4. 自感（分层作业）物理教科版选择性必修第二册

2.4 自感 一、单选题 1．在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使和亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为。在时刻断开S，能正确反映前后的一小段时间内通过的电流和通过的电流随时间变化关系的是（　　） A．   B． C．   D． 2．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 3．如图所示，是日光灯的电路图，主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S点燃日光灯管过程中，启动器的双金属片始终是闭合的 B．闭合开关S点燃日光灯管过程中，镇流器相当于电阻 C．将镇流器换为定值电阻，闭合开关S仍能正常点燃日光灯管 D．将启动器更换为开关S1，先闭合开关S和S1，再断开S1，仍有可能点燃日光灯管 4．某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未出现物理老师课堂演示断电时出现的小灯泡闪亮之后再逐渐熄灭的现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　） A．电源的电动势较大 B．小灯泡A的灯丝断了 C．线圈L的电阻较小 D．小灯泡A灯丝电阻较小 5．手机无线充电装置的设计利用了电磁感应原理。图甲所示是市场上某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，送电线圈未与手机连接。当ab间接正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流实现给手机充电。下列说法正确的是（    ） A．该装置主要运用了自感现象 B．送电线圈回路中的电流为零时，受电线圈两端的电压也为零 C．增大送电线圈和受电线圈的间距，受电线圈输出电压的频率改变 D．减小送电线圈和受电线圈的间距，受电线圈输出电压增大 6．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。下列说法正确的是（    ） A．S闭合瞬间，B先亮A后亮 B．S闭合瞬间，A先亮B后亮 C．电路稳定后，在S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭 D．电路稳定后，在S断开瞬间，A、B都是熄灭状态 7．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　） A．开关S闭合后，c灯立即亮，a、b灯逐渐亮 B．开关S闭合瞬间，a、b灯一样亮 C．开关S断开，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭 D．开关S断开瞬间，流过a灯的电流方向与断开前相反 8．如图甲所示为研究自感现象的电路图，其中灯泡的电阻，定值电阻，A、B间电压。闭合S，电路处于稳定状态；时断开S，通过线圈L的电流随时间变化的图线如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．线圈L的直流电阻为4Ω B．断开开关瞬间，通过灯泡的电流方向向左 C．断开开关时，可以观察到灯泡闪一下再灭 D．通过电阻R的电荷量约为 二、多选题 9．如图所示为某同学探究电磁感应现象的实验装置。将两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R、开关组成一个回路，B线圈与电流计G、开关组成另一个回路。关于该实验现象下列说法正确的是（　　） A．先闭合，再闭合的瞬间，G中无感应电流 B．先闭合，再闭合的瞬间，G中无感应电流 C．闭合、，待电路稳定后G中一直有感应电流 D．闭合、，待电路稳定后R的滑片向左移动的过程中，G中有感应电流 10．如图（a）、（b）所示的电路中，电阻和自感线圈的阻值都很小，且小于灯泡A的阻值，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（　　） A．在电路（a）中，断开将渐渐变暗 B．在电路（a）中，断开将先变得更亮，然后渐渐变暗 C．在电路（b）中，断开将渐渐变暗 D．在电路（b）中，断开将先变得更亮，然后渐渐变暗 三、解答题 11．如图所示，图甲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，定值电阻，A、B间的电压。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在时刻断开开关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RL； （2）在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何； （3）在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.4 自感 一、单选题 1．在如图所示的电路中，两个完全相同的小灯泡和分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器。闭合开关S待电路稳定后，调整R的滑片使和亮度一样，此时通过两个灯泡的电流均为。在时刻断开S，能正确反映前后的一小段时间内通过的电流和通过的电流随时间变化关系的是（　　） A．   B． C．   