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如图所示，小螺线管与音乐播放器相连，大螺线管直接与音箱相连。当把小螺线管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来，大小螺线管之间发生的物理现象是()A.自感B静电感应C互感 D直接导电【解析】选C。小螺线管与音乐播放器相连，小线圈中输入了音频信号；当把小螺线管插入大螺线管中时音乐就会从音箱中响起来，说明大线圈中激发出了感应电流，是互感现象。故C正确，A、B、D错误。2.为了验证自感现象，某同学在实验室用一个带铁芯的线圈L(线圈的自感系数很大，且构成线圈导线的直流电阻不可忽略)、两个完全相同的小灯泡A和B、开关S和电池组E
2、，用导线将它们连接成如图所示的电路。经检查，各元件和导线均是完好的，检查电路无误后，开始进行实验操作。关于实验现象，下列说法中正确的是() A闭合S瞬间，B比A先亮B闭合S待稳定后，A灯与B灯一样亮C断开S瞬间，A、B两灯均慢慢熄灭，且在熄灭前，A灯会比原来更亮D断开S瞬间，通过A灯泡的电流方向与稳定时的电流方向相反【解析】选D。由电路图可知，灯泡B与线圈串联然后与灯A并联，闭合开关瞬间，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，灯A比B先亮，闭合S待稳定后，因为线圈导线的直流电阻不可忽略，所以B灯支路电流小，B灯比A灯暗，故A、B错误；断开S瞬间，电路断了，两灯泡与线圈构成闭合回路，通过线圈的电流
3、减小，产生感应电动势，使两灯泡逐渐熄灭，流过A灯泡的电流方向与稳定时的电流方向相反，因为稳定时，B灯支路电流小于A灯支路，所以A灯不会比原来更亮，故C错误，D正确。3.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，采取了双线绕法，如图所示，其道理是() A当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势相互抵消B当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流相互抵消C当电路中的电流变化时，电流的变化量相互抵消D无论电路中电流变化与否，两股导线中产生的磁通量相互抵消【解析】选D。由于采用了双线绕法，两股平行导线中的电流反向，它们的磁场相互抵消。不论导线中的电流如何变化，导线中
4、的磁通量始终为零，所以消除了自感现象的影响，故选D。4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。5.如图所示，A1、A2为两只相同灯泡，A1与一理想
5、二极管D连接，线圈L的直流电阻不计。下列说法正确的是() A闭合开关S后，A1会逐渐变亮B闭合开关S稳定后，A1、A2亮度相同C断开S的瞬间，A1会逐渐熄灭D断开S的瞬间，a点的电势比b点低【解析】选D。闭合开关S后，线圈自感，线圈中电流逐渐增大，但两灯和线圈不是串联的关系，则两灯立刻亮，A错误；闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以A1与二极管被短路，导致灯泡A1不亮，而A2将更亮，因此A1、A2亮度不同，B错误；断开S的瞬间，A2会立刻熄灭，线圈L与灯泡A1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a点的电势低于b点，但二极管具有单向导电性，所以回路没有感应电流，A1也是立即熄灭；故
6、C错误、D正确。6.如图所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是() 【解析】选D。开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1 A；开关S断开的瞬间，自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圏中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相等，也应该是从2 A逐渐减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，故选D。二、非选择题(本题共2小题，共24分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计
7、算的要标明单位)7. (12分)有一个被称为“千人震”的趣味物理小实验，实验是用一节电动势为1.5 V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器组成，几位做这个实验的同学手拉手连成一串，另一位同学将电池、镇流器(自感系数很大的线圈)、开关用导线将他们首尾两位同学两个空着的手相连。如图所示，在开关通或断时就会使连成一串的同学都有触电的感觉。请你说明该实验的原理，并说明人有触电感觉时是开关接通还是开关断开的瞬间？为什么？【解析】该小实验的电路连接如图所示。合上开关，电路接通，人感受不到微弱的干电池的直流电流。开关闭合，稳定时镇流器中电流较大。断开开关，因为镇流器中的电流不能突变，所以原来
8、镇流器中很大的电流从人体中流过，人就能感受到这一自感电动势所产生的强大瞬时电流，有触电的感觉。答案：镇流器的自感现象断开瞬间只有在电路刚断开时才能产生很高的自感电动势，使人产生触电的感觉8. (12分)如图所示，线圈电感系数L2.4 H，电源电动势10 V。在调节滑动变阻器R的瞬时，由于电流变化，在线圈上产生的自感电动势为3 V，其极性为下正上负(UbUa)。求：(1)此时电流变化率多大？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：EL，则有： A/s
9、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：EL2.4 V120 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(6分)如图所示，图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终灯A2与灯A3的亮度相同。下列说法正确的是()A图甲中，A1的电阻比L
10、1的直流电阻大B图甲中，闭合开关S1，电路稳定后，A1中的电流大于L1中的电流C图乙中，变阻器R连入电路的电阻比L2的直流电阻大D图乙中，闭合开关S2瞬间，L2中的电流与变阻器R中的电流相等【解题指南】解答本题可按以下思路进行：(1)闭合开关的瞬间，通过线圈的电流增大，产生自感电动势。(2)根据楞次定律分析电流的变化，判断通过两灯电流的关系。(3)待电路稳定后断开开关，线圈产生自感电动势，分析通过两灯的电流关系，判断两灯是否同时熄灭。【解析】选A。图甲中，断开S1的瞬间，A1灯突然闪亮，是因为电路稳定时，L1的电流大于A1的电流，可知L1的电阻小于A1的电阻，故A正确；图甲中，闭合S1，电路稳
11、定后，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明灯泡中的电流小于线圈中的电流，故B错误；图乙中，因为要观察两只灯泡发光的亮度变化，两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L2的电阻值相同，故C错误；图乙中，闭合S2瞬间，L2对电流有阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，故D错误。10(6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
12、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(6分)如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，L1、L2和L3是3个完全相同的灯
13、泡，E是内阻不计的电源。在t0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S。规定以电路稳定时流过L1、L2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过L1和L2的电流，则图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是()【解析】选C。L的直流电阻不计，电路稳定后通过L1的电流是通过L2、L3电流的2倍。闭合开关瞬间，L2立即变亮，由于L的阻碍作用，L1逐渐变亮，即I1逐渐变大，在t1时刻断开开关S，之后电流I会在电路稳定时通过L1的电流大小基础上逐渐变小，I1方向不变，I2反向，故C正确。【加固训练】(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
14、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；
15、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；所以二者的方向相同，故D错误。12(22分)如图所示，设电源的电动势E10 V，内阻不计，L与R的电阻均为5 ，两灯泡的电阻均为Rs10 。 (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IL1 A。流过L1的电流为Is0.5 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UILRs10 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