2023年高考模擬理綜物理選編互感與自感 渦流-解析版

第頁樂陵一中互感與自感渦流一、單項選擇題〔本大題共5小題，共30分〕D1、D2是兩個完全相同的小燈泡，L是一個自感系數(shù)很大的線圈，其直流電阻與電阻R相同，如下圖。在電鍵K接通或斷開時，兩燈亮暗的情況為()

A.K剛接通時，D2比D1暗，最后兩燈亮度相同

B.K剛接通時，D2、D1一樣亮，最后D2比D1亮

C.K斷開時，D1燈、D2燈都過一會兒才熄滅【答案】A【解析】【分析】電鍵接通瞬間，電路中迅速建立了電場，立即產(chǎn)生電流，但線圈中產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，故線圈中電流逐漸增加；電鍵斷開瞬間，電路中電流要立即減小零，但線圈中會產(chǎn)生很強的自感電動勢，與燈泡D1構(gòu)成閉合回路放電。

此題【解答】AB.電鍵接通瞬間，電路中迅速建立了電場，立即產(chǎn)生電流，但線圈中產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加，故開始時通過燈泡D1的電流較大，故燈泡D1較亮；電路中自感電動勢阻礙電流的增加，但不能阻止電流增加，電流穩(wěn)定后，兩個燈泡一樣亮，即D1燈泡亮度逐漸正常，故A正確，B錯誤；

CD.電鍵斷開瞬間，D2立即熄滅；電路中電流要立即減小零，但線圈中會產(chǎn)生很強的自感電動勢，與燈泡D1構(gòu)成閉合回路放電，故燈泡D1一定是逐漸變暗，故CD如圖電路中，A1、A2是兩個指示燈，L是自感系數(shù)很大的線圈，電阻R阻值較小，開關(guān)S1斷開、S2閉合.現(xiàn)閉合S1，一段時間后電路穩(wěn)定.以下說法中正確的選項是()A.閉合S1，通過電阻R的電流先增大后減小

B.閉合S1，Al亮后逐漸變暗

C.閉合S1，A2逐漸變亮，然后亮度不變【答案】D【解析】解：A、閉合開關(guān)S1的瞬間，由于線圈中自感電動勢的阻礙，通過電阻R的電流慢慢增加.故A錯誤．

B、閉合開關(guān)S1，雖因存在自感作用，但通過R的電流逐漸增加，干路電流逐漸增加，通過Al逐漸變亮.故B錯誤．

C、當閉合S1，線圈對電流的阻礙漸漸變小，導(dǎo)致A2逐漸變暗，故C錯誤；

D、斷開電路時，為保護負載，由于線圈L產(chǎn)生自感電動勢，應(yīng)先斷開S2，再斷開S1.故D正確，如下圖的電路中，A1、A2是完全相同的燈泡，線圈L的自感系數(shù)較大，它的電阻與定值電阻R相等.以下說法正確的選項是()A.閉合開關(guān)S，A1先亮、A2后亮，最后它們一樣亮

B.閉合開關(guān)S，A1、A2始終一樣亮

C.斷開開關(guān)S，A1、A2都要過一會才熄滅

D.斷開開關(guān)S【答案】C【解析】解：

A、閉合開關(guān)S，電阻R不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，A2立即發(fā)光.線圈中電流增大，產(chǎn)生自感電動勢，根據(jù)楞次定律得知，自感電動勢阻礙電流的增大，電流只能逐漸增大，A1逐漸亮起來，所以閉合開關(guān)S，A2先亮、A1后亮，最后它們一樣亮.故AB錯誤．

C、D斷開開關(guān)S時，A2燈原來的電流突然消失，線圈中電流減小，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，相當于電源，感應(yīng)電流流過A1、A2和R組成的回路，所以A1、A2都要過一會才熄滅.故C正確，D錯誤．

應(yīng)選C

閉合開關(guān)S，電阻R不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，A2立即發(fā)光如下圖電路中，L是一個不計直流電阻的電感線圈，直流電源1的電壓值與交流電源2電壓有效值相等，S是單刀雙擲開關(guān)，C是電容器，A、B是完全相同的小燈泡，那么以下表達正確的有()A.開關(guān)S與2接通后，燈B發(fā)光，而燈A不發(fā)光

