高中物理 第1章 電磁感應與現(xiàn)代生活 1_5 自感現(xiàn)象與日光燈學業(yè)分層測評 滬科版選修3-2

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1.5 自感現(xiàn)象與日光燈 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1.下列說法中正確的是 (　　) A.電路中電流越大，自感電動勢越大 B.電路中電流變化越大，自感電動勢越大 C.線圈中電流均勻增大，線圈的自感系數(shù)也均勻增大 D.線圈中電流為零時，自感電動勢不一定為零 【解析】　自感系數(shù)L跟線圈中的電流無關，是由線圈本身的性質決定的，而自感電動勢的大小跟電流變化的快慢有關，故D正確. 【答案】　D 2.(多選)無線電力傳輸目前已取得重大突破，日本展出了一種非接觸式電源供應系統(tǒng).這種系統(tǒng)基于電磁感應原理可無線傳輸電力.兩個感應線圈可以放置在左右相鄰或上下相對的位置，原理示意圖如圖158所示.下列說法正確的是 (　　) A　　　B 圖158 A.若A線圈中輸入電流，B線圈中就會產(chǎn)生感應電動勢 B.只有A線圈中輸入變化的電流，B線圈中才會產(chǎn)生感應電動勢 C.A中電流越大，B中感應電動勢越大 D.A中電流變化越快，B中感應電動勢越大 【解析】　根據(jù)產(chǎn)生感應電動勢的條件，只有處于變化的磁場中，B線圈才能產(chǎn)生感應電動勢，A錯，B對；根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小取決于磁通量變化率，所以C錯，D對. 【答案】　BD 3.如圖159所示，閉合電路中的螺線管可自由伸縮，螺線管有一定的長度，燈泡具有一定的亮度.若將一軟鐵棒從螺線管左邊迅速插入螺線管內，則將看到(　　) 圖159 A.燈泡變暗　 B.燈泡變亮 C.螺線管縮短 D.螺線管長度不變 【解析】　當軟鐵棒插入螺線管中時，穿過螺線管的磁通量增加，故產(chǎn)生反向的自感電動勢，使總電流減小，燈泡變暗，每匝線圈間同向電流吸引力減小，螺線管變長. 【答案】　A 4.如圖所示，S為起輝器，L為鎮(zhèn)流器.其中日光燈的接線圖正確的是(　　) 【解析】　根據(jù)日光燈的工作原理，要想使日光燈發(fā)光，燈絲必須預熱發(fā)出電子，燈管的兩端應有瞬時高壓，這兩個條件缺一不可.當動、靜觸片分離后，選項B中燈管和電源斷開，選項B錯誤；選項C中鎮(zhèn)流器與燈管斷開，無法將瞬時高壓加在燈管兩端，選項C錯誤；選項D中燈絲左、右端分別被短接，無法預熱放出電子，不能使燈管中的氣體導電，選項D錯誤. 【答案】　A 5.在制精密電阻時，為了消除制作過程中由于電流變化而引起的自感現(xiàn)象，采取了雙線并繞的方式，如圖1510所示，其道理是(　　) 【導學號：72000042】 圖1510 A.當電路中的電流變化時，兩股導線中產(chǎn)生的自感電動勢相互抵消 B.當電路中的電流變化時，兩股導線中產(chǎn)生的感應電流相互抵消 C.當電路中的電流變化時，兩股導線中原電流的磁通量相互抵消 D.以上說法都不對 【解析】　采用雙線并繞的方式，當電流通過時，兩股導線中的電流方向是相反的，不管電流怎樣變化，任何時刻兩股電流總是等大反向的，所產(chǎn)生的磁場也是等大反向的，故總磁通量等于零，在該線圈中不會產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象，因此消除了自感，選項A、B錯誤，只有C正確. 【答案】　C 6.在如圖1511所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵心的電感線圈L和一個滑動變阻器R.閉合開關S后，調整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I.然后，斷開S.若t′時刻再閉合S，則在t′前后的一小段時間內，正確反映流過L1的電流i1、流過L2的電流i2隨時間t變化的圖像是(　　) 【導學號：72000043】 圖1511 【解析】　由題中給出的電路可知，電路由L與L1和L2與R兩個支路并聯(lián)，在t′時刻，L1支路的電流因為有L的自感作用，所以i1由零逐漸增大，L2支路為純電阻電路，i2不存在逐漸增大的過程，所以選項B正確. 【答案】　B 7.在生產(chǎn)實際中，有些高壓直流電路中含有自感系數(shù)很大的線圈，當電路中的開關S由閉合到斷開時，線圈會產(chǎn)生很大的自感電動勢，使開關S處產(chǎn)生電弧，危及操作人員的人身安全.為了避免電弧的產(chǎn)生，可在線圈處并聯(lián)一個元件，在下列設計的方案中(如圖所示)可行的是 (　　) A　　　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D 【解析】　斷開開關S，A圖中由于電容器被充電，開關S處仍將產(chǎn)生電??；B、C圖中閉合開關時，電路發(fā)生短路；而D圖是利用二極管的單向導電性使線圈短路可避免開關處電弧的產(chǎn)生，故D正確. 【答案】　D 8.