．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，会采用如图所示的双线绕法，其原理是（　　） A．电路中电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消 B．电路中电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消 C．电路中电流变化时，两股导线中的电流产生的磁场互相抵消 D．电路中电流变化时，电流的改变量互相抵消 8．若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场，其大小。现有横截面积为S的圆形线圈，则线圈的自感系数可表示为（　　） A． B． C． D． 知识点3 自感系数和磁场的能量 9．下列各量中无单位的是（　　） A．动摩擦因数μ和相对介电常数 B．万有引力常量G C．静电力常量k D．自感系数L 10．下列物理量中，属于矢量且单位用国际单位制中的基本单位表示正确的是（　　） A．磁通量 B．磁感应强度 C．电场强度 D．自感系数 [能力提升练] 11．下列物理量中，属于矢量且单位用基本单位表示正确的是（    ） A．磁通量 B．磁感应强度 C．电场强度 D．自感系数 12．若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场，其大小（k的数量级为）。现有横截面半径为的导线构成半径为的圆形线圈处于超导状态，其电阻率上限为。开始时线圈通有的电流，则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 13．实验小组同学设计了如图所示的电路来探究电感的作用效果。电路中的三个灯泡L1、L2、L3完全相同，线圈的直流电阻忽略不计。调节滑动变阻器的滑片P，使其位于合适位置，然后闭合开关S。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S的瞬间，L1不亮 B．闭合开关S后，L2立即亮起来，然后缓慢熄灭 C．电路稳定后，断开开关S，L3立即熄灭 D．电路稳定后，断开开关S，L3闪一下然后缓慢熄灭 14．如图所示，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（　　） A．A比B先亮 B．B比A先亮 C．A、B一起亮 D．无法判断哪个灯泡先亮 15．在课堂中，三位同学合作完成了一个惊奇小实验：他们手拉手与一节电动势为1.5V的干电池、若干导线、一个开关、一个有铁芯且匝数较多的线圈按图示方式连接，实验过程中人会有触电的感觉。下列说法正确的是（    ） A．闭合开关瞬间，人有触电的感觉 B．电路稳定时，流过人体的电流大于线圈的电流 C．断开开关瞬间，流过人的电流方向为 D．断开开关瞬间，线圈两端的电压突然增大 16．如图所示，A、B是两盏完全相同的白炽灯，L是电阻不计的电感线圈。若最初是接通的，是断开的，那么下列描述中正确的是（    ） A．刚接通，A灯就立即亮，B灯延迟一段时间才亮 B．刚接通时，A灯延迟一段时间才亮，B灯就立即亮 C．接通到电路稳定，B灯由亮变暗最后熄灭 D．接通，电路稳定后再断开时，A、B灯均立即熄灭 [高频考题实战练] 17．若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场，其大小（k的数量级为）。现有横截面半径为的导线构成半径为的圆形线圈处于超导状态，其电阻率上限为。开始时线圈通有的电流，则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 18．如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（   ）    A．P与Q同时熄灭 B．P比Q先熄灭 C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭 19．（多选）手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（    ） A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 20．（多选）下列说法正确的是（　　） A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势 B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反 C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 选择性必修二（人教版2019）物理大单元设计 第二单元 电磁感应 2．4 互感和自感 [基础达标练] 知识点1 互感现象 1．手机的无线充电是根据下列哪种原理实现的（　　） A．