2024-2025學(xué)年高中物理第2章電磁感應(yīng)及其應(yīng)用第3節(jié)自感現(xiàn)象與渦流作業(yè)含解析魯科版選擇性必修2

PAGE7-自感現(xiàn)象與渦流(25分鐘60分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1.關(guān)于自感現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A.自感現(xiàn)象是線圈自身的電流改變而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.自感電動勢總是阻擋原電流的改變C.自感電動勢的方向總是與原電流方向相反D.自感電動勢的方向總是與原電流方向相同【解析】選A。依據(jù)自感的定義，A正確，B錯誤；選項(xiàng)C、D把阻礙電流改變理解錯了，其實(shí)自感電動勢與原電流方向可以相同，也可以相反。依據(jù)阻礙含義，若原電流增大，自感電動勢就阻礙增大，與原電流方向相反；若原電流減小，自感電動勢就阻礙減小，與原電流方向相同，故C、D錯誤。2.如圖所示為大型考試用到的金屬探測器，工作時，其內(nèi)部的探測器線圈內(nèi)通有正弦溝通電，關(guān)于探測器的工作原理，下列說法不正確的是()A.探測器線圈中通有頻率越低的溝通電，越簡單探測出金屬物品B.探測器線圈中正弦溝通電會產(chǎn)生改變的磁場C.探測器旁邊有金屬時，金屬中會產(chǎn)生渦流D.探測器旁邊有金屬時，探測器線圈中電流會發(fā)生改變【解析】選A。探測器線圈中的溝通電頻率越低，電流改變越慢，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流越小，靈敏度越低，越不簡單探測出金屬物品，故A不正確；依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)探測器線圈中通以正弦溝通電會產(chǎn)生改變的磁場，故B正確；探測器中有一個通有交變電流的線圈，當(dāng)線圈四周有金屬時，金屬物中會產(chǎn)生渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，探測器線圈中電流會發(fā)生改變，使探測器報警，C、D正確，故選A。3.關(guān)于線圈中自感電動勢的大小，下列說法中正確的是()A.電感肯定時，電流改變越大，電動勢越大B.電感肯定時，電流改變越快，電動勢越大C.通過線圈的電流為零的瞬間，電動勢為零D.通過線圈的電流為最大值的瞬間，電動勢最大【解析】選B。自感電動勢的大小取決于穿過線圈的磁通量的改變快慢，而穿過線圈的磁通量取決于線圈的電流產(chǎn)生的磁場，電流改變越快，穿過線圈的磁通量的改變越快，自感電動勢越大，故只有選項(xiàng)B正確。4.下列圖中，A圖是真空冶煉爐可以冶煉高質(zhì)量的合金；B圖是充電器工作時繞制線圈的鐵芯中會發(fā)熱；C圖是安檢門可以探測人身是否攜帶金屬物品；D圖是工人穿上金屬絲織成的衣服可以高壓帶電作業(yè)。不屬于渦流現(xiàn)象的是()【解析】選D。線圈接有交變電流，在線圈中會產(chǎn)生改變的磁場，改變的磁場在冶煉爐中產(chǎn)生電場，使自由電荷在電場力的作用下定向移動形成渦流，故A中屬于渦流現(xiàn)象；充電器工作時有交變電流通過，交變電流產(chǎn)生的交變磁場穿過鐵芯，在鐵芯中產(chǎn)生電場，使自由電荷在電場力的作用下定向移動形成渦流，故B中屬于渦流現(xiàn)象；線圈中交變電流產(chǎn)生交變的磁場，會在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，而金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)，引起線圈中交變電流發(fā)生改變，從而被探測到，故C中屬于渦流現(xiàn)象；工作服用包含金屬絲的織物制成，形成一個導(dǎo)體殼，殼外有電場，殼內(nèi)電場強(qiáng)度保持為0，高壓外電場不會對內(nèi)部產(chǎn)生影響，故D中屬于靜電屏蔽；故選D。