B.開關(guān)S與1接通后，燈B的亮度比開關(guān)與2接通穩(wěn)定后燈B的亮度低

C.開關(guān)S與1接通時，燈A亮一下后熄滅，而燈B逐漸變亮

D.假設(shè)將電源2換成一個既含有高頻信號又含有低頻信號的信號源，那么當開關(guān)與2接通時，通過B燈的主要是高頻信號【答案】C【解析】解：A、開關(guān)S與2接通后，交流電也可以通過電容器，所以A也發(fā)光.故A錯誤；

B、開關(guān)S與2接通后，由于線圈L對交流電的阻礙始終存在，所以燈B的亮度比開關(guān)與1接通穩(wěn)定后燈B的亮度暗，即燈B的亮度比開關(guān)與2接通穩(wěn)定后燈B的亮度高.故B錯誤；

C、開關(guān)S與1接通時，線圈阻礙電流的增大，所以燈B逐漸變亮；故C正確；

D、線圈對交流電有通低頻阻高頻的作用，所以假設(shè)將電源2換成一個既含有高頻信號又含有低頻信號的信號源，那么當開關(guān)與2接通時，通過B燈的主要是低頻信號.故D錯誤．

應(yīng)選：C．

對于電容器來說能通交流隔直流，而頻率越高越容易通過.對于線圈來講通直流阻交流，通低頻率交流阻高頻率交流．

當電容器的電容越小，頻率越低時，容抗越高；而線圈的自感系數(shù)越大，頻率越高時，感抗越高．

如下圖，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，與A燈泡串接一個理想二極管D，那么()

A.開關(guān)S斷開瞬間，B燈泡逐漸熄滅，A燈泡立即熄滅

B.開關(guān)S斷開瞬間，A燈泡逐漸熄滅，B燈泡立即熄滅

C.開關(guān)S閉合瞬間，A、B燈泡同時亮

D.開關(guān)S閉合瞬間，A燈泡先亮【答案】C【解析】【分析】

依據(jù)自感線圈的特征：剛通電時線圈相當于斷路，斷開電鍵時線圈相當于電源；二極管的特征是只正向?qū)?該題兩個關(guān)鍵點，

1、要知道理想線圈的特征：剛通電時線圈相當于斷路，斷開電鍵時線圈相當于電源；2、要知道二極管的特征是只正向?qū)ā?/p>

【解答】

AB.L是一帶鐵芯的理想電感線圈，其直流電阻為0，電路穩(wěn)定后A就熄滅了；開關(guān)S斷開瞬間B立刻熄滅，由于二極管只正向?qū)?，故自感線圈與A無法形成回路，A不會在閃亮，故AB錯誤；

CD.閉合瞬間線圈相當于斷路，二極管為正向電流，故電流走A燈泡，B也同時亮，故C正確，D錯誤；

應(yīng)選C。

二、多項選擇題〔本大題共4小題，共24分〕如下圖，電路甲、乙中，電阻R和自感線圈L的直流電阻值相同都較小，接通S，使電路到達穩(wěn)定，燈泡D發(fā)光.那么()

A.在電路甲中，斷開S，D將逐漸變暗

B.在電路甲中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗

C.在電路乙中，斷開S，D將立刻熄滅

D.在電路乙中，斷開S，D將變得更亮，然后漸漸變暗【答案】AD【解析】【分析】

電感總是阻礙電流的變化.線圈中的電流增大時，產(chǎn)生自感電流的方向更原電流的方向相反，抑制增大；線圈中的電流減小時，產(chǎn)生自感電流的方向更原電流的方向相同，抑制減小，并與燈泡1構(gòu)成電路回路.線圈中電流變化時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；線圈電流增加，相當于一個瞬間電源接入電路，線圈左端是電源正極.當電流減小時，相當于一個瞬間電源，線圈右端是電源正極。

【解答】

AB、在電路甲中，斷開S，由于線圈阻礙電流變小，導(dǎo)致D將逐漸變暗.故A正確，B錯誤；

CD、在電路乙中，由于電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，所以通過燈泡的電流比線圈的電流小，斷開S時，由于線圈阻礙電流變小，導(dǎo)致D將變得更亮，然后逐漸變暗.故C錯誤，D正確；

應(yīng)選AD。

如下圖的電路中，電感L的自感系數(shù)很大，電阻可忽略，D為理想二極管，那么以下說法正確的有()

A.當S閉合時，L1立即變亮，L2逐漸變亮

B.當S閉合時，L1一直不亮，L2逐漸變亮

C.當S斷開時，L2立即熄滅

D.【答案】BD【解析】解：A、閉合開關(guān)的瞬間，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，所以無電流通過L1，由于線圈中自感電動勢的阻礙，L2燈逐漸亮，故A錯誤，B正確．

