【物理】2019届一轮复习人教版 通电自感和断电自感涡流 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 通电自感和断电自感涡流 学案

专题4.5 通电自感和断电自感　涡流 ‎1. 自感现象的四大特点 ‎(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。‎ ‎(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。‎ ‎(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。‎ ‎(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。‎ ‎2. 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，灯泡立刻变亮，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。两种情况灯泡中电流方向均改变 ‎3. 涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的感应电流。‎ ‎(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动。‎ ‎(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中产生的感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来。‎ ‎(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。‎ 题型1 自感现象 ‎【典例1】(2017北京理综19)图甲和图乙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(　　)‎ 甲　　　　　　　　　乙 A.图甲中，A1与L1的电阻值相同 B.图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C.图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同 D.图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等 ‎【答案】　C 中电流，故选项C正确，D错误。‎ ‎【典例2】(多选)如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(　　)‎ A.在电路甲中，断开S后，A将逐渐变暗 B.在电路甲中，断开S后，A将先变得更亮，然后才逐渐变暗 C.在电路乙中，断开S后，A将逐渐变暗 D.在电路乙中，断开S后，A将先变得更亮，然后才逐渐变暗 ‎【答案】　AD ‎【解析】　题图甲所示电路中，灯A和线圈L串联，电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，通过R、A形成回路，灯A逐渐变暗，选项A正确，B错误；题图乙所示电路中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，通过灯A的电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不给灯供电，而线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流比原来大，A将变得更亮，然后逐渐变暗。‎ ‎【跟踪训练】‎ ‎1.在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡A、B与自感系数很大的线圈L和定值电阻R组成如图所示的电路(线圈的直流电阻可忽略，电源的内阻不能忽略)，关于这个实验下面说法正确的是(　　)‎ A.闭合开关的瞬间，A、B一起亮，然后A熄灭 B.闭合开关的瞬间，B比A先亮，然后B逐渐变暗 C.闭合开关，待电路稳定后断开开关，B逐渐变暗，A闪亮一下然后逐渐变暗 D.闭合开关，待电路稳定后断开开关，A、B灯中的电流方向均为从左向右]‎ ‎【答案】　B ‎ 2. 如图所示，电路中自感线圈电阻很小，可以忽略不计。R的阻值和L的自感系数都很大，A、B为两个完全相同的灯泡，当S闭合时，下列说法正确的是(　　)‎ A．A比B先亮，然后A灭 B．B比A先亮，然后A灯逐渐变亮 C．A、B一起亮，然后A灭 D．A、B一起亮，然后B灭 ‎【答案】　B ‎【解析】　S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，由于L 的直流电阻很小，所以稳定后A灯的电流变大，A灯逐渐变亮，故A、C、D错；稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确。‎ ‎3. 在如图所示的电路中，LA、LB为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，在S闭合状态下，LA、LB都能正常发光。现突然断开S，则(　　)‎ A．LA、LB会突然亮一下再熄灭 B．LA会突然亮一下再熄灭，LB突然熄灭 C．LA、LB同时变暗到熄灭 D．LB先熄灭，LA后熄灭 ‎【答案】　C ‎【解析】　在S接通状态下，LA、LB都能正常发光，则两支路的电流相等，都为I；当开关S断开时，由LA、LB及线圈组成闭合回路，电流由I减小，所以LA、LB中电流不会比原来大，因此LA、LB一定不会突然亮一下，而是同时变暗到熄灭，选项C正确，A、B、D错误。 学 ‎ ‎4. 如图所示，线圈L的自感系数很大，且其电阻可以忽略不计，L1、L2是两个完全相同的小灯泡，随着开关S闭合和断开的过程中，灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)(　　)‎ A．