电流的热效应 B．电磁感应 C．接触起电 D．电流的磁效应 【答案】B 【解析】手机的无线充电利用了电磁感应原理。 故选B。 2．如图为智能手表采用的无线充电方式简化图，充电底座提供220V的交流电压，手表端获得5V的交流电压，下列关于无线充电方式简化图的说法正确的是（　　） A．底座与手表上的线圈匝数之比肯定为44∶1 B．无线充电手表线圈与底座线圈之间发生了互感现象 C．充电过程中底座与手表之间始终存在相互作用的电磁斥力 D．底座与手表之间插入一张薄纸，手表就不能进行无线充电了 【答案】B 【解析】A.由于手表线圈与底座线圈之间存在漏磁，故两线圈之比不等于电压比，故A错误； B.无线充电是底座线圈磁场变化引起手表充电线圈磁通量变化，是手表线圈与底座线圈之间发生了互感现象，故B正确； C.根据楞次定律，底座线圈电流减小时，手表线圈产生同向电流，两者有吸引力，底座线圈电流增大时，手表线圈产生反向电流，两者有排斥力，故C错误； D.底座与手表之间插入一张薄纸，手表线圈仍能感应出电流，故D错误。 故选B。 3．如图1所示，无线充电技术是近年发展起来的新技术，充电原理可近似看成理想变压器，如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．充电基座线圈接的电源是恒定的直流电 B．充电基座线圈接的电源必须是交流电且，都闭合才能充电 C．两个线圈中电流的频率可能不同 D．两个线圈中电流大小一定相同 【答案】B 【解析】AB．根据法拉第电磁感应定律，充电基座线圈接的电源必须是交流电且、，都闭合后构成闭合回路才能充电，故A错误，B正确； CD．由于充电原理可近似看成理想变压器，两个线圈中电流的频率一定相同，电压和电流强度不一定相同，故CD错误。 故选B。 4．无线充电技术已经在新能源汽车领域得到应用。如图甲，与蓄电池相连的受电线圈置于地面供电线圈正上方，供电线圈输入如图乙的正弦式交变电流，下列说法正确的是（    ） A．供电线圈中电流的有效值为 B．受电线圈中的电流方向每秒钟改变50次 C．t=0.01s时受电线圈的感应电流最小 D．t=0.01s时两线圈之间的相互作用力最大 【答案】C 【解析】AB．结合图乙知，供电线圈中电流的有效值为 交流电的周期为0.02s，其频率 一个周期内交流电的方向改变两次，则受电线圈中的电流方向每秒钟改变100次，故AB错误； CD．由图乙知，t=0.01s时供电线圈中电流最大，磁通量变化率最小，为0，则感应电动势最小，为0，感应电流最小为0，此时两线圈之间的相互作用力最小，故C正确，D错误。 故选C。 知识点2 自感现象 5．如图所示为用漆包线绕制的线圈，其中AOB为线圈的中心轴线，O点为线圈的中心，且。当线圈中通入如图所示的电流时，下列说法正确的是（　　） A．若通入恒定直流电，A、B两点处的磁感应强度大小相等，方向相反 B．若通入恒定直流电，O点处的磁感应强度小于A点处的磁感应强度 C．若通入交流电，不同匝的线圈之间可能会互相排斥 D．若通入交流电，当电流瞬时值增大时，O点处的磁感应强度增大 【答案】D 【解析】AB．根据对称性，通入恒定直流电时，A点处磁感应强度与B点处相同，且A、B、O三点中O点处的磁感应强度最大， A错误，B错误； C．同向电流之间互相吸引，C错误； D．若通入交流电，当电流瞬时值增大时，自感电动势只能阻碍原电流变化，而不能阻止，故O点处的磁感应强度增大，D正确。 故选D。 6．如图，E是电源，S是开关，和是定值电阻，L可视为电阻为零的自感线圈，电流表和可视为理想电流表。在开关S闭合后的很短时间内（  ） A．示数减小，示数增大 B．示数增大，示数增大 C．示数增大，示数减小 D．示数减小，示数减小 【答案】B 【解析】开关S闭合瞬间，线圈由于自感作用，通过它的电流将逐渐增加，即示数增大，电路稳定时，线圈对电流无阻碍作用，将灯泡短路，根据闭合电路欧姆定律，示数增大。 故选B。 7．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，会采用如图所示的双线绕法，其原理是（　　） A．电路中电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消 B．电路中电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消 C．电路中电流变化时，两股导线中的电流产生的磁场互相抵消 D．电路中电流变化时，电流的改变量互相抵消 【答案】C 【解析】采用双线绕法绕制时，两股导线绕向相同，通过的电流方向相反，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，所产生的磁场互相抵消，在线圈中不会发生电磁感应现象，从而消除了自感。 故选C。 8．若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场，其大小。