第2章 4.互感和自感-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

第二章电磁感应《 2.(涡流的应用)（多选）安检门是一个用于安全：B.阻尼器摆动时产生的涡电流源于外部电 检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交 源供电 变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金 C.阻尼器将电能转化成机械能 属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场 D.质量块通过导体板上方时，导体板中祸电 又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。 流大小与质量块的速率有关 以下关于这个安检门的说法正确的是( ):4.(电磁驱动)（多选）1824年，法国科学家阿拉 A.这个安检门也能检查出毒品携带者 果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜 B.这个安检门只能检查出金属物品携带者 圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线 C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流， 悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。 也能检查出金属物品携带者 实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆 D.这个安检门工作时，既利用了电磁感应现 盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转 象，又利用了电流的磁效应 动起来，但略有滞后。下列说法正确的是 3.(电磁阻尼)（多选）2024 年9月16日，台风“贝碧 嘉”登陆上海后，“中国第 铜圆盘( 一高楼”上海中心大厦上的阻尼器开始出现 摆动，给大楼进行减振。如图所示，该阻尼器 A.圆盘上产生了感应电动势 采用了涡电流技术，带有永磁体的质量块附 B.圆盘内的涡流产生的磁场导致磁针转动 着在阻尼器的底部。质量块在摆动中通过导 C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整 体板上方时，导体板内产生涡电流。关于阻 个圆盘的磁通量发生了变化 尼器，下列说法正确的是 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成 A.阻尼器摆动时产生的涡电流源于电磁感 电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 应现象 提宗请完成《素能提升训练》训练十 4.互感和自感 学习目标 1,了解互感现象及互感现象的应用，知道什么是互感现象和自感现象。 2,观察通电自感和断电自感实验现象，了解自感现象，认识自感电动势的作用，能够通过电磁感应的有关规 律分析通电自感和断电自感现象。 3.了解自感现象中自感电动势的作用，了解自感电动势的表达式E-LA ,理解自感系数和自感系数的决定因素。 4.通过对自感现象的研究，了解磁场的能量 45 》高中物理·选择性必修第二册（人数版）】 自主学习探新知 深前预习双基藻实 一、互感现象 2.决定因素：线圈的大小、形状、 ,以及 1.互感：两个线圈之间并没有导线相连，但当一 是否有铁芯等。 个线圈中的 时，它所产生的 3.单位：亨利，简称 ,符号是 会在另一个线圈中产生感应电动 常用单位还有毫亨(mH)、微享(：H)。1H 势。这种现象叫作互感。 mH= pH 2.应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈 四、磁场的能量 传递到另一个线圈，如变压器就是利用 L,自感现象中的磁场能量 制成的。 (1)线圈中电流从无到有时：磁场从无到有， 3.危害：互感现象能发生在任何两个 电源把 输送给磁场，储存在磁场中。 的电路之间。在电力工程中和电子电路中， (2)线圈中电流减小时：磁场中的 释 互感现象有时会影响电路的正常工作。 二、自感现象 放出来转化为电能。 1.定义：当一个线圈中的电流 时，它所2.电的“惯性”：自感电动势有阻碍线圈中 产生的 的磁场在线圈 激发 的“惯性” 出感应电动势。这种现象称为自感。 《自我诊断 2.自感电动势：由于 而产生的感应电 1.判断下列说法的正误（正确的画“√/”，错误的 动势。 画“X”)。 3.自感电动势对电流的作用：电流增加时，自感 电动势阻碍电流的 ,电流减小时，自 (1)两个线圈相距较近时，可以产生互感现 感电动势阻碍电流的 象，相距较远时，不产生互感现象。() 4.通电自感和断电自感 (2)自感现象中，感应电流一定与原电流方向 自感电动势 相反。 () 电路 现象 的作用 (3)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流 通 接通电源的 的变化率有关。 ( 电 瞬间，灯泡A 电流的 自 (4)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电 增加 感 动势。 ( 2.如图所示，电路中电源内阻不 断开开关的 电 瞬间，灯泡A 电流的 能忽略，L的自感系数很大， 自 减小 感 其直流电阻忽略不计，A、B为 B 两个完全相同的灯泡，当S闭合 E与 三、自感系数 时，A灯 亮，B灯 亮。当S断 1,自感电动势的大小：E= ,式中L是 开时，A灯 熄灭，B灯 熄 比例系数，叫作自感系数，简称自感或电感。 灭。