互感和自感(25分鐘60分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.如圖,A、B是兩個完全相同的白熾燈,L是自感系數很大、電阻可忽略不計的自感線圈。下面說法正確的是 ()A.閉合開關S時,A、B燈同時亮,且達到正常亮度B.閉合開關S時,A燈比B燈先亮,最后一樣亮C.閉合開關S時,B燈比A燈先亮,最后一樣亮D.斷開開關S時,B燈立即熄滅而A燈慢慢熄滅【解析】選C。開關S閉合的瞬間,電源的電壓同時加到兩支路的兩端,B燈立即發光。因為線圈的自感阻礙,A燈后發光,因為線圈的電阻可以忽略,燈A逐漸變亮,最后和B燈一樣亮,故A、B錯誤,C正確;斷開開關S的瞬間,線圈與兩燈一起構成一個自感回路,過線圈的電流將要減小,產生自感電動勢,相當于電源,兩燈逐漸同時熄滅,故D錯誤。故選C。2.如圖所示的電路,電感線圈的電阻不計,電阻R1>R2,開關S閉合,電路達到穩定時通過電阻R1、R2的電流分別為I1和I2,則斷開開關S的瞬間()1的電流是自a向b1的電流大于I11的電流小于通過電阻R2的電流1的電流大于通過電阻R2的電流【解析】選B。開關S閉合穩定后L的自感作用消失,由于電感線圈的電阻可不計,電阻R1>R2,所以通過R1的電流I1小于通過R2的電流I2;在斷開開關S的瞬間,線圈L與電阻R1和R2構成閉合的自感回路,電流由原來L上的電流I2開始逐漸減小,通過電阻R1的電流是自b向a,故A錯誤;由于開始時通過R1的電流I1小于通過R2的電流I2,則斷開開關S的瞬間,線圈L與電阻R1和R2構成閉合的自感回路,則通過電阻R1的電流等于通過電阻R2的電流,且通過電阻R1的電流大于I1。故B正確,C、D錯誤。故選B。3.在如圖所示的電路中,兩個靈敏電流計G1和G2的零點都在刻度盤中央,當電流從“+”接線柱流入時,指針向右擺;電流從“-”接線柱流入時,指針向左擺。在電路接通達到穩定狀態后再斷開的瞬間,下面哪個說法符合實際 ()1指針向左擺,G2指針向右擺1指針向右擺,G2指針向左擺1、G2的指針都向左擺1、G2的指針都向右擺【解析】選B。電路穩定后斷開,通過電阻這一支路的電流立即消失,由于電感線圈對電流的變化有阻礙作用,會阻礙其減小,并且通過電感線圈的電流通過電阻。所以含有電感線圈的支路的電流從“+”接線柱流入,G1指針向右擺。含有電阻的支路電流從“-”接線柱流入,G2指針向左擺。故B正確,A、C、D錯誤。故選B。4.如圖所示,L是一帶鐵芯的理想電感線圈,其直流電阻為0,電路中A、B是兩個完全相同的燈泡,A燈泡與理想二極管D串聯,則 ()A.開關S斷開瞬間,B燈泡逐漸熄滅,A燈泡立即熄滅B.開關S斷開瞬間,A燈泡逐漸熄滅,B燈泡立即熄滅C.開關S閉合瞬間,A、B燈泡同時亮D.開關S閉合瞬間,A燈泡先亮【解析】選C。L是一帶鐵芯的理想電感線圈,其直流電阻為0,電路穩定后A就熄滅了;開關S斷開瞬間B立刻熄滅,由于二極管只正向導通,故自感線圈與A無法形成回路,A不會再亮,故A、B錯誤。閉合瞬間線圈相當于斷路,二極管為正向電流,故電流流經A燈泡,B也同時亮,故C正確,D錯誤。故選C。A、LB完全相同,帶鐵芯的線圈L的電阻可忽略。則()A.S閉合的瞬間,LA、LB同時發光,接著LA變暗,LB更亮,最后LA熄滅B.S閉合瞬間,LA不亮,LB立即亮C.S閉合瞬間,LA、LB都不立即亮D.穩定后再斷開S的瞬間,LB熄滅,LA比LB(原先亮度)更亮【解析】選A。S接通的瞬間,線圈L支路中電流從無到有發生變化,因此,線圈L中產生的自感電動勢阻礙電流增加。由于有鐵芯,自感系數較大,對電流的阻礙作用也就很強,所以S接通的瞬間線圈L中的電流非常小,電流幾乎全部流過LA,所以LA、LB會同時亮。當L中電流穩定時,感應電動勢消失,線圈的電阻可忽略,對LA起到“短路”作用,因此,LA便熄滅。這時電路的總電阻比剛接通時小,電路中電流增大,LB會比以前更亮,故A項正確,B、C兩項錯誤。穩定后斷開S前,流過L和LB的電流相等,斷開S后,線圈L和LA組成回路,由于自感電動勢,線圈L的電流逐漸減小,LA不會比LB更亮,故D項錯誤。6.在如圖所示電路中,L為電阻很小的線圈,G1和G2為零點在表盤中央的相同的電流計。當開關S閉合時,電流計G1指針偏向右方,那么當開關S斷開時,將出現的現象是 ()1和G2指針都立即回到零點1指針立即回到零點,而G2指針緩慢地回到零點1指針緩慢回到零點,而G2指針先立即偏向右方,然后緩慢地回到零點1指針立即偏向左方,然后緩慢地回到零點,而G2指針緩慢地回到零點【解析】選D。當開關閉合時,兩表指針均向右方偏,說明電流計指針向電流流進的方向偏。當開關斷開時,通過線圈的電流變小,導致線圈中產生瞬間感應電動勢,相當于一個瞬間電源,線圈左端是電源正極,產生自感電流的方向與原電流的方向相同,從而阻礙電流的變小,所以使得G2的指針緩慢地回到零點,而G1的指針先立即偏向左方,然后緩慢地回到零點,故A、B、C錯誤,D正確。【補償訓練】(多選)如圖A1、A2是兩個電流表,AB和CD兩支路直流電阻相同,R是變阻器,L是帶鐵芯的線圈,下列結論正確的有 ()A.剛閉合K時,A1示數大于A2示數B.閉合K后(經足夠長時間),A1示數等于A2示數C.剛斷開K的瞬間,A1示數大于A2示數D.斷開K后,通過R的電流方向與斷開K前相反【解析】選B、D。閉合開關的瞬間,L所在支路上線圈產生自感電動勢,阻礙電流的增大,A1的示數小于A2的示數。故A錯誤;開關S閉合穩定后,L不再阻礙,A1的示數等于A2的示數,故B正確;斷開開關,R中原來電流立即消失,L中產生自感電動勢,相當于電源,R、L串聯,A1的示數等于A2的示數,且流過R的電流反向,故C錯誤、D正確。故選B、D。二、非選擇題(本題共2小題,共24分)7.(12分)為了演示接通電源的瞬間和斷開電源的瞬間的電磁感應現象,設計了如圖所示的電路圖,A、B兩燈規格相同,L的直流電阻和R相等,開關接通的瞬間,A燈的亮度____________(選填“大于”“等于”或“小于”)B燈的亮度;通電一段時間后,A燈的亮度__