如圖1512所示的電路中，兩個相同的電流表G1和G2的零點均在刻度盤中央，當電流從“十”接線柱流入時，指針向左擺；當電流從“一”接線柱流入時，指針向右擺.在電路接通后再斷開開關S的瞬間，下列說法中正確的是 (　　) 【導學號：72000044】 圖1512 A.G1指針向右擺，G2指針向左擺 B.G1指針向左擺，G2指針向右擺 C.兩表指針都向右擺 D.兩表指針都向左擺 【解析】　當開關S閉合時，流經(jīng)電感線圈L的電流方向自左向右.當斷開開關S的瞬間，通過線圈L的電流將變小，根據(jù)楞次定律可知，感應電流方向與原電流方向相同，也將是自左向右流，以阻礙原電流減小的變化.這樣在由L、G2、R及G1組成的閉合電路中，感應電流將從G2的負接線柱流入，因而G2的指針向右偏；感應電流將從G1的正接線柱流入，因而G1的指針向左偏. 【答案】　B [能力提升] 9.如圖1513所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其直流電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2的阻值約等于R1的兩倍大，則(　　) 圖1513 A.閉合開關S時，LA、LB同時達到最亮，且LB更亮一些 B.閉合開關S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些 C.斷開開關S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅 D.斷開開關S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅 【解析】　由于線圈L的自感系數(shù)足夠大，閉合開關S時產(chǎn)生很強的阻礙，純電阻R2無自感，因此LA慢慢亮起來，LB隨即達到穩(wěn)定亮度，A、B錯；當電路穩(wěn)定時，將線圈L等效為導線，則有IL＝IA＞IB.斷開開關S時，則由于自感線圈L與LB、R2形成閉合回路，因此有I′B＞IB，因此斷開開關S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅，C錯D對. 【答案】　D 10.(多選)如圖1514所示為一個日光燈電路，主要由燈管、鎮(zhèn)流器和起輝器等元件組成.在日光燈正常工作的情況下，則(　　) 圖1514 A.燈管兩端的燈絲跟鎮(zhèn)流器、起輝器、開關都是串聯(lián)的 B.燈管在開始點燃時，需要一個很高的瞬時電壓，可通過使用鎮(zhèn)流器來達到這個要求 C.燈管點燃發(fā)光后，鎮(zhèn)流器不再起作用 D.燈管在點燃發(fā)光后，起輝器的兩個觸片是分離的，起輝器不再起作用 【解析】　閉合開關，電壓加在起輝器兩極間，氖氣放電發(fā)出輝光，產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹，跟靜觸片接觸使電路接通，燈絲和鎮(zhèn)流器中有電流通過.電路接通后，起輝器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開.在電路突然斷開的瞬間，由于鎮(zhèn)流器電流急劇減小，會產(chǎn)生很高的自感電動勢，方向與電源電動勢方向相同，這個自感電動勢與電源電壓加在一起，形成一個瞬時高壓，加在燈管中的氣體開始放電，于是日光燈成為電流的通路開始發(fā)光.日光燈開始發(fā)光后，由于交變電流通過鎮(zhèn)流器線圈，線圈中會產(chǎn)生自感電動勢，它總是阻礙電流的變化，這時的鎮(zhèn)流器起著降壓、限流的作用，保證日光燈正常發(fā)光.所以選項B、D正確. 【答案】　BD 11.如圖1515甲所示為研究自感實驗電路圖，并用電流傳感器顯示出在t＝110－3s時，斷開開關前后一段時間內各時刻通過線圈L的電流(如圖1515乙).已知電源電動勢E＝6 V，內阻不計，燈泡R1的阻值為6 Ω，電阻R的阻值為2 Ω. 甲　　　　　　　　　　乙 圖1515 (1)線圈的直流電阻RL＝________Ω. (2)開關斷開時，該同學觀察到的現(xiàn)象是____________________，并計算開關斷開瞬間線圈產(chǎn)生的自感電動勢是________V. 【解析】　由圖像可知S閉合穩(wěn)定時 IL＝1.5 A RL＝－R＝ Ω－2 Ω＝2 Ω 此時小燈泡的電流I1＝＝ A＝1 A S斷開后，L、R、R1組成臨時回路 電流由1.5 A逐漸減小，所以燈泡會閃亮一下再熄滅，自感電動勢E＝IL(R＋RL＋R1)＝15 V 【答案】　(1)2　(2)燈泡閃亮一下后逐漸變暗，最后熄滅　15 12.如圖1516所示，燈泡電阻大小為8 Ω.線圈的直流電阻為2 Ω，電源電動勢為4 V，電阻忽略不計.試計算在S斷開時刻線圈L的自感電動勢大小. 【導學號：72000045】 圖1516 【解析】　根據(jù)直流電路知識，計算出穩(wěn)定時通過燈泡A的電流為0.5 A，通過線圈L的電流為2 A.斷開S瞬間，通過燈泡A的0.5 A電流立即消失，由于“自感要阻礙通過線圈的原電流變化”.流經(jīng)L的2 A電流將由2 A逐漸減小，所以斷開S時刻的自感電動勢大小E＝I2(RL＋RA)＝20 V. 【答案】　20 V