2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应 第6节 互感和自感课下作业（含解析）新人教版选修3-2

第6节互感和自感随堂演练1(互感现象的理解)(多选)一种延时开关的原理图如图467所示，当s1闭合时，电磁铁f将衔铁d吸下，c线路接通；当s1断开时，由于电磁感应作用，d将延迟一段时间才被释放。则图467a由于a线圈的电磁感应作用，才产生延时释放d的作用b由于b线圈的电磁感应作用，才产生延时释放d的作用c如果断开b线圈的开关s2，无延时作用d如果断开b线圈的开关s2，延时将变长解析线圈a中的磁场随开关s1的闭合而产生，随s1的断开而消失。当s1闭合时，线圈a中的磁场穿过线圈b，当s2闭合，s1断开时，线圈a在线圈b中的磁场变弱，线圈b中有感应电流，b中电流的磁场继续吸引d而起到延时的作用，所以b正确，a错误；若s2断开，线圈b中不产生感应电流而起不到延时作用，所以c正确，d错误。答案bc2(自感现象的理解)(多选)如图468所示的电路中，a1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图468a闭合开关s时，a2先亮，a1后亮，最后一样亮b闭合开关s时，a1和a2始终一样亮c断开开关s时，a2立即熄灭，a1过一会儿熄灭d闭合开关s时，a1和a2都要过一会儿才熄灭解析闭合s时，a2支路中的电流立即达到最大，a2先亮；由于线圈的自感作用，a1支路电流增大得慢，a1后亮。a1中的电流稳定后，线圈的阻碍作用消失，a1与a2并联，亮度一样，故a正确，b错误。s断开时，l和a1、a2组成串联的闭合回路，a1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(自感现象的图像问题)如图469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t0时刻闭合开关s，经过一段时间后，在tt1时刻断开s。如下图所示，表示a、b两点间电压uab随时间t变化的图像中，正确的是图469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，整个电路中的总电流增大，由u内ir得内电压增大，由uabeir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(自感电动势的计算)一个线圈的电流在0.001 s内有0.02 a的变化，产生50 v的自感电动势，求线圈的自感系数。如果这个电路中的电流的变化率变为40 a/s，自感电动势为多大？解析由el，得l h2.5 h，el2.540 v100 v。答案2.5 h100 v限时检测题组一对互感现象的理解1在无线电仪器中，常需要在距离较近处安装两个线圈，并要求当一个线圈中电流有变化时，对另一个线圈中电流的影响尽量小，如图所示两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是解析两个相距较近的线圈，当其中的一个线圈中电流发生变化时，就在周围空间产生变化的磁场，这个变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，即发生互感现象，要使这种影响尽量小，应采用选项d所示的安装位置才符合要求。因为通电线圈的磁场分布与条形磁铁的磁场分布类似，采用选项d所示的安装位置时，变化的磁场穿过另一线圈的磁通量最小。答案d2(多选)在图4610中，线圈m和线圈p绕在同一铁芯上，则图4610a当闭合开关s的一瞬间，线圈p里没有感应电流b当闭合开关s的一瞬间，线圈p里有感应电流c当断开开关s的一瞬间，线圈p里没有感应电流d当断开开关s的一瞬间，线圈p里有感应电流解析闭合与断开s的瞬间，p内的磁通量都会发生变化，有感应电流产生。答案bd题组二对通、断电自感现象的分析3在图4611所示电路中，l为电阻很小的线圈，g1和g2为零点在表盘中央的相同的电流表。当开关s闭合时，电流表g1指针偏向右方，那么当开关s断开时，将出现的现象是图4611ag1和g2指针都立即回到零点bg1指针立即回到零点，而g2指针缓慢地回到零点cg1指针缓慢回到零点，而g2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点dg1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而g2指针缓慢地回到零点解析电流表指针的偏转方向与电流的流向有关。根据题意，电流自右向左时，指针向右偏。那么，电流自左向右时，指针应向左偏，当开关s断开瞬间，g1中电流立即消失，而l由于自感作用，电流不能立即消失，电流沿l、g2、g1的方向在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间，即g2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，而g1中的电流和原方向相反，变为自左向右，和g2中的电流同时减为零。也就是g1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而g2指针缓慢地回到零点，故d项正确。答案d4如图4612所示电路中，l为电感线圈，c为电容器，当开关s由断开变为闭合时图4612aa灯中无电流通过，不可能变亮ba灯中有电流通过，方向由a到bcb灯逐渐熄灭，c点电势高于d点电势db灯逐渐熄灭，c点电势低于d点电势解析当开关s由断开变为闭合时，电感线圈l中产生从c到d的感应电动势，b灯逐渐熄灭，把l看做一个电源的话，c点电势低于d点电势，选项d正确，而c错误；电容器c短路放电，a灯中有电流通过，方向由b到a，选项a、b均错误。答案d5如图4613所示的电路中，三个灯泡l1、l2、l3的电阻关系为r1r2r3，电感l的电阻可忽略，d为理想二极管。开关k从闭合状态突然断开时，下列判断正确的是图4613al1逐渐变暗，l2、l3均先变亮，然后逐渐变暗bl1逐渐变暗，l2立即熄灭，l3先变亮，然后逐渐变暗cl2立即熄灭，l1、l3均逐渐变暗dl1、l2、l3均先变亮，然后逐渐变暗解析开关k从闭合状态突然断开时，l中产生向右的自感电动势，l1逐渐变暗，l2立即熄灭，l3先变亮，然后逐渐变暗，选项b正确。