【推荐】专题41 通电自感与断电自感-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

【推荐】专题41 通电自感与断电自感-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

一：专题概述 通电自感和断电自感 通电自感 断电自感 电路图 器材要求 A1、A2同规格,R=RL,L较大 L很大(有铁芯),RL≪RA 现象 在开关S闭合的瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯较慢地亮起来,最终一样亮 在开关S断开时,灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭 原因 开关闭合时,流过电感线圈的电流迅速增大,使线圈产生自感电动势,阻碍了电流的增大,所以流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时,流过线圈L的电流减小,使线圈产生自感电动势,阻碍了电流的减小,使电流继续存在一段时间;在S断开后,通过L的电流反向通过灯A,且由于RL≪RA,使得流过A灯的电流在开关断开的瞬间突然增大,从而使A灯的发光功率突然变大 能量转 化情况 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 二：典例精讲 ‎1．通、断电自感现象 典例1：图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是 A. 图1中，A1与L1的电阻值相同 B. 图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C. 图2中，变阻器R与L2的电阻值相同 D. 图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等 ‎【答案】C 典例2：如图所示电路中，L为电感线圈，C为电容器，当开关S由断开变为闭合时(　　)‎ A. 灯A中无电流通过，不可能变亮 B. 灯A中有电流通过，方向由b到a C. 灯B逐渐熄灭，c点电势高于d点电势 D. 灯B逐渐熄灭，c点电势低于d点电势 ‎【答案】BD ‎【解析】若开关S由断开变为闭合，则电容器C和灯A将被短路，电容器放电，灯A中电流方向为由b到a，A错误、B正确；由于在L中产生自感电动势，线圈L、灯B和开关形成回路，使得灯B逐渐熄灭，电流方向为从c到d，由于L是电源，所以c点电势低于d点电势，选项D正确；故须BD．‎ ‎2．自感现象中的图象问题 典例3：如图电路中，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，已知RA＞RL。在t1时刻将S断开，那么在开关断开前后一段时间内经过灯泡A的电流随时间变化规律是 A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】D 典例4：如图是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.图5是某同学画出的在t0时刻开关S由闭合变为断开，通过传感器的电流随时间变化的图象．关于这些图象，下列说法中正确的是(　　) ‎ A. 甲图是通过传感器1的电流随时间变化的情况 B. 乙图是通过传感器1的电流随时间变化的情况 C. 丙图是通过传感器2的电流随时间变化的情况 D. 丁图是通过传感器2的电流随时间变化的情况 ‎【答案】C ‎【解析】开关S由闭合变为断开，传感器1中的电流立刻变为零，如丁图；传感器2中的电流由于线圈的自感作用，通过线圈的电流要在R和传感器2中形成新的回路，即电流反向并逐渐减小，C正确，ABD错误．‎ 三 总结提升 处理自感现象问题的技巧 ‎1．通电自感：线圈相当于一个变化的电阻——阻值由无穷大逐渐减小，通电瞬间自感线圈处相当于断路．‎ ‎2．断电自感：断电时自感线圈处相当于电源，自感电动势由某值逐渐减小到零．‎ ‎3．电流稳定时，理想的自感线圈相当于导体，非理想的自感线圈相当于定值电阻．‎ 自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2：‎ ‎①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；‎ ‎②若I2＞I1，灯泡闪亮后逐渐变暗．‎ 两种情况下灯泡中电流方向均改变 四 提升专练 ‎1.(多选) 下列实验或器件应用自感现象的是(　　)‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】A、磁感应实验是应用了法拉第电磁感应现象，故A错误；B、当开关接通220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电．辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触．