C、D、閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，兩燈串聯(lián)，所以L1突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅.故C錯誤，D正確．

應(yīng)選：BD

如下圖，兩個相同燈泡L1、L2，分別與電阻R和自感線圈L串聯(lián)，接到內(nèi)阻不可忽略的電源的兩端，當閉合電鍵S到電路穩(wěn)定后，兩燈泡均正常發(fā)光，自感線圈的自感系數(shù)很大，那么以下說法正確的選項是()A.閉合電鍵S到電路穩(wěn)定前，燈泡L1逐漸變亮

B.閉合電鍵S到電路穩(wěn)定前，燈泡L2逐漸變暗

C.斷開電鍵S的一段時間內(nèi)，A點電勢比B點電勢高

D.斷開電鍵S的一段時間內(nèi)，燈泡【答案】AB【解析】解：A、閉合開關(guān)的瞬間，L2燈立即正常發(fā)光，L1燈所在電路上線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，電流只能逐漸增大，L1燈逐漸變亮.故A正確．

B、閉合電鍵S到電路穩(wěn)定前，L1燈所在電路上線圈產(chǎn)生自感電動勢，電流只能逐漸增大，那么總電路中的電流逐漸增大，電源的內(nèi)電阻消耗的電壓逐漸增大，所以路端電壓逐漸減小，那么燈泡L2逐漸變暗.故B正確；

C、閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)，L中產(chǎn)生自感電動勢，相當于電源，電流的方向與L1的方向相同，從右向左流過L2燈；所以A點電勢比B點電勢低.故C錯誤；

D、斷開電鍵S的一段時間內(nèi)，L中產(chǎn)生自感電動勢，相當于電源，電流從原來的電流開始減小，所以兩個燈泡都是逐漸熄滅，不會閃亮一下.故D錯誤．

應(yīng)選圖甲為磁控健身車，圖乙為其車輪處結(jié)構(gòu)示意圖，在金屬飛輪的外側(cè)有一些磁鐵(與飛輪不接觸)，人用力蹬車帶動飛輪旋轉(zhuǎn)時，磁鐵會對飛輪產(chǎn)生阻礙，拉動旋鈕拉線可以改變磁鐵與飛輪間的距離。以下說法正確的有()A.飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力

B.飛輪轉(zhuǎn)速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到的阻力越小

C.磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，受到的阻力越小

D.磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，內(nèi)部的渦流越強【答案】AD【解析】解：A、飛輪在磁場中做切割磁感線的運動，所以會產(chǎn)生電源電動勢和感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律可知，磁場會對運動的飛輪產(chǎn)生阻力，以阻礙飛輪與磁場之間的相對運動，所以飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力。故A正確；

B、磁鐵越靠近飛輪，飛輪處于的磁感應(yīng)強度越強，所以在飛輪轉(zhuǎn)速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流越大；飛輪受到的阻力越大。故B錯誤；

C、磁鐵和飛輪間的距離一定時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，飛輪上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流越大；飛輪受到的阻力越大。故C錯誤；

D、磁鐵和飛輪間的距離一定時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，飛輪上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流越大；故D正確。

應(yīng)選：AD

金屬飛輪在磁場中運動的過程中產(chǎn)生感應(yīng)電流，與磁場之間產(chǎn)生相互作用的電磁阻力，由此分析即可。

研究電磁感應(yīng)問題，常常有兩條思路，一條是力的角度，一條是能量的角度，所以該題也可以結(jié)合功能關(guān)系分析。

三、填空題〔本大題共1小題，共5分〕如下圖的電路中，當開關(guān)S閉合時，小燈泡A1______(填“逐漸〞或“立刻〞)亮；然后當開關(guān)斷開時，小燈泡中的電流方向是______(選填“向左〞或“向右〞)．

【答案】立刻；向右【解析】解：開關(guān)閉合后瞬間，線圈自感電動勢對燈A1沒有阻礙作用，燈A1立刻亮．

開關(guān)由閉合到斷開瞬間，A1燈原來的電流立即減為零，線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流減小，使線圈中電流只能逐漸減小.根據(jù)楞次定律可知，開關(guān)由閉合到斷開瞬間，流過線圈的電流方向是電流自右向左，那么通過A燈的電流自左向右．

故答案為：立刻，向右

開關(guān)閉合后瞬間，A燈立刻亮，由于線圈自感電動勢的阻礙，電流逐漸增大，B燈逐漸變亮.正常工作后，A燈、B燈一樣亮.開關(guān)由閉合到斷開瞬間，由于兩燈原來電流相等，A、B兩燈不會閃亮一下熄滅.根據(jù)楞次定律分析流過A燈的電流方向．