答案b6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4614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图4614a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由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流。由图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路，与电源无关，故a错；造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流，当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象，故b错、c正确；自感系数越大，则产生的自感电流越大，灯泡更亮，故d错。答案c7如图4615所示，多匝电感线圈的电阻和电池内阻都忽略不计，两个定值电阻的阻值都是r，开关s原来打开，电流为i0，现合上开关将一电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，此电动势图4615a有阻碍电流的作用，最后电流由i0减小到零b有阻碍电流的作用，最后电流总小于i0c有阻碍电流增大的作用，因而电流i0保持不变d有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是增大到2i0解析当s合上时，电路的电阻减小，电路中电流要增大，故l要产生自感电动势，阻碍电路中的电流增大，但阻碍不是阻止；当s闭合电流稳定后，l的自感作用消失，电路的电流为i2i0，d项正确。答案d8(多选)在如图4616所示的电路中，自感线圈的电阻值为0，开关s1原来是闭合的，电路已达到稳定。则下列操作与对应的描述正确的是图4616a闭合s2时，流经电阻r2的电流方向为abb闭合s1时，流经电阻r2的电流方向为abc先闭合s2，待电路稳定后，再断开s2时，有电流流过d电路稳定时，流经r2的电流方向为ab解析由于自感线圈的电阻值为0，电路稳定时线圈两端电压为0，即与之并联的电阻r2两端电压为0，流经r2的电流为0，d错；闭合s2时，回路总电阻减小，电流增大，由于l的自感，使a端电势高于b端，流经电阻r2的电流方向为ab，a正确；而断开s1时，b端电势高于a端，流经电阻r2的电流方向为ba，b错；先闭合s2，待电路稳定后，再断开s2时，回路总电阻增大，电流减小，线圈产生自感电动势，r2两端电压不为0(b高a低)，有电流流过r2，c正确。答案ac9如图4617所示的电路可用来测定自感系数较大的线圈的直流电阻，线圈两端并联一个电压表，用来测量自感线圈两端的直流电压，在实验完毕后，将电路拆去时应图4617a先断开开关s1 b先断开开关s2c先拆去电流表 d先拆去电阻r解析当开关s1、s2闭合稳定后，线圈中的电流由ab，电压表右端为“”极，左端为“”极，指针正向偏转，先断开开关s1或先拆去电流表a或先拆去电阻r的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表上加了一个反向电压，使指针反偏，若反偏电压过大，会烧坏电压表，故应先断开开关s2，故选b。答案b题组三自感现象中的图像问题10在如图4618所示的电路中，开关s是闭合的，此时流过线圈l的电流为i1，流过灯泡a的电流为i2，且i1i2，在t1时刻将s断开，那么流过灯泡a的电流随时间变化的图像是下列图中的哪一个图4618解析开关s闭合时，l与a并联，其电流分别为i1和i2，方向都是从左向右，在断开s的瞬间，灯a中原来从左向右的电流i2立即消失，但灯a与线圈l组成闭合回路，由于l的自感作用，其中的电流i1不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱，这段时间内灯a中有从右向左的电流通过。这时通过a的电流是从i1开始减弱，故正确选项为d。答案d11在如图4619所示的电路中，两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r。闭合开关s后，调整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，正确反映流过l1的电流i1、流过l2的电流i2随时间t变化的图像是图4619解析与滑动变阻器r串联的l2，没有自感，直接变亮，电流变化图像如a中图线，c、d错误，与带铁芯的电感线圈串联的l1，由于电感线圈的自感作用，电流逐渐变大，a错误，b正确。答案b题组四综合应用12如图4620所示是一种触电保护器，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。图4620(1)增加开灯的盏数，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，脚与地相接触而触电，能否切断电源？解析(1)不能。因a处线圈采用的是双线绕法，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。双手接触相线和零线，相当于增加了用电器，理由同(1)。(3)能。因为有电流通过人体而流入地下，使a中两导线中电流不再大小相等，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13如图4621所示，图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈l的电流。电路中电灯的电阻r16.0 ，定值电阻r2.0 ，a、b间的电压u6.0 v。开关s原来闭合，电路处于稳定状态，在t11.0103 s时刻断开开关s，该时刻前后电流传感器显示的电流i随时间t变化的图线如图乙所示。图4621(1)求出线圈l的电阻rl。(2)在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何