S闭合，L1亮度不变，L2亮度逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，L2立即不变，L1逐渐变亮 B．S闭合，L1不亮，L2很亮；S断开，L1、L2立即不亮 C．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才熄灭 D．S闭合，L1、L2同时亮，而后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才熄灭 ‎【答案】　D ‎【解析】　当S闭合时，L的自感系数很大，对电流的阻碍作用较大，L1和L2串接后与电源相连，L1和L2同时亮，随着L中电流的增大，L的直流电阻不计，L的分流作用增大，L1中的电流逐渐减小为零，由于总电阻变小，总电流变大，L2中的电流增大，L2灯变得更亮；当S断开时，L2中无电流，立即熄灭，而线圈L将要维持本身的电流不变，L与L1组成闭合电路，L1灯要亮一下后再熄灭。综上所述，选项D正确。‎ ‎5．如图所示的电路中，三个灯泡A、B、C完全相同，电感L自感系数很大，其直流电阻与定值电阻R 相等，D为理想二极管，下列判断中正确的是(　　)‎ A． 闭合开关S的瞬间，灯泡A和C同时亮 B． 闭合开关S的瞬间，只有灯泡C亮 C． 闭合开关S稳定后，灯泡A、C一样亮，B不亮 D． 在电路稳定后，断开开关S的瞬间，灯泡B、C均要亮一下再熄灭 ‎【答案】BC 渐熄灭，D错误．‎ ‎6．如图所示的电路中，开关S闭合且电路达到稳定时，流过灯泡A和线圈L的电流分别为I1和I2，在开关S断开的瞬间，为使小灯泡能比原来更亮一些，然后逐渐熄灭应(　　)‎ A． 必须使I2>I1‎ B． 与I1、I2大小无关，但必须使线圈自感系数L足够大 C． 自感系数L越大，切断时间越短，则I2也越大 D． 不论自感系数L多大，开关S断开瞬间I2只能减小，不会增大 ‎【答案】AD ‎【解析】当断开电键，因为线圈阻碍作用，A 这一支路电流立即消失，因为线圈阻碍电流的减小，所以通过A的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且A和L构成回路，通过A的电流也流过L，所以成反向，且为使小灯泡能比原来更亮一些，必须使，BC错误AD正确．‎ 题型2 涡流 ‎【典例3】涡流检测是工业上无损检测的方法之一．如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化．下列说法中正确的是(　　)‎ A．涡流的磁场总是要阻碍穿过工件磁通量的变化 B．涡流的频率等于通入线圈的交流电频率 C．通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力 D．待测工件可以是塑料或橡胶制品 ‎【答案】 ABC　‎ ‎【跟踪训练】‎ ‎1．(多选)电磁炉为新一代炊具，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在．电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物．下列相关说法中正确的是(　　)‎ A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的 B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好 C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果 ‎【答案】 CD　‎ ‎【解析】 涡流是由电磁感应产生的，故锅体内是变化的磁场，由法拉第电磁感应定律可知，磁场变化频率越高，感应电动势越大，故C、D正确．‎ ‎2.(多选)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　)‎ A.增加线圈的匝数 ‎ B.提高交流电源的频率 + +k ]‎ C.将金属杯换为瓷杯 ‎ D.取走线圈中的铁芯 ‎【答案】　AB ‎ 3．如图所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化．这种冶炼方法速度快、温度容易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是(　　) 学 ]‎ A． 利用线圈中电流产生的焦耳热 B． 利用红外线 C． 利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D． 利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波 ‎【答案】C ‎【解析】把冶炼的金属放在冶炼炉中，冶炼炉外面绕着线圈，给线圈通入高频交流电，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中被感应出很强的涡流，从而产生大量的热量使金属熔化．这种冶炼方法速度快，温度容易控制，还可以在真空条件下进行，避免金属的氧化，保证金属的纯度，特别适合于特种合金和特种钢的冶炼；故选C. 学 ‎ 高考+模拟综合提升训练 ‎1．（2019届重庆市綦江南州中学高三10月月考试）‎ 如图所示的电路中，A 1 、A 2 为完全相同的灯泡，线圈L 的电阻忽略不计.下列说法中正确的是 ‎ A． 闭合开关K接通电路时，A 2 先亮A 1 后亮，最后一样亮 B． 闭合开关K接通电路瞬间，A 1 和A 2 同时变亮 C． 断开开关K切断电路时，A 2 立即熄灭A 1 过一会儿才熄灭 D． 断开开关K切断电路时，A 1 ，A 2 立即熄灭 ‎【答案】A ‎【解析】A. 合上开关K接通电路，A2立即亮，线圈对电流的增大有阻碍作用，所以通过A1的电流慢慢变大，最后两灯泡的电压一样大，所以一样亮。故A正确，B错误；‎ C. 断开开关K切断电路时，通过A2的原来的电流立即消失，线圈对电流的减小有阻碍作用，所以通过A1的电流会慢慢变小，并且通过A2，所以两灯泡一起过一会儿熄灭。