D． 【答案】C 【详解】在t0时刻断开S，电感线圈L将产生自感电动势阻碍通过其电流减小，此时L1与L2构成一个回路，且该回路中电流方向为顺时针，所以t0时刻i1将从I逐渐减小至零；而开始时通过L2的电流方向为向右，所以t0时刻i2将从I突变为-I之后再逐渐减小至零，综上所述可知ABD错误，C正确。 故选C。 2．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 【详解】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。 3．如图所示，是日光灯的电路图，主要由灯管、镇流器、启动器组成。关于日光灯的原理，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S点燃日光灯管过程中，启动器的双金属片始终是闭合的 B．闭合开关S点燃日光灯管过程中，镇流器相当于电阻 C．将镇流器换为定值电阻，闭合开关S仍能正常点燃日光灯管 D．将启动器更换为开关S1，先闭合开关S和S1，再断开S1，仍有可能点燃日光灯管 【答案】D 【详解】A．当开关接通220伏的电压立即使启动器的惰性气体电离，产生辉光放电,辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触；电流通过镇流器、启动器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子，双金属片自动复位，两极断开；故A错误； B．在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动，在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光；则镇流器相当于自感电源，提供高压，故B错误； C．将镇流器换为定值电阻，闭合开关S不能提供高压让氩气分子电离，则不能正常点燃日光灯管，故C错误； D．将启动器更换为开关S1，先闭合开关S和S1，再断开S1，相当于启动器的作用，也能提供断电时的自感电动势获得高压，则仍有可能点燃日光灯管，故D正确； 故选D。 4．某同学用如图所示的电路研究断电自感现象。闭合开关S，小灯泡发光；再断开S，小灯泡渐渐熄灭。重复多次，仍未出现物理老师课堂演示断电时出现的小灯泡闪亮之后再逐渐熄灭的现象，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（　　） A．电源的电动势较大 B．小灯泡A的灯丝断了 C．线圈L的电阻较小 D．小灯泡A灯丝电阻较小 【答案】D 【详解】A．开关断开开关时，灯泡能否发生闪亮，取决于灯泡的电流有没有增大，与电源的电动势无关，故A错误； B．小灯泡A的灯丝断了，灯泡将不亮，故B错误； C．线圈L的电阻较小，稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡发生闪亮现象，故C错误； D．小灯泡A灯丝电阻较小，稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流从线圈原来的电流逐渐减小，灯泡将不发生闪亮现象，故D正确。 故选D。 5．手机无线充电装置的设计利用了电磁感应原理。图甲所示是市场上某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，送电线圈未与手机连接。当ab间接正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流实现给手机充电。下列说法正确的是（    ） A．该装置主要运用了自感现象 B．送电线圈回路中的电流为零时，受电线圈两端的电压也为零 C．增大送电线圈和受电线圈的间距，受电线圈输出电压的频率改变 D．减小送电线圈和受电线圈的间距，受电线圈输出电压增大 【答案】D 【详解】A．该装置主要利用了电磁感应中的互感现象，故A错误； B．当送电线圈的电流为0，此时电流变化率最大，磁通量变化率也最大，故受电线圈中磁通量变化率也最大，其感应电动势最大，故B错误； C．增大送电线圈和受电线圈的间距，不会改变受电线圈端电压的频率，故C错误； D．在匝数和线圈直径不变的情况下，由于漏磁现象，导致穿过两个线圈的磁通量不相等，若减小送电线圈和受电线圈的间距，穿过受电线圈的磁通量变大，单位时间内磁通量变化率变大，受电线圈输出电压将会变大，故D正确。 故选D。 6．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。下列说法正确的是（    ） A．S闭合瞬间，B先亮A后亮 B．S闭合瞬间，A先亮B后亮 C．电路稳定后，在S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭 D．电路稳定后，在S断开瞬间，A、B都是熄灭状态 【答案】D 【详解】依据自感线圈的特征：刚通电时线圈相当于断路，断开开关时线圈相当于电源；二极管的特征是只正向导通。 A B．闭合瞬间线圈相当于断路，二极管为正向电压，故电流可通过灯泡A、B，即灯泡A、B同时亮，故AB错误； C D．因线圈直流电阻忽略不计，则当电路稳定后，灯泡A被短路而熄灭，当开关S断开瞬间B立刻熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二极管，则灯泡A仍是熄灭的，故C错误，D正确； 故选D。 7．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　） A．开关S闭合后，c灯立即亮，a、b灯逐渐亮 B．