（均选填“立即”或“慢慢”） 46 第二章电磁感应 互动探究解疑难 要底归纳重难哭发 要点一对互感现象的理解 问题导引 时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才 如图所示，两个线圈A 被释放。则 () B之间并没有导线相连，线 A.由于线圈A的电磁感应作用，才产生延时 圈A与手机（或MP3等）的 释放D的作用 音频输出端连接，线圈B与扩音器的输入端连 B.由于线圈B的电磁感应作用，才产生延时 接。把线圈A插入线圈B时就能在扩音器上 释放D的作用 听见由手机输出的声音，这是为什么？ C.如果断开线圈B的开关S,无延时作用 D.如果断开线圈B的开关S,延时将变化 针对训练 1,某同学设计了如图所示点火装置。在一个用 许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有 口探究升华 两个彼此绝缘且靠近的线圈A和B,调节触 1,互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不 点K与带有铁头的弹簧片P恰好接触，合上 仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间， 开关S后，就能在火花塞的两电极M、N之 而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。 间产生火花。关于该设计方案，下列说法正 2.互感现象可以把能量由一个电路传到另一个 确的是 电路。变压器就是利用互感现象制成的。 3.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，这时要设法减小电路 间的互感。 A.不可行，因为电源是直流电 典例剖析 B.不可行，因为两个线圈的磁通量没有变化 [例1]（多选）如图所示是一 C,可行，且A的匝数比B多时，点火效果更好 种延时装置的原理图，当S, D.可行，且M、N做成针状时，点火效果更好 闭合时，电磁铁F将衔铁D 吸下，C线路接通，当S,断开 47 》高中物理·选择性必修第二册（人数版 要点二 对自感现象的理解 2问题导引 3.对电感线圈阻碍作用的理解 如图所示，一毛同学用 (1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会产 多用电表的电阻挡测量一 生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使得 个线圈的电阻，以判断它是 通过电感线圈的电流不能突变。 否断路。为方便测量，同桌 (2)若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当 的二毛同学用双手分别握 多电表 线图 于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导 住线圈裸露的两端，一毛用两表笔与线圈两端 线的电阻引起的。 接触，读出阻值，再将表笔与线圈断开。在测量：4.通电自感与断电自感比较 的过程中，二毛在某瞬间感到有强烈的电击感， 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 对此现象，应如何解释？ 电 图 电流逐渐增大，灯泡 电流立刻变大，灯泡变亮 逐渐变亮 然后逐渐变暗 电路中稳态电流为I1、J 口探究升华 ①若1≤I,灯泡逐浙变暗 断 电流逐渐减小，灯泡 ②若L,>1,,灯泡闪亮后逐 1,对自感现象的理解 电 逐渐变暗，电流方向 时 不变 渐变暗 自感现象是一种电磁感应现象，遵守法 两种情况灯泡中电流方向 均改变 拉第电磁感应定律和楞次定律。 2.对自感电动势的理解 典例剖析 (1)产生原因：通过线圈的电流发生变化，导 [例2] 如图所示的电路 致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在原线 中A1和A2是两个相 圈上产生感应电动势。 同的小灯泡，L是一个 (2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自 自感系数相当大的线圈，其阻值与R相同。 感电动势的方向与原电流方向相反：当原电 在开关S闭合和断开时，小灯泡A和A亮暗 流减小时，自感电动势的方向与原电流方向 的顺序是 ( 相同（即：增反诚同）。 A.闭合时A,先达最亮，断开时A,后灭 (3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化， 而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流 B.闭合时A2先达最亮，断开时A,后灭 的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化 C.闭合时A1先达最亮，断开时A,先灭 的作用。 D.闭合时A先达最亮，断开时A1先灭 48 第二章电磁感应《 计，下列说法中正确的是 () 川规律方法 自感现象的分析思路 94, 明确通过自感线圈的电流的变化情况（增大还是减小） 4 根据“增反减同”，判断自心电动势的方向 分析阻碍的结果：电流增强时，由于自感电动婷的作 A.闭合开关S时，A2先亮，A1后亮，最后一 用，线圈中电流逐兼增大，与线阔串联的无件中的电 样亮 流也逐渐增大：电流减小时，由于自感电动势的作用， 线圈中电流逐渐减小，与线圈串联的元件中的电流包 B.闭合开关S时，A1和A2始终一样亮 逐渐减小 C.断开开关S时，A2立即熄灭，A,过一会 针对训练 熄灭 2.(多选)如图所示的电路中，A,和A。是完全 D.断开开关S时，A:和A,都要过一会才 相同的灯泡，线圈L的直流电阻可以忽略不 熄灭 随堂巩固促应用 验证反情证移运用 1.