电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路，灯丝很快被电流加热，发射出大量电子，双金属片自动复位，两极断开，在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端，应用了自感现象，故B正确；C、电动机的原理是通电导体在磁场中受力或通电线圈在磁场中受力转动，故C错误；D、电磁灶是利用电磁感应原理制成的，产生热量的原因是利用交变电流产生交变磁场，使放在灶台上的锅体内产生的涡流而将电磁能转化为内能，故D错误．故选B.‎ ‎2.(多选) 一个称为“千人震”的趣味物理小实验是用一节电动势为1.‎ ‎5 V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器,几位做实验的同学手拉手成一排,另一位同学将电池、镇流器、开关用导线将它们和首、尾两位同学两个空着的手相连,如图所示.在开关闭合后再断开时就会使连成一排的同学有触电感觉,则(　　)‎ A. 该实验的原理是镇流器的自感现象 B. 该实验的原理是1.5 V的电压让人感到触电 C. 人有触电感觉是在开关断开瞬间 D. 有触电的感觉是在开关闭合的瞬间 ‎【答案】AC ‎3.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采用双线并绕的方法，如图所示.其道理是 A.当电路中的电流变化时，两股导线产生的自感电动势相互抵消 B.当电路中的电流变化时，两股导线产生的感应电流相互抵消 C.当电路中的电流变化时，两股导线中原电流的磁通量相互抵消 D.以上说法都不对 ‎【答案】C ‎【解析】本题考查了自感的知识点，意在考查考生的理解能力。由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时刻两股导线中的电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁感应现象，因此消除了自感，选项A、B错误，只有C正确.‎ ‎4.如图所示电路中，A1、A2是两只相同的电流表，电感线圈L的直流电阻与电阻R阻值相等，下面判断正确的是（　　）‎ A. 开关S接通的瞬间，电流表A1的读数大于A2的读数 B. 开关S接通的瞬间，电流表A1的读数小于A2的读数 C. 开关S接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表A1的读数大于A2的读数 D. 开关S接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表A1的读数小于A2的读数 ‎【答案】B ‎5.如图中灯泡A1、A2完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略不计，则（　　）‎ A. S闭合瞬间，A1、A2同时发光，接着A1变暗，A2变得更亮 B. S闭合瞬间，A1不亮A2立即亮 C. S闭合瞬间，A1、A2都不立即亮 D. 稳定后再断开S瞬间，A1、A2同时熄灭 ‎【答案】A ‎【解析】开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A1、A2同时发光．由于线圈的电阻可以忽略，灯A1逐渐被短路，流过A1灯的电流逐渐减小，流过A2灯的电流逐渐增大，则A1灯变暗，A2灯变亮，故A正确，BC错误；断开开关S的瞬间，A2灯的电流突然消失，立即熄灭，流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，自感电流流过A1灯，所以A1灯突然闪亮一下再熄灭，故D错误．故选A．‎ ‎6.在如图所示的电路中，A1和A2‎ 是两个相同的灯泡，线圈L的自感系数足够大，电阻可以忽略不计，下列说法正确的是（　　）‎ A. 闭合开关S时，A1和A2同时亮 B. 断开开关S时，A2闪亮一下再熄灭 C. 闭合开关S时，A2先亮，A1逐渐变亮 D. 断开开关S时，流过A2的电流方向向左 ‎【答案】C ‎7.(多选) 如图所示，A1和A2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数比较大的线圈，其阻值与R相同，由于存在自感现象，在电键S接通和断开时，灯泡A1和A2先后亮暗的顺序是（ ）‎ A. 接通时A1先达最亮 B. 接通时A2先达最亮 C. 断开时A1先暗； D. 断开时A2先暗。‎ ‎【答案】AD ‎【解析】AB、该电路可以看做是左右两部分并联后又串联，S刚刚接通时，L上的自感会使提供它的电流慢慢增大。根据变化电路的特性,L支路上的电流增大时,和它并联的A1上的电流就减小,和它串联的A2上的电流就增大。所以S刚刚接通时A1灯先达到最亮，A正确、B错误；CD、S断开时,L和A1构成自感回路,A2不在回路中,所以S断开时,A2立刻熄灭,A1后熄灭，C错误、D正确。故选：AD。‎ ‎8.(多选)‎ ‎ 如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（ ）‎ A. 在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗 B. 在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗 C. 