(選填“大于”“等于”或“小于”)B燈的亮度;斷電的瞬間,B燈__________(選填“立即”或“逐漸”)熄滅。

【解析】閉合開關的瞬間,通過L的電流增大,產生自感電動勢,阻礙原電流的變化,從而使通過A燈的電流比B燈的電流大,所以燈A的亮度大于燈B的亮度;當通電一段時間后,電路的電流穩定,通過兩燈的電流相同,所以兩燈亮度相同;斷電瞬間,通過L的電流減小,產生自感電動勢,阻礙原電流的變化,從而使通過A燈的電流比B燈的電流消失得慢,進而判斷燈A逐漸熄滅,燈B立即熄滅。答案:大于等于立即8.(12分)張老師在課堂上演示了如圖所示的實驗,電源電動勢為1.5V,人兩手間電阻設為200kΩ,L為自感系數很大的電感線圈。當開關S1和S2都閉合穩定時,電流表A1、A2的示數分別為0.6A和0.4A。當斷開S2,閉合S1,電路穩定時電流表A1、A2的示數都為0.5A。實驗前先將兩開關都斷開。(1)以下操作能使人有觸電感覺的是________。

1和S2閉合,穩定后再突然斷開S11和S2閉合,穩定后再突然斷開S22斷開,先閉合S1,穩定后再突然斷開S1D.由于電源電動勢只有1.5V,無論怎樣操作都不會使人有觸電的感覺。(2)任意操作兩開關,有可能燒壞的是________。