(互感现象的理解)（多选）关于互感现象，下： B.电感一定时，电流变化越快，自感电动势 列说法正确的是 ( 越大 A两个线圈之间必须有导线相连，才能产生 C.通过线圈的电流为零的瞬间，自感电动势 互感现象 为零 B.互感现象可以把能量从一个线圈传到另 D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电 一个线圈 动势最大 C.互感现象都是有益的 4.(自感现象的理解)如图所示，灯L、L完全相 D.变压器是利用互感现象制成的 同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略，则() 2.(自感系数的理解)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 A.S闭合的瞬间，L、12同时发光，接着L B.线圈中电流等于零时，自感系数也等于零 变暗，L变亮，最后L1熄灭 C.线圈中电流变化越快，自感系数越大 B.S闭合瞬间，L1不亮，I2立即变亮 D.线圈的自感系数由线圈本身的性质及有： C.S闭合瞬间，L、L2都不立即变亮 无铁芯决定 D.稳定后再断开S的瞬间，L熄灭，L,比I 3.(自感电动势的理解)关于线圈中自感电动势 (原先亮度)更亮 的大小，下列说法中正确的是 ( 提宗请完成《素能提升训练》训练十一 A.电感一定时，电流变化越大，自感电动势 越大 49运动，在电场力作用下加速运动。当电流减小时，磁场 减弱，根据楞次定律，可知感生电场的方向为逆时针方 向，电子将沿逆时针方向做减速运动。在电子被加速的 过程中，由于磁场的变化，导致电子做圆周运动的周期 变化，故选 A、B。 2.BD 这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出 金属物品携带者，A错误，B正确；若“门框”的线圈中通 上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使块状金属产 生电流，因而不能检查出金属物品携带者，C错误；安检 门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁 效应，D正确。 3.AD 阻尼器摆动时产生的涡电流源于电磁感应现象， A正确，B错误；阻尼器将机械能转化成电能，C错误； 质量块通过导体板上方时，导体板中涡电流大小与质量 块的速率有关，速率越大，磁通量变化越快，产生的感应 电动势越大，D正确。故选 A、D。 4.AB 把圆盘切割成无数根沿半径方向的导体棒，圆盘 转动时，每一根导体棒都在切割磁感线，但每一根导体 棒所处的磁场强弱不同，每根导体棒产生的感应电动势 不同，故会在圆盘内形成以导体棒为电源的涡流。涡流 产生的磁场对小磁针有带动作用，小磁针跟着圆盘的转 动而同向转动，A、B正确；对于圆盘整体，转动过程中穿 过整个盘面的磁通量不变，C错误；圆盘呈电中性，无磁 场时圆盘的转动不能形成电动势，引起磁针转动的电流 是导体切割磁感线产生的，D错误。 4.互感和自感一、 1.电流变化 变化的磁场 2.互感现象 3.相互靠近 二、 1.变化 变化 本身 2.自感 3.增加 减小 4.逐渐变亮 阻碍 逐渐熄灭 阻碍 三、 1.L 2.匝数 3.亨 H 103 10? 四、 1.(1)能量 (2)能量 2.电流变化 自我诊断 1.(1)× (2)× (3)×(4)√ 2.慢慢 立即 慢慢 慢慢 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 利用电磁感应把能量从一个线圈传递到另一个 线圈。 典例剖析 [例1] [解析] 线圈 A中的磁场随开关S?的闭合而产 生，随S?的断开而消失。当S?闭合时，线圈 A中的磁 场穿过线圈 B,当 S?闭合，S?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正确，A错误； 若S,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。 [答案] BC 针对训练 1.D AB.当开关闭合时，线圈 B的磁通量发生变化，有感 应电动势产生，会在火花塞的两电极 M、N之间产生火 花，AB错误；在相同的磁通量变化情况下，线圈的匝数 越多，则对应的感应电动势越大，因此当 B的匝数比 A 多时，即B线圈产生的电压就高，那么点火效果更好，故 C错误；D.若M、N做成针状，那么这两点的电场强度 强，点火效果更好，故 D正确。 要点二 问题导引 提示 在测量完毕，一毛将电表与线圈断开时，线圈由 于自感而产生一个相对较大的自感电动势，加在二毛的 双手之间，故二毛有强烈的电击感。 典例剖析 [例2] [解析] 当开关S闭合时，A?和A?同时亮，但由 于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈 上产生自感电动势阻碍电流的增大，使通过线圈的电流 从零开始慢慢增加，所以开始时电流几乎全部从 A?通 过，而该电流又将同时分路通过A?和R,所以 A?先达 最亮，经过一段时间电路稳定后，A?和A?达到一样亮； 当开关S断开时，电源电流立即为零，因此 A?立即熄 灭，而对 A?,由于通过线圈的电流突然减小，线圈中产 生自感电动势阻碍电流的减小，使线圈L和A?组成的 闭合电路中有感应电流，所以 A?后灭。 [答案] A 针对训练 2.AD 闭合 S时，A?支路中的电流立即达到最大，由于 线圈的自感作用，A?支路电流慢慢增大，A?后亮。A? 中的电流稳定后，线圈的阻碍作用消失，A?与 A?并联， 亮度一样，故 A正确，B错误。S断开时，L和 A?、A?组 成串联的闭合回路，A?和 A?亮度一样，由于L中产生 自感电动势阻碍L 中原电流的消失，故 A?和 A?过一 会才熄灭，故C错误，D正确。