开关S闭合瞬间，a、b灯一样亮 C．开关S断开，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭 D．开关S断开瞬间，流过a灯的电流方向与断开前相反 【答案】C 【详解】AB．开关S闭合后，b、c灯立即亮，a灯由于与线圈串联，线圈会产生自感电动势，阻碍电流的通过，因此a灯逐渐变亮，故AB错误； C．开关S断开，c灯处于断路状态，立即熄灭，而a、b灯与线圈串联构成闭合回路，因线圈在开关S断开瞬间产生自感电动势，阻碍电流的减小，所以a、b灯逐渐熄灭，故C正确； D．开关S断开瞬间，由于自感的作用，通过线圈与两灯的电流方向为线圈→a灯→b灯，因此流过a灯的电流方向仍与未断开前相同，而流过b灯的电流方向与断开前相反，故D错误。 故选C。 8．如图甲所示为研究自感现象的电路图，其中灯泡的电阻，定值电阻，A、B间电压。闭合S，电路处于稳定状态；时断开S，通过线圈L的电流随时间变化的图线如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．线圈L的直流电阻为4Ω B．断开开关瞬间，通过灯泡的电流方向向左 C．断开开关时，可以观察到灯泡闪一下再灭 D．通过电阻R的电荷量约为 【答案】B 【详解】A．断开开关前，通过线圈的电流为1.5A，则线圈所在支路的总电阻 线圈的直流电阻 故A错误； B．断开开关前，通过线圈的电流方向向右，断开开关瞬间，线圈产生的感应电流方向向右，则通过灯泡的电流方向向左，故B正确； C．断开开关前通过灯泡的电流 由题图乙可知，断开开关后，通过灯泡的电流从1.5A逐渐减小到零，灯泡不会闪亮，而是逐渐变暗最后熄灭，故C错误； D．由于，故可由题图乙得，通过电阻R的电荷量等于图像与时间轴所围的面积，大小约为 故D错误。 故选B。 二、多选题 9．如图所示为某同学探究电磁感应现象的实验装置。将两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R、开关组成一个回路，B线圈与电流计G、开关组成另一个回路。关于该实验现象下列说法正确的是（　　） A．先闭合，再闭合的瞬间，G中无感应电流 B．先闭合，再闭合的瞬间，G中无感应电流 C．闭合、，待电路稳定后G中一直有感应电流 D．闭合、，待电路稳定后R的滑片向左移动的过程中，G中有感应电流 【答案】AD 【详解】A．先闭合后，线圈A中产生的是恒定电流，产生的磁场是恒定的，再闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量不变，线圈B不产生感应电动势，故G中无感应电流。故A正确； B．先闭合，此时穿过线圈B的磁通量仍为零。再闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，线圈B产生感应电动势，G中有感应电流。故B错误； C．闭合、，待电路稳定后，穿过线圈B的磁通量不变，线圈B不产生感应电动势，G中无感应电流。故C错误； D．闭合、，待电路稳定后，R的滑片向左移动的过程中，电阻变大，电路中电流减小，穿过线圈B的磁通量减少，线圈B产生感应电动势，G中有感应电流。故D正确。 故选AD。 【点睛】电流表与线圈B形成闭合电路，当线圈B中磁通量发生改变时，产生感应电动势，继而出现感应电流。 10．如图（a）、（b）所示的电路中，电阻和自感线圈的阻值都很小，且小于灯泡A的阻值，闭合开关S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（　　） A．在电路（a）中，断开将渐渐变暗 B．在电路（a）中，断开将先变得更亮，然后渐渐变暗 C．在电路（b）中，断开将渐渐变暗 D．在电路（b）中，断开将先变得更亮，然后渐渐变暗 【答案】AD 【详解】A B．在电路（a）中，断开S，线圈产生自感电动势，阻碍电流变小，电流重新在A、L、R中组成新的回路，故A将渐渐变暗，故A正确，B错误； CD．在电路（b）中，由于电阻和自感线圈的阻值都很小，且小于灯泡A的阻值，所以通过灯泡A的电流比通过线圈的电流小，断开S，由于线圈产生自感电动势，阻碍电流变小，原来通过L的电流在A、L、R中组成新的回路，故灯泡A将先变得更亮，然后渐渐变暗，故C错误，D正确。 故选AD。 三、解答题 11．如图所示，图甲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，定值电阻，A、B间的电压。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在时刻断开开关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RL； （2）在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何； （3）在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？ 【答案】（1）2.0Ω；（2）电灯中的电流方向自右向左；（3）3.0V 【详解】（1）由题图可知，开关S闭合电路稳定时流过线圈L的电流 I0＝1.5 A 由欧姆定律得 解得 （2） 断开开关前，流过线圈L的电流自左向右，断开开关后，线圈L、电阻R和电灯构成一闭合回路，由自感规律可知，电灯中的电流方向自右向左。 （3） 由题图可知，t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的电流 I＝0.3 A 此时线圈L相当于电源，由闭合电路欧姆定律得 / 学科网（北京）股份有限公司 $$