1、互感和自感(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.下列说法中正确的是()A.线圈中电流均匀增大,磁通量的变化率也将均匀增大B.线圈中电流减小到零,自感电动势也为零C.自感电动势的方向总是与原电流方向相反D.自感现象是线圈自身电流变化而引起的电磁感应现象【解析】选D。因为电流均匀增大,产生的磁场强度也均匀增大,所以磁感应强度也均匀增大,磁通面积不变,所以磁通量也线性变化,但磁通量的变化率却不变,故A错误;根据E=L可知,电流减小到零,自感电动势可以不变,故B错误;由楞次定律知产生的自感电动势,可与原电流方向相反,可与其相同,故C错误;根据感应电流产生条件,则自感现象是
2、线圈自身电流变化而引起的电磁感应现象,故D正确。2.某同学为了验证断电自感现象,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;稳定后断开S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复实验,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,原因可能是()A.线圈电阻偏大B.电源的内阻偏大C.小灯泡电阻偏大D.线圈的自感系数偏大【解析】选A。线圈电阻偏大,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,灯泡不发生闪亮现象,故A正确;断开开关时,灯泡能否发生闪亮,取决于灯泡的电流有没有
3、增大,与电源的内阻无关,故B错误;若小灯泡电阻偏大,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,灯泡将发生闪亮现象,故C错误;线圈的自感系数较大,产生的自感电动势较大,但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小关系,故D错误。3.如图所示,两个电阻的值都为R,多匝线圈的电阻和电池的内阻均可忽略,电键原来断开,电路中的电流为I0,现将S闭合,线圈产生自感电动势,它的作用为()A.使电路中电流减小,最后减小为零B.阻碍电路中电流增大,使之保持不变C.阻碍电路中电流增大,最后电流小于I0D.阻碍电路中电流增大,最后电流等于2I0【解析】选D。由于
4、开关的闭合,使得电流增加,则线圈产生自感电动势,有阻碍电流的作用,延长了电流变化的时间,因为多匝电感线圈L的电阻和电池内阻都忽略不计,最后电流慢慢增加到2倍。故D正确,A、B、C错误。4.如图所示,三只完全相同的灯泡A、B、C分别与带有铁芯的电感线圈L、定值电阻R、二极管D串联在电路中,闭合开关S,电路稳定后,三只灯泡亮度相同。下列说法正确的是()A.断开开关S,灯泡A、C马上熄灭,灯泡B慢慢熄灭B.断开开关S,灯泡C马上熄灭,灯泡A、B慢慢熄灭C.断开开关S瞬间,通过灯泡B的电流方向是从左向右的D.如果先抽掉电感线圈的铁芯,再断开开关S,会发现灯泡B熄灭得更慢【解析】选B。在电路稳定后,断开
5、开关S的瞬间,L由于产生自感电动势,相当于电源,根据楞次定律可知,L产生的电动势L的右侧电势高,L的左侧的电势低,所以此时感应电流不能通过二极管,所以C马上熄灭;灯泡A、B串联,所以灯泡A、B慢慢熄灭,故A错误,B正确;由楞次定律可知,L产生的自感电动势L的右侧电势高,L的左侧的电势低,所以通过灯泡B的电流方向是从右向左的,故C错误;抽掉电感线圈的铁芯,则电感线圈L自感系数变小,则对电流变化的阻碍作用减小,所以再断开开关S,会发现灯泡B熄灭得较快,故D错误。5.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RL与灯泡的电阻R满足RLUa)。求:(1)此时电流变
6、化率多大?变阻器滑动头向哪个方向滑动?(2)若S断开瞬间,电流在0.1 s内由5 A减小到零,在开关S两端的电压多大?哪端电势高?【解析】(1)在线圈上产生自感电动势为3 V,根据自感电动势公式为:E=L,则有:= A/s=1.25 A/s因极性为下正上负,由楞次定律可知,电路的电流在增大,因此变阻器滑动头向左滑动;(2)根据自感电动势公式为:E=L=2.4 V=120 V因此开关两端a,b的电压为120 V因电流的减小,根据楞次定律,则有由b到a的感应电流,即有a端电势高。答案:(1)1.25 A/s向左滑动(2)120 Va端电势高(15分钟40分)9.(7分)(多选)如图所示,E为电源,
