2019届高考物理一轮复习 热点题型 专题4.5 通电自感和断电自感涡流学案.doc

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若I2I1，灯泡逐渐变暗；若I2I1，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()AA比B先亮，然后A灭BB比A先亮，然后A灯逐渐变亮CA、B一起亮，然后A灭DA、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()ALA、LB会突然亮一下再熄灭BLA会突然亮一下再熄灭，LB突然熄灭CLA、LB同时变暗到熄灭DLB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。 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)()AS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BS闭合，L1不亮，L2很亮；S断开，L1、L2立即不亮CS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DS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I2I1B 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()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. 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：A2（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ba，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：BD4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）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.