12(3)保持S2斷開,先閉合S1待穩定后突然斷開S1,此時A、B兩點中電勢較高的點是________點,A、B間瞬時電壓的最大值為________kV。

【解析】(1)當開關S1和S2都閉合穩定時,電流表A1、A2的示數分別為0.6A和0.4A;電源電動勢為1.5V,人兩手間電阻設為200kΩ,可知流過人體的電流值幾乎可以忽略不計,可知流過燈泡的電流為0.2A,結合歐姆定律可知,燈泡的電阻值較小。當電路穩定后再突然斷開S1時,線圈產生自感電動勢,此時人與燈泡并聯,由于燈泡的電阻值小,所以流過燈泡的電流比較大,則線圈的電流變化率比較小。根據自感電動勢的公式可知,線圈產生的自感電動勢就比較小,人不能產生觸電的感覺,故A錯誤;先將S1和S2閉合,穩定后再突然斷開S2時,對線圈的回路沒有影響,線圈不產生比較大的自感電動勢,故B錯誤;保持S2斷開,當開關閉合后,電感線圈與人并聯,由于電源為1.5V的新干電池,所以流過人的電流很小。當斷開S1時,線圈與人串聯,由于電感線圈電流逐漸變小到幾乎等于0,根據自感電動勢的公式可知能夠產生很高的瞬間電壓,使人有觸電的感覺,故C正確,D錯誤;故選C。(2)由電路圖可知,任意操作兩開關,會導致線圈中產生很高的感應電動勢,則小燈泡最有可能燒壞,故C正確,A、B、D錯誤;故選C。(3)保持S2斷開,先閉合S1待穩定后突然斷開S1,因電流的減小,導致線圈產生感應電動勢,從而阻礙電流的減小,則線圈相當于瞬間電源的作用,此時A、B兩點中電勢較高的點是A。當突然斷開S1,經過人的電流為0.5A,而人的電阻為200kΩ,由歐姆定律,可知,U=IR=0.5×200kV=100kV;答案:(1)C(2)C(3)A100(15分鐘40分)9.(7分)(多選)如圖所示,線圈L與燈泡并聯后接到電源上。先閉合開關S,穩定后設通過線圈L的電流為I1,通過小燈泡的電流為I2,斷開開關S,下列判斷正確的是 ()1逐漸減為零C.小燈泡中的電流逐漸減為零,方向與I2相反D.小燈泡中的電流逐漸減為零,方向與I2相同【解析】選A、C。迅速斷開開關S時,線圈中電流開始減小,磁通量開始減小產生自感電動勢,阻礙電流的減小,則線圈中電流I1逐漸減小為零,故A正確。迅速斷開開關S時,線圈產生自感電動勢,相當于電源,小燈泡不會立即熄滅,B錯誤;迅速斷開開關S時,燈泡中原來的電流I2突然減小到零,線圈產生的感應電流流過燈泡,燈泡中電流由I1逐漸減為零,方向與I2相反,故C正確,D錯誤。10.(7分)(多選)如圖,電燈的燈絲電阻為2Ω,電池電動勢為2V,內阻不計,線圈匝數足夠多,其直流電阻為3Ω。先合上開關S,過一段時間突然斷開S,則下列說法中錯誤的是 ()C.電燈會突然比原來亮一下再熄滅,且電燈中電流方向與K斷開前方向相同D.電燈會突然比原來亮一下再熄滅,且電燈中電流方向與K斷開前方向相反【解析】選A、C、D。突然斷開S,線圈將產生自感現象,且與電燈構成一閉合回路,此時通過電燈的電流向上,與斷開前的電流方向相反;因線圈直流電阻比電燈大,斷開前通過線圈電流小于通過電燈的電流,即電燈會突然比原來暗一下再熄滅,B正確A、C、D錯誤。11.(7分)(多選)一個稱為“千人震”的趣味物理小實驗,實驗是用一節電動勢為1.5V的新干電池、一個日光燈鎮流器(自感線圈)、開關和幾根導線連成如圖所示的電路。幾位做實驗的同學手拉手連成一排,首、尾兩位同學分別握住導線的A、B端,在開關閉合或斷開時就會使連成一排的同學都有觸電感覺,則 ()D.若增加拉手的人數,觸電的感覺會變得不明顯【解析】選B、C。當開關閉合時,鎮流器與同學們并聯,由于電源為1.5V的新干電池,所以電流很小。人沒有觸電的感覺,故A錯誤;當開關斷開時,通過鎮流器電流突然減小,從而產生很高的瞬間電壓,使同學們有觸電的感覺;增加拉手的人數,觸電的感覺會仍然明顯。故B、C正確,D錯誤。【補償訓練】圖1和圖2是演示自感現象實驗的兩個電路圖,L1和L2為電感線圈。實驗時,斷開開關S1瞬間,燈A1突然閃亮,隨后逐漸變暗;閉合開關S2,燈A2逐漸變亮,而另一個相同的燈A3立即變亮,最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是 ()A.圖1中,A1與L1的電阻值相同B.圖1中,閉合S1,電路穩定后,A1中電流大于L1中電流C.圖2中,變阻器R與L2的電阻值相同D.圖2中,閉合S2瞬間,L2中電流與變阻器R中電流相等【解析】選C。斷開開關S1瞬間,燈A1突然閃亮,由于線圈L1的自感,通過L1的電流逐漸減小,且通過A1,即自感電流大于原來通過A1的電流,說明閉合S1,電路穩定時,通過A1的電流小于通過L1的電流,L1的電阻小于A1的電阻,A、B錯誤;閉合S2,電路穩定時,A2與A3的亮度相同,說明兩支路的電流相同,因此變阻器R與L2的電阻值相同,C正確;閉合開關S2,A2逐漸變亮,而A3立即變亮,說明L2中電流與變阻器R中電流不相等,D錯誤。12.(19分)如圖所示,設電源的電動勢為E=10V,內阻不計,L與R的電阻值均為5Ω,兩燈泡的電阻值為R燈=10Ω。(1)求斷開S的瞬間,燈泡L1兩端的電壓;(2)畫出斷開S前后一段時間內通過L1的電流隨時間的變化規律。【解析】(1)電路穩定工作時,由于a、b兩點的電勢相等。導線ab上無電流通過,因此通過L的電流為:IL==A=1A,流過L1的電流為I燈==A=0.5A,斷開S的瞬間,由于線圈要維持IL不變,而與L1組成閉合回路,因此通過L1的最大電流為1A,所以此時L1兩端的電壓U=IL·R燈=10V(正常工作時為5V)。(2)斷開S