7、L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈,D1、D2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡。则下列说法正确的是()A.刚闭合S的瞬间,通过D1、D2的电流大小相等B.刚闭合S的瞬间,通过D2的电流大于通过D1的电流C.闭合S待电路稳定后,D1熄灭,D2比原来更亮D.闭合S待电路稳定后,将S断开瞬间,D2立即熄灭,D1闪亮一下再熄灭【解析】选A、C、D。刚闭合S瞬间,由于自感线圈相当于断路,所以两灯是串联的,电流相等,故A正确,B错误;S闭合稳定后,线圈相当于导线把灯D1短路,灯D1熄灭,回路中总电阻减小,电流增大,D2比S刚闭合时亮,故C正确;S闭合稳定后再断开开关,D2立即熄灭,但由于线圈的自
8、感作用,L相当于电源,与D1组成回路,D1要闪亮一下再熄灭,故D正确。 10.(7分)(多选)用电流传感器研究自感现象的电路如图甲所示,线圈L没有带铁芯。闭合开关S,传感器记录了电路中电流随时间的变化规律如图乙所示。下列说法中正确的有()A.线圈中产生的自感电动势阻碍磁通量增大B.若线圈中插入铁芯,上述过程中电流达到稳定时经历的时间大于t0C.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经历的时间仍等于t0D.若将线圈匝数加倍,上述过程中电流达到稳定时经历的时间大于t0【解析】选A、B、D。闭合S后的瞬间回路中的电流逐渐增大,说明线圈中电流增大时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大,即阻碍电流
9、产生的磁通量增大,故A正确;若线圈中插入铁芯,线圈自感系数增大,自感现象延长,所以若线圈中插入铁芯,上述过程中电路电流达到稳定值经历的时间大于t0,故B正确;若将线圈匝数加倍,线圈自感系数增大,自感现象延长,上述过程中电路电流达到稳定值经历的时间大于t0,故C错误,D正确。11.(7分)(多选)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、直流电阻可忽略的电感线圈,C是电容很大的电容器。下列说法正确的是()A.开关S刚闭合后,灯泡A亮一下又逐渐熄灭,灯泡B逐渐变亮B.开关S闭合足够长时间后,灯泡A和B一样亮C.电路稳定后断开开关S时,灯泡A闪亮后逐渐熄灭D.电路稳定后断开开
10、关S时,灯泡B的电流换向,逐渐熄灭【解析】选A、C。S刚闭合后,灯泡A与电感线圈并联,由于电感线圈阻碍电流的增大,所以A灯亮一下,然后逐渐熄灭,B灯与电容器并联,由于电容器充电,所以B灯逐渐变亮,故A正确;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,故B错误;S闭合足够长时间后,当S断开时,L与A组成一个自感闭合回路,所以A闪亮后逐渐熄灭,故C正确;S闭合足够长时间后,电容器C两个极板上有一定的电压。当S断开时,B灯与电容器的小回路里电容器放电,由于电容器左侧的极板与电源的正极相连,所以电容器左侧极板带正电,放电的电流向右通过灯泡B,开始时B电流的方向向右;
11、所以二者的方向相同,故D错误。12.(19分)如图所示,设电源的电动势E=10 V,内阻不计,L与R的电阻均为5 ,两灯泡的电阻均为Rs=10 。 (1)求断开S的瞬间,灯泡L1两端的电压。(2)画出断开S前后一段时间内通过L1的电流随时间t的变化图像。【解析】(1)电路稳定工作时,由于a、b两点的电势相等,导线ab上无电流流过。因此通过L的电流为IL=1 A。流过L1的电流为Is=0.5 A。断开S的瞬间,由于线圈要维持IL不变,而与L1组成闭合回路,因此通过L1的最大电流为1 A。所以此时L1两端的电压为U=ILRs=10 V(正常工作时为5 V)。(2)断开S前,流过L1的电流为0.5 A不变,且设为正方向,而断开S的瞬间,通过L1的电流突变为1 A,且方向也发生变化,然后渐渐减小到零,所以它的图像如图所示(t0为断开S的时刻)。(注意:从t0开始,电流持续的时间实际上一般是很短的)答案:(1)10 V(2)见解析