综上所述，故选 A、D。 随堂巩固促应用 1.BD 两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象， A错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线 圈，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，C错误；变压器是利用互感现象制成的， D正确。 2.D 自感系数是由线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等 因素决定的，故 B、C错误，D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错误。 12 △△ A越大，由E=L·3.B 电感一定时，电流变化越快， 知，自感电动势越大，A错误，B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错误；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错误。 4.A S接通的瞬间，线圈L支路中电流从无到有发生变 化，因此，线圈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较 强，所以S接通的瞬间线圈L中的电流非常小，即干路 中的电流几乎全部流过L?、L?,所以L?、L?会同时亮。 又由于线圈L中电流很快稳定，感应电动势很快消失， L的阻值可忽略，对L?起到“短路”作用，因此，L?熄灭。 这时电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可 知，L2会比以前更亮。稳定后再断开S的瞬间，L2立即 熄灭，L?由于线圈产生感应电动势而亮一下再熄灭，断 开S前流过线圈 L的电流和流过灯 L2的电流相同，所 以断开S时，L?与L?断开前的亮度一样，故 A正确，B、 C、D错误。 第三章 交变电流 1.交变电流 自主学习探新知一、 1.周期性 2.方向 二、 1.匀强 垂直磁场 匀速 2.(1)垂直 ①最大 0 ②2 (2)0 最大 三、 1. E sin wt U sin wt I.sin ot 3.正弦 4.三角形 矩形 四、 1.磁通量 2.磁体 3.磁极 电枢 4.转动 不动 自我诊断 1.(1)× (2)× (3)√ (4)√ 2.6.28 6.28 A e=6.28 sin 10πt(V) 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示 磁场方向可以认为是水平向右，由右手定则可知 线圈转动到图示位置时感应电动势最大，感应电流最 大。线圈转动到中性面位置时(与图示位置垂直的位 置),感应电动势为零，感应电流为零，电流方向发生改 变。线圈转动到不同的位置有不同的值，呈周期性 变化。 典例剖析 [例1] [解析] 线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产 生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改 变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向 改变两次，指针左右摆动一次，故 A正确；线圈处于图 示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电 流方向为a→b,故B错误，C正确；线圈平面与磁场方向 平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势 最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁 通量为零，磁通量的变化率最大，故 D错误。 [答案] AC 针对训练 1.B t?、t3时刻通过线圈的磁通量重最大，磁通量变化率 =0,,此时感应电动势、感应电流为零，线圈中感应电 流方向改变，A错误，B正确；t2、t?时刻线圈中磁通量为 零，磁通量的变化率最大，即感应电动势最大，C、D 错误。 要点二 问题导引 提示 (1)感应电动势与线圈的匝数 N、磁感应强度 B、 线圈的面积 S和线圈平面与中性面的夹角有关。 (2)e=NBSwsin wt。 典例剖析 [例2] [解析](1)线圈转速 n=300 r/min=5r/s, 角速度w=2πn=10π rad/s, 线圈产生的感应电动势最大值Em=NBSw=50 V, 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为 e=Esin wt=50sin 10πt(V)。 t=30 s(2)将 代入感应电动势瞬时值表达式得， e=50sin(10m×30)V=25√3 v, i=R+r=53A。对应的感应电流i u=R+rR=40sin 10mt(V)。(3)由欧姆定律得1 5√3 L答案」(1)e=50sin 10πt(V)(2)—A (3)u=40sin 10πt(V) 针对训练 2.解析 (1)由题可知： S=l·L=0.2×0.5m2=0.1 m2, 感应电动势的峰值： Em=nBSw=100×0.1×0.1×100π V=100π V= 314 V。 (2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时， 感应电动势的瞬时值e=E sin wt, 即e=314sin(100πt)V。 (3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势 的瞬时值表达式为e=E.cos wt, 代入数据得e=314cos(100πt)V, 13