高中物理 互感與自感 經(jīng)典例題

1、互感與自感【典例精講】1在空間某處存在一變化的磁場(chǎng)，則下列說(shuō)法中正確的是()A在磁場(chǎng)中放一閉合線圈，線圈中一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流B在磁場(chǎng)中放一閉合線圈，線圈中不一定產(chǎn)生感應(yīng)電流C磁場(chǎng)中不放閉合線圈，在變化的磁場(chǎng)周?chē)欢ú粫?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)D磁場(chǎng)中不放閉合線圈，在變化的磁場(chǎng)周?chē)欢〞?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)解析：由感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件可知，只有穿過(guò)閉合線圈的磁通量發(fā)生改變，線圈內(nèi)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果閉合線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，則線圈中無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A錯(cuò)誤，B正確；由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，感生電場(chǎng)的產(chǎn)生與變化的磁場(chǎng)周?chē)袩o(wú)閉合線圈無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤，D正確。答案：BD2.某線圈通有如圖1所示的電流，則線圈中自感電動(dòng)勢(shì)改變方

2、向的時(shí)刻有()A第1 s末B第2 s末C第3 s末 D第4 s末 圖1解析：在自感現(xiàn)象中當(dāng)原電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原電流的方向相同，當(dāng)原電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與原電流方向相反。在圖像中01 s時(shí)間內(nèi)原電流正方向減小，所以自感電動(dòng)勢(shì)的方向是正方向，在12 s時(shí)間內(nèi)原電流為負(fù)方向且增加，所以自感電動(dòng)勢(shì)與其負(fù)方向相反，即沿正方向；同理分析23 s、34 s時(shí)間內(nèi)可得正確答案為B、D。答案：BD3.在如圖2所示的電路中，L為電阻很小的線圈，G1和G2為零刻度在表盤(pán)中央的兩相同的電流表。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電流表G1、G2的指針都偏向右方，那么當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，將出現(xiàn)的現(xiàn)象是()AG1和G2指針都立即回到零

3、點(diǎn)BG1指針立即回到零點(diǎn)，而G2指針緩慢地回到零點(diǎn) 圖2CG1指針緩慢地回到零點(diǎn)，而G2指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點(diǎn)DG2指針緩慢地回到零點(diǎn)，而G1指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點(diǎn)解析：根據(jù)題意，電流方向自右向左時(shí)，電流表指針向右偏。那么，電流方向自左向右時(shí)，電流表指針應(yīng)向左偏。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)的瞬間，G1中原電流立即消失，而對(duì)于G2所在支路，由于線圈L的自感作用，阻礙電流不能立即消失，自感電流沿L、G2、G1的方向在由它們組成的閉合回路中繼續(xù)維持一段時(shí)間，即G2中的電流按原方向自右向左逐漸減為零，此時(shí)G1中的電流和原電流方向相反，變?yōu)樽宰笙蛴?，且與G2中的電流同時(shí)緩慢減為零，故選

4、項(xiàng)D正確。答案：D4.如圖3是用于觀察自感現(xiàn)象的電路圖。若線圈的直流電阻RL與燈泡的電阻R滿足RLR，則在開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)的瞬間，可以觀察到()A燈泡立即熄滅 圖3B燈泡逐漸熄滅C燈泡有明顯的閃亮現(xiàn)象D只有在RLR時(shí)，才會(huì)看到燈泡有明顯的閃亮現(xiàn)象解析：S閉合，電路穩(wěn)定時(shí)，由于RLR，ILIR，S斷開(kāi)瞬時(shí)，流過(guò)線圈的電流IL要減小，在L上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)要阻礙電流的減小，通過(guò)燈泡原來(lái)的電流IR隨著開(kāi)關(guān)斷開(kāi)變?yōu)榱?，而燈泡與線圈形成閉合回路，流過(guò)線圈的電流IL通過(guò)燈泡，由于ILIR，因此燈開(kāi)始有些明顯閃亮，C正確，A、B錯(cuò)。若RLR時(shí)ILIR，不會(huì)有明顯的閃亮現(xiàn)象，D錯(cuò)。答案：C5.在如圖4所示的電

5、路中，兩個(gè)相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R。閉合開(kāi)關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過(guò)兩個(gè)燈泡的電流均為I。然后，斷開(kāi)S。若t時(shí)刻再閉合S，則在t前后的一小段時(shí)間內(nèi)，圖5正確反映流過(guò)L1的電流i1、流過(guò)L2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像是() 圖4圖5解析：由題中給出的電路可知，電路由L與L1和L2與R兩個(gè)支路并聯(lián)，在t時(shí)刻，L1支路的電流因?yàn)橛蠰的自感作用，所以i1由0逐漸增大，L2支路為純電阻電路，i2不存在逐漸增大的過(guò)程，所以選項(xiàng)B正確。答案：B6.如圖6所示，A、B是兩個(gè)相同的小燈泡，電阻均為R，R0是電阻箱，L是自感系數(shù)較大的線圈。