现有横截面积为S的圆形线圈，则线圈的自感系数可表示为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】线圈中电流的变化，将在线圈内产生自感电动势，自感电动势的大小则有 式中L代表线圈的自感系数，则有 该处B又可把线圈当成无限长载流导线所产生的，根据题意 B=kI 则 L=kS 故选B。 知识点3 自感系数和磁场的能量 9．下列各量中无单位的是（　　） A．动摩擦因数μ和相对介电常数 B．万有引力常量G C．静电力常量k D．自感系数L 【答案】A 【解析】A．根据动摩擦因数 知、f的单位都是N，所以μ没有单位，相对介电常数无单位，故A正确； B．由万有引力定律 得万有引力常量的单位为，故B错误； C．由库仑定律 得静电引力常量的单位为，故C错误； D．自感系数L的单位是H，故D错误。 故选A。 10．下列物理量中，属于矢量且单位用国际单位制中的基本单位表示正确的是（　　） A．磁通量 B．磁感应强度 C．电场强度 D．自感系数 【答案】B 【解析】A．磁通量 可得磁通量的单位用基本单位表示应为 但磁通量为标量。故A错误； B．磁感应强度 可得磁感应强度的单位用用基本单位表示为 故B正确； C．电场强度 可得电场强度的单位用基本单位表示为 故C错误； D．自感系数 可得自感系数的单位用基本单位表示为 但自感系数为标量。故D错误。 故选B。 [能力提升练] 11．下列物理量中，属于矢量且单位用基本单位表示正确的是（    ） A．磁通量 B．磁感应强度 C．电场强度 D．自感系数 【答案】B 【解析】A．磁通量 可得磁通量的单位用基本单位表示应为 但磁通量为标量，故A错误； B．磁感应强度 可得磁感应强度的单位用用基本单位表示为 以上单位也可用基本单位表示为 而磁感应强度为矢量，故B正确； C．电场强度 可得电场强度的单位用基本单位表示为 故C错误； D．自感系数 可得自感系数的单位用基本单位表示为 但自感系数为标量，故D错误。 故选B。 12．若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场，其大小（k的数量级为）。现有横截面半径为的导线构成半径为的圆形线圈处于超导状态，其电阻率上限为。开始时线圈通有的电流，则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【解析】线圈中电流的减小将在线圈内导致自感电动势，故 其中L代表线圈的自感系数，有 在计算通过线圈的磁通量时，以导线附近即处的B为最大，而该处B又可把线圈当成无限长载流导线所产生的，根据题意 则 根据电阻定律有 联立解得 A，V 则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为，。 故选D。 13．实验小组同学设计了如图所示的电路来探究电感的作用效果。电路中的三个灯泡L1、L2、L3完全相同，线圈的直流电阻忽略不计。调节滑动变阻器的滑片P，使其位于合适位置，然后闭合开关S。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S的瞬间，L1不亮 B．闭合开关S后，L2立即亮起来，然后缓慢熄灭 C．电路稳定后，断开开关S，L3立即熄灭 D．电路稳定后，断开开关S，L3闪一下然后缓慢熄灭 【答案】B 【解析】AB．闭合S瞬间，L1、L2、L3灯泡立即发光，随着时间推移，电感对电流的阻碍作用逐渐减弱，L2逐渐变暗，最终被电感短路后熄灭，故A错误，B正确； CD．断开S后，电感中的电流有一部分流经L3，可知L3不会立即熄灭，同时S断开瞬间，流经L3的电流小于断开S前L3上的电流，L3不会闪一下，L3会缓慢熄灭，故CD错误。 故选B。 14．如图所示，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（　　） A．A比B先亮 B．B比A先亮 C．A、B一起亮 D．无法判断哪个灯泡先亮 【答案】B 【解析】S闭合时，由于线圈上产生自感电动势，阻碍电流的增大，因此B比A先亮，故选B。 15．在课堂中，三位同学合作完成了一个惊奇小实验：他们手拉手与一节电动势为1.5V的干电池、若干导线、一个开关、一个有铁芯且匝数较多的线圈按图示方式连接，实验过程中人会有触电的感觉。下列说法正确的是（    ） A．闭合开关瞬间，人有触电的感觉 B．电路稳定时，流过人体的电流大于线圈的电流 C．断开开关瞬间，流过人的电流方向为 D．断开开关瞬间，线圈两端的电压突然增大 【答案】D 【解析】A．闭合开关瞬间，人两端的电压等于电源两端的电压，为1.5V，不足以产生触电感觉，A错误； B．电路稳定时，因为人体的电阻远大于线圈的电阻，所以通过人体的电流小于线圈中的电流，B错误； C．断开开关瞬间，线圈产生的电动势要阻碍线圈中的电流变小，因此产生的感应电流方向与原方向相同，自左向右，断开开关时线圈与人组成新的闭合回路，因此流过人体的电流由，C错误； D．