在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗 D. 在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗 ‎【答案】AD ‎9.(多选) 如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略.下列说法中正确的是 ( )‎ A. 合上开关K接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮 B. 合上开关K接通电路时,A1和A2始终一样亮 C. 断开开关K切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭 D. 断开开关K切断电路时,A1和A2都要过一会儿才熄灭 ‎【答案】AD ‎10.(多选)如图所示电路中,A、B为两个相同灯泡,L为自感系数较大、电阻可忽略不计的电感线圈,C为电容较大的电容器.下列说法中正确的有 (　　)‎ A. 接通开关S,A立即变亮,最后A、B一样亮 B. 接通开关S,B逐渐变亮,最后A、B一样亮 C. 断开开关S,A、B都立刻熄灭 D. 断开开关S,A立刻熄灭,B逐渐熄灭 ‎【答案】ABD ‎【解析】刚接通开关S时,电容器通交流隔直流,A立即变亮,电感线圈通直流阻交流,B逐渐变亮,电路稳定时,电容器隔直,电感线圈通交,A、B一样亮,A、B选项正确;当断开开关S时,电容器通交流隔直流,电感线圈中的电流大小与方向均不会突变,B逐渐熄灭, A不在回路中,立即熄灭,C项错误,D项正确。‎ ‎11.(多选) 如图所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1D2是两个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．t=0时刻，闭合开关S，经过一段时间后，电路达到稳定，t1时刻断开开关S．分别用i1，i2表示流过D1和D2的电流，规定图中箭头方向为电流方向正方向，图中能定性描述电流i随时间t变化关系的是( )‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】AC ‎12.(多选) 如图所示，灯泡A、B与固定电阻的阻值均为R，L是自感系数很大的线圈．当S1闭合，S2断开且电路稳定时，A，B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是( )‎ A. B灯立即熄灭 B. A灯将比原来更亮一下后再熄灭 C. 有电流通过B灯,方向为c→d D. 有电流通过A灯,方向为b→a ‎【答案】AD ‎【解析】S2断开而只闭合S1，稳定时，A，B两灯一样亮,可知线圈L的电阻也是R。在S1、S2都闭合时IA= IL，故当S2闭合S1突然断开时,流过A灯的电流只是方向变为b→a，但其大小不突然增大，A灯不出现更亮一下再熄灭的现象，故D项正确，B项错误；由于固定电阻R几乎没有自感作用，故断开S1时，B灯电流迅速变为零，而立即熄灭，故A项正确C项错误。综上所述分析可知，本题正确答案为A、D。‎ ‎13.(多选)如图所示的电路中,电感L的自感系数很大,电阻可忽略,D为理想二极管,则下列说法中正确的有 (　　)‎ A. 当S闭合时,L1立即变亮,L2逐渐变亮 B. 当S闭合时,L1一直不亮,L2逐渐变亮 C. 当S断开时,L2立即熄灭 D. 当S断开时,L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭 ‎【答案】BD ‎14.如图所示的电路中,L为自感线圈,其直流电阻与电阻R相等,C为电容器,电源内阻不可忽略.当开关S由闭合变为断开瞬间,下列说法中正确的是(　　)‎ A. 通过灯A的电流由c到d B. A灯突然闪亮一下再熄灭 C. B灯无电流通过,不可能变亮 D. 电容器立即放电 ‎【答案】B ‎15.如图所示,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R1=6.0 Ω,定值电阻R=2.0 Ω,A、B间的电压U=6.0‎ ‎ V.开关S原来闭合,电路处于稳定状态,在t1=1.0×10-3 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.‎ ‎ ‎ ‎(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?‎ ‎(3)在t2=1.6×10-3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少?‎ ‎【答案】(1)2.0Ω　(2)电灯中的电流方向向左　(3)3.0V ‎【解析】(1)由题图可知,开关S闭合且电路稳定时流过线圈L的电流 I0=1.5A 由欧姆定律得I0=‎ 解得RL=-R=2.0Ω ‎(2)断开开关后,线圈L、电阻R和电灯构成一闭合电路,由自感现象规律可知,电灯中的电流方向向左.‎ ‎(3)由题图可知,t2=1.6×10-3s时刻线圈L中的电流I=0.3A 此时线圈L相当于电源,由闭合电路欧姆定律得 E=I(RL+R+R1)=0.3×(2.0+2.0+6.0)V=3.0V.‎