四、計算題〔本大題共4小題，共48分〕渦流制動是一種利用電磁感應(yīng)原理工作的新型制動方式，它的根本原理如圖甲所示.水平面上固定一塊鋁板，當一豎直方向的條形磁鐵在鋁板上方幾毫米高度上水平經(jīng)過時，鋁板內(nèi)感應(yīng)出的渦流會對磁鐵的運動產(chǎn)生阻礙作用.渦流制動是磁懸浮列車在高速運行時進行制動的一種方式.某研究所制成如圖乙所示的車和軌道模型來定量模擬磁懸浮列車的渦流制動過程.車廂下端安裝有電磁鐵系統(tǒng)，能在長為L1=0.6m，寬L2=0.2m的矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生豎直方向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度可隨車速的減小而自動增大(由車內(nèi)速度傳感器控制)，但最大不超過B1=2T，將鋁板簡化為長大于L1，寬也為L2的單匝矩形線圈，間隔鋪設(shè)在軌道正中央，其間隔也為L2，每個線圈的電阻為R1=0.1Ω，導(dǎo)線粗細忽略不計.在某次實驗中，模型車速度為v0=20m/s時，啟動電磁鐵系統(tǒng)開始制動，車立即以加速度a1=2m/s2做勻減速直線運動，當磁感應(yīng)強度增加到B1時就保持不變，直到模型車停止運動.模型車的總質(zhì)量為m1=36kg，空氣阻力不計.不考慮磁感應(yīng)強度的變化引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象以及線圈激發(fā)的磁場對電磁鐵產(chǎn)生磁場的影響．

(1)電磁鐵的磁感應(yīng)強度到達最大時，模型車的速度為多大？

(2)模型車的制動距離為多大？

(3)為了節(jié)約能源，將電磁鐵換成假設(shè)【答案】解：(1)假設(shè)電磁鐵的磁感應(yīng)強度到達最大時，模型車的速度為v1那么E1=B1L1v1①

I1=E1R1②

F1=B1I1L1③

F1=m1a1④

由①②③④式并代入數(shù)據(jù)得v1=5m/s⑤

(2)x1=v02-v122a1⑥

由第(1)問的方法同理得到磁感應(yīng)強度到達最大以后任意速度v時，安培力的大小為F=B12L12vR1【解析】當磁場在固定的線圈上方運動時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，出現(xiàn)的感應(yīng)磁場阻礙磁場的運動.當磁場到達最強時，且處于恒定，那么由運動學(xué)公式求出加速度，再由牛頓第二定律可得出安培力，從而求出線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，最后確定線圈運動的速度；在制動過程中，線圈的加速度不是恒定，那么可用動能定理求出制動距離．

此題物理情境很新，但仍是常規(guī)物理模型，類似于磁場不動線圈在動的題型.在模型車的減速過程中，加速度不恒定，那么用動能定理來解決．

如下圖，在光滑水平桌面上放一條形磁鐵，分別將大小相同的鐵球、鋁球和木球放在磁鐵的一端且給它一個初速度，讓其向磁鐵滾去，觀察小球的運動情況．【答案】解：磁化是指磁性物質(zhì)帶有了磁性，鐵屬于磁性物質(zhì)所以被磁化了，鋁不是，但是金屬，所以會有渦流產(chǎn)生，而木球既不會被磁化也不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象．

因此小球運動情況：(1)鐵球?qū)⒓铀龠\動，其原因是鐵球被磁化后與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的磁場力．

(2)鋁球?qū)p速運動，其原因是鋁球內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場阻礙相對運動．

(3)木球?qū)蛩龠\動，其原因是木球既不能被磁化，也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵對木球不產(chǎn)生力的作用

答：(1)鐵球?qū)⒓铀龠\動，其原因是鐵球被磁化后與磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引的磁場力．

(2)鋁球?qū)p速運動，其原因是鋁球內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場阻礙相對運動．

(3)木球?qū)蛩龠\動，其原因是木球既不能被磁化，也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以磁鐵對木球不產(chǎn)生力的作用．【解析】根據(jù)磁化現(xiàn)象和渦流的產(chǎn)生原理，木球在磁場中沒有渦流現(xiàn)象，而鐵球與鋁球均產(chǎn)生渦流，且鐵球被磁化，從而即可求解．

考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象原理，并根據(jù)物質(zhì)的不同屬性會發(fā)生不一