5.如圖所示，L為自感系數(shù)較大的線圈，電路穩(wěn)定后小燈泡A正常發(fā)光，在斷開開關(guān)S的瞬間()A.燈A馬上熄滅B.燈A漸漸熄滅C.燈A突然閃亮一下再漸漸熄滅D.燈A突然閃亮一下再突然熄滅【解析】選A。斷開開關(guān)S，電路斷路，線圈中雖然產(chǎn)生自感電動勢，但不能形成自感電流，故燈A馬上熄滅，故選A。6.如圖所示的電路中，P、Q兩燈泡相同，L的直流電阻不計(jì)，則下列說法正確的是()A.S斷開瞬間，P馬上熄滅，Q過一會才熄滅B.S接通瞬間，P、Q同時正常發(fā)光C.S斷開瞬間，通過P的電流從右向左D.S斷開瞬間，通過Q的電流與原來電流方向相反【解析】選C。S接通瞬間，L中電流從0起先增大，于是產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，因此Q不會馬上正常發(fā)光，較P要晚些，選項(xiàng)B錯誤；S斷開瞬間，因L的自感作用，通過P、Q形成的回路的電流漸漸減小為0，且通過P的電流從右向左，因此，P、Q兩只燈泡會一起漸漸熄滅，選項(xiàng)A、D錯誤，選項(xiàng)C正確。二、非選擇題(本題共2小題，共24分)7.(12分)如圖所示，電源的電動勢E=15V，內(nèi)阻忽視不計(jì)。R1=5Ω，R2=15Ω，電感線圈的直流電阻不計(jì)，求當(dāng)開關(guān)S接通的瞬間、S接通后達(dá)到穩(wěn)定時及S斷開的瞬間流過R1的電流?！窘馕觥块_關(guān)S接通瞬間，流過電感線圈的電流不能突變，所以流過R1的電流仍為0，開關(guān)S接通后達(dá)到穩(wěn)定時，電感線圈相當(dāng)于導(dǎo)線，所以流過R1的電流為I1==3A，開關(guān)S斷開瞬間，流過電感線圈的電流不能突變，所以流過R1的電流仍為3A。答案：03A3A8.(12分)如圖所示是利用高頻溝通電焊接自行車零件的原理示意圖，其中外圈A是通高頻溝通電的線圈，B是自行車零件，a是待焊接口，焊接時接口兩端接觸在一起，當(dāng)A中通有溝通電時，B中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得接口處金屬熔化而焊接起來。(1)試分析說明，焊接的快慢與交變電流的頻率有什么關(guān)系；(2)試說明說明，為什么焊接過程中，接口a處被熔化而零件其他部分并不是很熱。【解析】(1)線圈A中交變電流的頻率越高，B中磁通量的改變率越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，感應(yīng)電流I越大，所以電流的熱功率P=I2R也越大，焊接越快。(2)B中各處電流大小相等，但在接口a處因是點(diǎn)接觸，此種接觸電阻很大，電流的熱功率P=I2R也很大，而其他部分電阻很小，電流的熱功率也很小，所以接口處已被熔化，而其他部分并不是很熱。答案：見解析【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示，L是電阻不計(jì)的自感線圈，C是電容器，E為電源，在開關(guān)S閉合和斷開時，關(guān)于電容器的帶電狀況，下列說法中正確的是()A.S閉合瞬間，A板帶正電，B板帶負(fù)電B.S保持閉合，A板帶正電，B板帶負(fù)電C.S斷開瞬間，A板帶正電，B板帶負(fù)電D.由于線圈L的電阻不計(jì)，電容器被短路，上述三種狀況下電容器均不帶電【解析】選A。當(dāng)S閉合瞬間，L內(nèi)電流增大，產(chǎn)生的自感電動勢的方向是由下向上，使電容器充電，A板帶正電，B板帶負(fù)電，選項(xiàng)A正確；當(dāng)S保持閉合時，L的電阻為零，電容器兩極板被短路，不帶電，選項(xiàng)B、D錯誤；當(dāng)S斷開瞬間，L內(nèi)的電流減小，自感電動勢的方向由上向下，在L、C組成的回路中給電容器充電，使B板帶正電，A板帶負(fù)電，選項(xiàng)C錯誤。(15分鐘40分)9.(7分)(多選)下列關(guān)于線圈自感系數(shù)的說法中，正確的是()A.自感電動勢越大，自感系數(shù)也越大B.把線圈中的鐵芯抽出，自感系數(shù)減小C.