1、16 互感和自感课后篇巩固提升基础巩固1.(多选)无线电力传输目前取得重大突破,在日本展出了一种非接触式电源供应系统。这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力。两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置,原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )A.若 A 线圈中输入电流, B 线圈中就会产生感应电动势B.只有 A 线圈中输入变化的电流, B 线圈中才会产生感应电动势C.A 中电流越大, B 中感应电动势越大D.A 中电流变化越快, B 中感应电动势越大解析 根据产生感应电动势的条件,只有处于变化的磁场中, B 线圈才能产生感应电动势,A 错,B 对;根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小
2、取决于磁通量变化率,所以 C 错,D 对。答案 BD2.(多选)如图所示的电路中,A 1和 A2是完全相同的灯泡,线圈 L 的电阻可以忽略不计,下列说法中正确的是( )A.闭合开关 S 时,A 2先亮,A 1后亮,最后一样亮B.闭合开关 S 时,A 1和 A2始终一样亮C.断开开关 S 时,A 2立即熄灭,A 1过一会儿熄灭D.断开开关 S 时,A 1和 A2都要过一会儿才熄灭解析 闭合 S 时,A 2支路中的电流立即达到最大,A 2先亮;由于线圈的自感作用,A 1支路电流增大得慢,A1后亮。A 1中的电流稳定后,线圈的阻碍作用消失,A 1与 A2并联,亮度一样,故 A 正确,B 错误。S 断
3、开时, L 和 A1、A 2组成串联的闭合回路,A 1和 A2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,使 A1和 A2过一会才熄灭,故 C 错误,D 正确。综上所述,正确选项为 A、D。答案 AD3.如图所示的电路中,电源的电动势为 E,内阻为 r,电感 L 的电阻不计,电阻 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值。在 t=0 时刻闭合开关 S,经过一段时间后,在 t=t1时刻断开 S。如下图所示,表示 A、 B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图象中,正确的是( )2解析 开关 S 闭合的瞬间,由于 L 的阻碍作用,由 R 与 L 组成的支路相当于断路,后来由于 L 的阻碍
4、作用不断减小,相当于外电路并联部分的电阻不断减小,根据闭合电路欧姆定律 I= ,整个电路中的ER+r总电流增大,由 U 内 =Ir 得内电压增大,由 UAB=E-Ir 得路端电压 UAB减小。电路稳定后,由于 R 的阻值大于灯泡 D 的阻值,所以流过 L 支路的电流小于流过灯泡 D 的电流。当开关断开时,由于电感 L 的自感作用,流过灯泡 D 的电流立即与 L 电流相等,与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小,即 UAB反向减小,选项 B 正确。答案 B4.如图所示是套在同一铁芯上的两个线圈,左线圈与电源、变阻器及开关相连,右线圈与电流表连成一闭合电路。在下列情况下,电流表指针不偏转的是( )A.
5、开关 S 闭合或断开的瞬间B.开关 S 闭合后,左线圈中通过恒定的电流时C.开关 S 闭合后,移动滑动变阻器滑片增大其阻值时D.开关 S 闭合后,移动滑动变阻器滑片减小其阻值时解析 要使电流表指针不偏转,只要不产生感应电流即可,这就要求左侧线圈中的电流保持不变,故只有 B 正确。答案 B35.如图所示,A 1、A 2为两只相同灯泡,A 1与一理想二极管 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,A 1会逐渐变亮B.闭合开关 S 稳定后,A 1、A 2亮度相同C.断开 S 的瞬间,A 1会逐渐熄灭D.断开 S 的瞬间, a 点的电势比 b 点低解析 由于二极
6、管所加的是正向电压,故闭合开关 S 后,A 1会立刻变亮,选项 A 错误;闭合开关 S 稳定后,由于线圈 L 的直流电阻不计,故 A1将熄灭、A 2变得更亮,选项 B 错误;断开 S 的瞬间,由于 L 中的电流不能流过 D,故 A2、A 1都将熄灭,此时 b 点电势高于 a 点,选项 C 错误,D 正确。故选 D。答案 D6.如图所示,两个电阻阻值均为 R,电感线圈 L 的电阻及电池内阻均可忽略不计,S 原来断开,电路中电流 I0= ,现将 S 闭合,于是电路中产生了自感电动势,此自感电动势的作用是( )E2RA.使电路的电流减小,最后由 I0减小到零B.有阻碍电流增大的作用,最后电流小于 I
7、0C.有阻碍电流增大的作用,因而电流总保持不变D.有阻碍电流增大的作用,但电流最后还是变为 2I0解析 S 闭合,电路中电阻减小,电流增大,线圈产生的自感电动势的作用是阻碍原电流的增大,A 错;阻碍电流增大,不是不让电流增大,而是让电流增大的速度变慢,B、C 错;最后达到稳定时,电路中电流为 I= =2I0,故 D 正确。ER答案 D能力提升1.如图所示是测定自感系数很大的线圈 L 直流电路的电阻, L 两端并联一只电压表,用来测量自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路拆解时应( )A.先断开 S1 B.先断开 S2C.先拆除电流表 D.先拆除电阻 R4解析 S1断开瞬间, L 中产生很大的