6、當(dāng)S閉合調(diào)節(jié)R0的阻值使電路穩(wěn)定時(shí)，A、B亮度相同。則在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()AB燈立即熄滅 圖6BA燈一定將比原來(lái)更亮一些后再熄滅C若R0R，則A燈立即熄滅D有電流通過(guò)A燈，方向?yàn)閎a解析：開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，兩燈泡亮度相同，說(shuō)明A、L并聯(lián)電路與B、R0并聯(lián)電路電阻相等，故線圈L的電阻等于R0。開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，由于線圈自感及線圈L與燈泡A構(gòu)成回路，流經(jīng)線圈L的電流由原大小和方向開(kāi)始在此回路中逐漸減小，只有當(dāng)R0R時(shí)，才有ILIA，燈A將比原來(lái)更亮一些后再熄滅，所以燈A是否閃亮一下不能確定，但流經(jīng)燈泡A的電流方向?yàn)閎a，D對(duì)B、C錯(cuò)；由于燈泡B與R0并聯(lián)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電流立即為0，B燈立

7、即熄滅，A項(xiàng)正確。答案：AD7.如圖7所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，線圈的自感系數(shù)很大，線圈的直流電阻RL與燈泡的電阻R滿足RL<R。在t0時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在tt1時(shí)刻斷開(kāi)S。下列表示通過(guò)燈泡的電流隨時(shí)間變化的圖像中，正確的是() 圖7 解析：S閉合瞬間，由于線圈的自感系數(shù)很大，故在線圈上產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大， 線圈中此時(shí)的電流幾乎為零，而燈泡中有電流通過(guò)，隨時(shí)間的推移，線圈對(duì)電流的阻礙作用減弱，線圈中的電流不斷增大，流過(guò)電源的電流也在增大，路端電壓不斷減小，故通過(guò)燈泡的電流不斷減??；當(dāng)穩(wěn)定時(shí)，由于RL<R，故線圈中的電流大于燈泡中的電流

8、；當(dāng)S斷開(kāi)后，線圈相當(dāng)于電源對(duì)燈泡供電，回路中的電流將在穩(wěn)定時(shí)通過(guò)線圈電流的基礎(chǔ)上不斷減小， 通過(guò)燈泡中的電流方向與S斷開(kāi)前方向相反，D正確。答案：D8.在如圖9所示的電路中，自感線圈的電阻值為0，開(kāi)關(guān)S1原來(lái)是閉合的，電路已達(dá)到穩(wěn)定。則下列操作與對(duì)應(yīng)的描述正確的是()A閉合S2時(shí)，流經(jīng)電阻R2的電流方向?yàn)閍bB斷開(kāi)S1時(shí)，流經(jīng)電阻R2的電流方向?yàn)閍bC先閉合S2，待電路穩(wěn)定后，再斷開(kāi)S2時(shí)，有電流流過(guò)R2 圖9D電路穩(wěn)定時(shí)，流經(jīng)R2的電流方向?yàn)閍b解析：由于自感線圈的電阻值為0，電路穩(wěn)定時(shí)線圈兩端電壓為0，即與之并聯(lián)的電阻R2兩端電壓為0，流經(jīng)R2的電流為0，D錯(cuò)；閉合S2時(shí)，回路總電阻減小

9、，電流增大，由于L的自感，使a端電勢(shì)高于b端，流經(jīng)電阻R2的電流方向?yàn)閍b，A正確；而斷開(kāi)S1時(shí)，b端電勢(shì)高于a端，流經(jīng)電阻R2的電流方向?yàn)閎a，B錯(cuò)；先閉合S2，待電路穩(wěn)定后，再斷開(kāi)S2時(shí)，回路總電阻增大，電流減小，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，R2兩端電壓不為0(b高a低)，有電流流過(guò)R2，C正確。 答案：AC9如圖10所示是一種觸電保護(hù)器，變壓器A處用雙股相線(火線)和零線平行繞制成線圈，然后接到用電器上，B處有一個(gè)輸出線圈，一旦有電流，經(jīng)放大后便能立即推動(dòng)繼電器J切斷電源，下列情況下能起保護(hù)作用的是哪一種？說(shuō)明理由。圖10(1)增加開(kāi)燈的盞數(shù)，能否切斷電源？(2)雙手分別接觸相線和零線，能否切斷

10、電源？(3)單手接觸相線，腳與地相接觸而觸電，能否切斷電源？解析：(1)不能。因A處線圈是采用的雙線繞法，增加開(kāi)燈的盞數(shù)只會(huì)使電路中電流增大，但A中兩線中電流始終大小相等方向相反，磁通量相互抵消，B中磁通量不發(fā)生改變，故不能推動(dòng)J切斷電源。(2)不能。理由同(1)。(3)能。因?yàn)橛须娏魍ㄟ^(guò)人體而流入地下，使A中兩導(dǎo)線中電流不再大小相等，B中磁通量發(fā)生改變，B中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而推動(dòng)J切斷電源。答案：見(jiàn)解析10如圖11所示，圖甲為某同學(xué)研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖，用電流傳感器顯示各時(shí)刻通過(guò)線圈L的電流。電路中電燈的電阻R16.0 ，定值電阻R2.0 ，A、B間的電壓U6.0 V。開(kāi)關(guān)S原來(lái)閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在t11.0×103 s時(shí)刻斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，該時(shí)刻前后電流傳感器顯示的電流I隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示。圖11(1)求出線圈L的電阻RL；(2)在圖甲中，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后通過(guò)電燈的電流方向如何？(3)在t21.6×103 s時(shí)刻線圈L中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是多少？解析：(1)由題圖可知，開(kāi)關(guān)S閉合電路穩(wěn)定時(shí)流過(guò)線圈L的電流I01.5 A由歐姆定律得I0解得RLR2.0 (2)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后