把線圈匝數(shù)增加一些，自感系數(shù)變大D.線圈中電流改變越快，自感系數(shù)越大【解析】選B、C。自感系數(shù)的大小是由線圈的匝數(shù)、材料、粗細(xì)、有無鐵芯等因素確定的，與電流改變快慢、自感電動勢大小無關(guān)。匝數(shù)越多，自感系數(shù)越大；有鐵芯時，自感系數(shù)顯著增大。故選項(xiàng)A、D錯誤，選項(xiàng)B、C正確。10.(7分)(多選)如圖所示，LA、LB是完全相同的兩個小燈泡，L為自感系數(shù)很大、電阻可以忽視的帶鐵芯的線圈，則()A.開關(guān)S閉合的瞬間，LA、LB同時亮，隨后LA燈變亮，LB燈變暗B.開關(guān)S閉合的瞬間，LA、LB同時亮，隨后LA燈熄滅，LB燈變亮C.斷開開關(guān)S的瞬間，LA、LB燈同時熄滅D.斷開開關(guān)S的瞬間，LB燈馬上熄滅，LA燈突然閃亮一下再熄滅【解析】選B、D。開關(guān)S閉合的瞬間，線圈L的阻礙作用很強(qiáng)，LA、LB同時亮，穩(wěn)定后線圈相當(dāng)于導(dǎo)線，LA燈因被短路而熄滅，A錯、B對；斷開開關(guān)S的瞬間，線圈L相當(dāng)于電源與LA燈形成回路，因此LB燈馬上熄滅，LA燈突然閃亮一下再熄滅，C錯、D對。11.(7分)(多選)電磁爐為新一代炊具，無煙、無明火、無污染、不產(chǎn)生有害氣體、無微波輻射、高效節(jié)能等是電磁爐的優(yōu)勢所在。電磁爐的工作原理是利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場通過含鐵質(zhì)鍋底部時，即會產(chǎn)生多數(shù)小渦流，使鍋體本身快速發(fā)熱，然后再加熱鍋內(nèi)食物，如圖所示。下列相關(guān)說法正確的是()A.鍋體中的渦流是由恒定的磁場產(chǎn)生的B.鍋體中的渦流是由改變的磁場產(chǎn)生的C.磁場越強(qiáng)，電磁爐的加熱效果越好D.提高磁場改變的頻率，可提高電磁爐的加熱效果【解析】選B、D。電磁爐接溝通電，其鍋體中的渦流是由改變的磁場產(chǎn)生的，選項(xiàng)A錯誤，B正確；電磁爐的加熱效果與磁場的強(qiáng)弱無關(guān)，只與磁場的改變快慢有關(guān)，選項(xiàng)C錯誤；依據(jù)發(fā)熱原理可知，提高磁場改變的頻率，可增加渦流，提高電磁爐的加熱效果，選項(xiàng)D正確。12.(19分)圖甲為某同學(xué)探討自感現(xiàn)象的試驗(yàn)電路圖，電路中電燈的電阻R1=6.0Ω，定值電阻R=2.0Ω，AB間電壓U=6.0V。開關(guān)S原來閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在t1=1.0×10-3s時刻斷開開關(guān)S，此時刻前后通過線圈L的電流隨時間改變的圖線如圖乙所示。(1)求出線圈L的直流電阻RL；(2)在圖甲中用箭頭標(biāo)出斷開開關(guān)后通過電燈的電流方向；(3)在t2=1.6×10-3s時刻線圈L中的感應(yīng)電動勢的大小是多少？【解析】(1)由題圖乙可知，零時刻通過電感線圈L的電流為：I0=1.5A，由歐姆定律得I0=解得：RL=-R=2.0Ω。(2)電燈中電流方向向左，如圖所示。(3)由題圖乙可知，在t2=1.6×10-3s時刻電感線圈L的電流I=0.2A。線圈此時相當(dāng)于一個電源，由閉合電路的歐姆定律得：E=I(RL+R+R1)代入數(shù)據(jù)解得：E=2.0V。答案：(1)2.0Ω(2)見解析(3)2.0V【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示，E、r分別為電源的電動勢、內(nèi)阻，R1、R2為定值電阻，線圈L的直流電阻不計(jì)，C為電容器。下列說法正確的是()A.合上開關(guān)S的瞬間，R1中無電流B.合上開關(guān)S穩(wěn)定后，R2中無電流C.合上開關(guān)S穩(wěn)定后，斷開S的瞬間，R1中電流方向向右D.合上開關(guān)S穩(wěn)定后，斷開S的瞬間，R2中電流方向向右【解析】選D。合上開關(guān)S的瞬間，線圈L