8、自感电动势,若此时 S2闭合,则可能将电压表烧坏,故应先断开S2。答案 B2.某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈 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;再断开开关 S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象。他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )A.电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大解析 从实物连接图中可以看出,线圈 L 与小灯泡并联,断开开关 S 时,小灯泡 A 中原来的电流立即消失,线圈 L
9、与小灯泡组成闭合电路,由于自感,线圈中的电流逐渐变小,使小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同,小灯泡未闪亮说明断开 S 前流过线圈的电流较小,原因可能是线圈电阻偏大,故选项 C 正确。答案 C3.(多选)某线圈通有如图所示的电流,则线圈中自感电动势改变方向的时刻有( )A.第 1 s 末 B.第 2 s 末C.第 3 s 末 D.第 4 s 末解析 在自感现象中,当原电流减小时自感电动势与原电流的方向相同,当原电流增加时自感电动势与原电流方向相反。在图象中 01 s 时间内原电流正方向减小,所以自感电动势的方向是正方向,在 12 s 时间内原电流负方向增加,所以自感电动势与其方向相反,即还
10、是正方向;同理分析 23 s、34 s 时间内自感电动势的方向,可得 B、D 两项正确。答案 BD4.在生产实际中,有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关 S 由闭合到断开时,线圈会产生很高的自感电动势,使开关 S 处产生电弧,危及操作人员的人身安全。为了避免电弧的产生,可在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是( )5解析 闭合 S 时,二极管处于反向截止状态,不影响电路正常工作。断开 S 时,由于自感现象,线圈跟二极管 D 组成闭合回路,此时二极管处于正向导通,可以避免电弧的产生,故 D 选项正确。答案 D5.在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡 L1和 L2分别串联一个带铁
11、芯的电感线圈 L 和一个滑动变阻器 R。闭合开关 S 后,调节 R,使 L1和 L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为 I。然后,断开 S。若 t时刻再闭合 S,则在 t前后的一小段时间内,能正确反映流过 L1的电流 i1、流过L2的电流 i2随时间 t 变化的图象是 ( )解析 与滑动变阻器 R 串联的 L2,没有自感,直接变亮,电流变化图象如 A 中图线,C、D 错误。与带铁芯的电感线圈串联的 L1,由于自感,电流逐渐变大,A 错误,B 正确。答案 B66.(多选)如图所示的电路中,电源电动势为 E,线圈 L 的电阻不计。以下判断正确的是( )A.闭合 S 稳定后,电容器两端电压为
12、零B.闭合 S 稳定后,电容器的 a 极板带正电C.断开 S 的瞬间,电容器的 a 极板将带正电D.断开 S 的瞬间,电容器的 a 极板将带负电解析 闭合 S 稳定后,电容器被线圈 L 短路,两端电压为 0,电容器不带电。稳定时流过 L 的电流方向是由右向左,断开 S 时,由楞次定律可知电容器的 a 极板将带正电。故 A、C 正确,B、D 错误。答案 AC7.如图所示是一种触电保安器,变压器 A 处用双股相线(火线)和零线平行绕制成线圈,然后接到用电器上, B 处有一个输出线圈,一旦有电流,经放大后便能立即推动继电器 J 切断电源,下列情况中能起保护作用的是哪一种?说明理由。(1)增加开灯的盏
13、数,能否切断电源?(2)双手分别接触相线和零线,能否切断电源?(3)单手接触相线,脚与地接触而触电,能否切断电源?解析 (1)不能。因 A 处线圈采用的是双绕法,增加开灯的盏数只会使电路中电流增大,但 A 中两线中电流始终大小相等方向相反,磁通量相互抵消, B 中磁通量不发生改变,故不能推动 J 切断电源。(2)不能。理由同(1)。(3)能。因为有电流通过人体而流入地下,使 A 中两股相线电流大小不相等, B 中磁通量发生改变, B 中产生感应电流,从而推动 J 切断电源。答案 见解析8.如图甲所示为研究自感实验电路图,并用电流传感器显示出在 t=110-3 s 时断开开关前后一段时间内各时刻
14、通过线圈 L 的电流(如图乙)。已知电源电动势 E=6 V,内阻不计,灯泡 R1的阻值为 6 ,电阻 R 的阻值为 2 。(1)线圈的直流电阻 RL= ; (2)开关断开时,该同学观察到的现象是 ,并计算开关断开瞬间线圈产生的自感电动势是 V。 7解析 由图象可知 S 闭合稳定时 IL=1.5 ARL= -R= -2 =2 EIL 61.5此时小灯泡的电流I1= A=1 AER1=66S 断开后, L、 R、 R1组成临时闭合回路。电流由 1.5 A 逐渐减小,所以灯泡会闪亮一下再熄灭,自感电动势 E=IL(R+RL+R1)=15 V。答案 (1)2 (2)灯泡闪亮一下后逐渐变暗,最后熄灭 15 V8