故C错误，D错误。‎ 故选：A 学, , ,X,X,K]‎ ‎2．（2019届北京市通州区潞河中学高三开学检测）‎ 如图所示，将带铁芯的电感器L与灯泡A串联，再与另一个完全相同的灯泡B并联，接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮，可以改变输出电压和信号的频率。闭合开关S，A、B两灯均发光。关于该实验，下列说法中正确的是 ( )‎ A． 保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯亮 B． 保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现A灯变暗，B灯不变 C． 保持输出电压和信号频率不变，撤去铁芯后，发现A灯比原来暗 D． 断开开关S，发现B灯闪亮一下，然后熄灭 ‎【答案】B ‎【解析】A项：提高输出电压，B端电压变大，A与L两端电压增大，由频率不变，所以A灯与B灯一样亮，故A错误；‎ ‎ D项：由于稳定时A、B两灯亮度相同，所以当开关S断开时，A中的电流逐渐熄灭，故D错误。‎ ‎3．（2019届山东省夏津一中高三上开学考试）‎ 水平面上固定相距为d的光滑直轨道MN和PQ，在N、Q之间连接不计电阻的电感线圈L和电阻R.匀强磁场磁感应强度为B，方向垂直导轨平面向上，在导轨上垂直导轨放置一质量为m，电阻不计的金属杆ab，在直导轨右侧有两个固定挡块C、D，CD连线与导轨垂直．现给金属杆ab沿轨道向右的初速度v0，当ab即将撞上CD时速度为v，撞后速度立即变为零但不与挡块粘连．以下说法正确的是(　　)‎ A． ab向右做匀变速直线运动 B． 当ab撞上CD后，将会向左运动 C． ab在整个运动过程中受到的最大安培力为 D． 从ab开始运动到撞上CD时，电阻R上产生的热量小于 ‎【答案】BD ‎【解析】A.ab向右运动时受到向左的安培力而做减速运动，产生的感应电动势和感应电流减小，安培力随之减小，加速度减小，所以ab做非匀变速直线运动，故A错误；‎ B. 当ab撞CD后，ab中产生的感应电动势为零，电路中电流要减小，线框将产生自感电动势，根据楞次定律可知自感电动势方向与原来电流方向相同，沿b→a，根据左手定则可知ab受到向左的安培力，故当ab撞CD后，将会向左运动。故B正确；‎ C.‎ ‎ 开始时，ab的速度最大，产生的感应电动势最大，由于线圈中产生自感电动势，此自感电动势与ab感应电动势方向相反，电路中的电流小于，最大安培力将小于BdI= ，故C错误； ‎ D. 从ab开始运动到撞CD时，由于线圈中有磁场能，所以电阻R上产生的热量小于.故D正确。‎ 故选：BD ‎4．小宇为了研究自感现象，利用实验室提供的实验器材设计了如图所示的电路，其中甲、乙为两个完全相同的小灯泡，L为自感系数很大的线圈，且稳定时的电阻与电路中定值电阻R的阻值相同．则下列说法正确的是(　　)‎ A． 开关闭合的瞬间，甲、乙两灯同时变亮 B． 断开开关的瞬间，甲灯立即熄灭，乙灯过一会儿后熄灭 C． 闭合开关，当电路稳定时甲、乙两灯的亮度相同 D． 断开开关的瞬间，m点的电势高于n点的电势 ‎【答案】C ‎【解析】A：开关闭合的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，甲灯先亮，乙灯后亮。故A项错误。‎ B：断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，甲、乙两灯串联在一起构成闭合回路，两灯同时逐渐熄灭。故B项错误。‎ C：闭合开关，当电路稳定后，自感作用消失，又由于稳定时线圈的电阻与电路中的定值电阻R的阻值相同，则稳定时通过甲、乙两灯的电流相等，两灯亮度相同。故C项正确。‎ D：断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈中的电流方向与断开开关前相同，线圈的右端相当于电源的正极，与甲、乙两灯泡和定值电阻构成回路，n点的电势高于m点的电势。故D项错误。‎ ‎5．（2018云南省新平县一中高二下六月月考） 学 ]‎ 在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关．关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是(　　)‎ A． 合上开关，a先亮，b逐渐变亮；断开开关，a、b同时熄灭 B． 合上开关，b先亮，a逐渐变亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭 C． 合上开关，b先亮，a逐渐变亮；断开开关，a、b同时熄灭 D． 合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭 ‎【答案】C ‎ 6．（2017福建师范大学第二附属中学高二下期中考试）‎ 如图所示，电源的电动势为E，内阻r不能忽略．A、B是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大、电阻可忽略的线圈．关于这个电路的说法正确的是(　　)‎ A． 从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，A灯立刻亮，而后逐渐变暗，最后亮度稳定 B． 从开关闭合到电路中电流稳定的时间内，B灯立刻亮，而后逐渐变暗，最后亮度稳定 C． 开关由闭合到断开瞬间，A灯闪亮一下再熄灭 D． 开关由闭合到断开瞬间，电流自左向右通过A灯 ‎【答案】A ‎【解析】开关闭合到电路中电流稳定的时间内，B灯立刻亮，当线圈电流阻碍较小后B灯逐渐变暗，当线圈对电流没有阻碍时，灯泡亮度稳定．故B正确，A错误；开关处于闭合状态，在断开瞬间，线圈提供瞬间电压给两灯泡供电，由于两灯泡完全一样，所以不会出现电流比之前还大的现象，因此B灯不会闪亮一下，只会一同慢慢熄灭．故C错误；开关处于闭合状态，在断开瞬间，线圈相当于电源，电流方向仍不变，所以电流自右向左通过B灯，故D正确；故选BD.‎