断开开关瞬间，由于电流变化太快，导致线圈产生的感应电动势非常大，所以线圈两端电压会变大，D正确。 故选D。 16．如图所示，A、B是两盏完全相同的白炽灯，L是电阻不计的电感线圈。若最初是接通的，是断开的，那么下列描述中正确的是（    ） A．刚接通，A灯就立即亮，B灯延迟一段时间才亮 B．刚接通时，A灯延迟一段时间才亮，B灯就立即亮 C．接通到电路稳定，B灯由亮变暗最后熄灭 D．接通，电路稳定后再断开时，A、B灯均立即熄灭 【答案】C 【解析】ABC．刚接通时，由于电感线圈L会发生通电自感现象，使通过线圈的电流由零逐渐增大，所以灯泡A、B会同时变亮；从接通到电路稳定，由于线圈的电阻不计，B灯相当于与一段导线并联，则B灯被短路，B灯由亮变暗最后熄灭，电源只给A灯供电，A灯将变得更亮，故AB错误，C正确； D．接通，电路稳定后再断开时，A灯与电路断开将立即熄灭，而B灯与电感线圈构成闭合电路，由于线圈的自感现象，B灯会先亮一下，然后熄灭，故D错误。 故选C。 [高频考题实战练] 17．若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场，其大小（k的数量级为）。现有横截面半径为的导线构成半径为的圆形线圈处于超导状态，其电阻率上限为。开始时线圈通有的电流，则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【解析】线圈中电流的减小将在线圈内导致自感电动势，故 其中L代表线圈的自感系数，有 在计算通过线圈的磁通量时，以导线附近即处的B为最大，而该处B又可把线圈当成无限长载流导线所产生的，根据题意 则 根据电阻定律有 联立解得 A，V 则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为，。 故选D。 18．如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（   ）    A．P与Q同时熄灭 B．P比Q先熄灭 C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭 【答案】D 【解析】由题知，开始时，开关S闭合时，由于L的电阻很小，Q灯正常发光，P灯微亮，断开开关前通过Q灯的电流远大于通过P灯的电流，断开开关时，Q所在电路未闭合，立即熄灭，由于自感，L中产生感应电动势，与P组成闭合回路，故P灯闪亮后再熄灭。 故选D。 19．（多选）手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（    ） A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化 B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变 C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递 D．手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失 【答案】AC 【解析】AB．由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此产生的磁场也是周期性变化的，A正确，B错误； C．根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递，C正确； D．手机与机座无需导线连接就能实现充电，但磁场能有一部分以电磁波辐射的形式损失掉，因此这样传递能量是有能量损失的，D错误。 故选AC。 20．（多选）下列说法正确的是（　　） A．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势 B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反 C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反 【答案】AC 【解析】A．由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，故A正确； B．根据楞次定律，感应电流的方向与磁场的变化方向有关，与原磁场的方向无关，若当线圈中电流先减小再反向时，电流产生的磁场的变化的方向不变，则线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向仍然相同。故B错误； C．当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，故C正确； D．当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，故D错误。 故选AC。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$