章末卷13 交变电流 传感器 电磁振荡与电磁波-【高考领航】2025年高考物理总复习四测通关卷

章末卷13　交变电流　传感器　电磁振荡与电磁波 (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求) 1.发电机与电动机的结构非常相似。图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则(　　) 甲 乙 A.t＝0.02 s时线圈平面与中性面垂直 B.每秒内电流方向改变100次 C.产生交变电流的周期为2 s D.线圈的转速为100 r/s 2.如图所示，为探究理想变压器的电压和电流关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接灯泡、滑动变阻器，电路中分别接入理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，不计导线电阻，当滑动变阻器的滑动端向上滑动时，下列说法正确的是(　　) A.V1示数变大、V2示数变大 B.A1示数不变、A2示数变小 C.变压器输出功率变大，但灯泡变暗 D.变压器输出功率变小，但A1与A2示数的比值不变 3.如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则(　　) A.LC回路的周期为0.04 s B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大 C.t＝1.01 s时线圈中电场能最大 D.t＝1.01 s时回路中电流沿顺时针方向 4.如图甲所示，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流经理想变压器给负载供电，原线圈两端的交变电压随时间变化的图像如图乙所示，电压表和电流表均为理想电表，Rt为阻值随温度升高而变小的热敏电阻，R1为定值电阻。则(　　) 甲 乙 A.金属线框的转速为25 r/s B.t＝0.005 s时，电压表读数为0 C.Rt温度升高时，电流表的示数变大 D.Rt温度升高时，变压器的输入功率变小 5.某交变电流电压随时间变化的规律如图所示(初始部分为正弦函数的四分之一周期)，下列说法正确的是(　　) A.将该交变电流加在启辉电压(达到或超过启辉电压后氖管会发光)为200 V的氖管上，氖管未被击穿，氖管1秒钟内发光次数为100次 B.该交变电流电压的有效值为200 V C.将该交变电流加在交流电压表两端时，电压表读数为200 V D.该交变电流的周期为2 s 6.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0＝100、n1＝200和n2＝300，两个副线圈分别接有电阻R1＝5 Ω、R2＝10 Ω和R3＝5 Ω。当原线圈中接入正弦交流电源时，理想电压表的示数为U＝5 V。不计线圈电阻，理想电流表的读数为(　　) A.3 A　　　　　　　 B.3 A C.7 A D.7 A 7.如图所示为某水电站远距离输电的原理图。升压变压器的原副线圈匝数比为k，输电线的总电阻为R，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂输出的电压恒为U，若由于用户端负载变化，使发电厂输出功率增加了ΔP。下列说法正确的是(　　) A.电压表V1的示数不变，电压表V2的示数增大 B.电流表A1、A2的示数均增大 C.输电线上损失的电压增加了 D.输电线上损失的功率增加了 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.如图所示，理想变压器有两个副线圈，原线圈与灯泡L1串联后，接到输出电压恒定的正弦交流电源两端。滑动触头P在R的中间处时，L1、L2、L3、L4恰好正常发光(忽略灯泡电阻的变化)。现将滑动触头P向下移动，原、副线圈的匝数均不变，则下列说法中正确的是(　　) A.灯L1变暗 B.灯L2变暗 C.灯L3变亮 D.灯L4变亮 9.如图甲所示为一自耦变压器(可视为理想变压器)的结构示意图，线圈均匀绕在圆环形铁芯上，滑动触头C在某一位置，在BC间接一个交流电压表和一个变阻器R，若AB间输入图乙所示的交变电压，则(　　) 　 甲　　　　　　　　　　　　乙　　 A.当t＝1×10－2 s时，电压表的示数为零 B.AB间输入电压的瞬时值u＝220sin 100πt(V) C.滑动触头C向上移动时，R两端的电压增大 D.变阻器滑片P向上移动时，AB间输入功率增大 10.如图甲所示的电路，理想变压器的原、副线圈匝数之比n1∶n2＝3∶1，定值电阻R1和R2的阻值分别为6 Ω和3 Ω，电表均为理想交流电表，电源输出的交流电如图乙所示，图中的前半周期是正弦交流电的一部分，后半周期是直流电的一部分，则(　　) 甲　　　　　　　　　　乙　 A.电流表示数为 A B.电压表示数为18 V C.R1的功率为18 W D.R2的功率为242 W 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11.(7分)某兴趣小组用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。 甲 乙 (1)(多选)下列说法正确的是　　　　。 A.变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能 C.理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失 D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 (2)实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则可推断原线圈的输入电压可能为　　　　。 A.3 V B.5.5 V C.6.0 V D.6.5 V (3)图乙为某电学仪器原理图，图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接；一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧实线框内的电路也可以等效为一个电阻)。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当＝　　　　时，R获得的功率最大。 12.(9分)2022年丹东交警某次拦截进行例行检查过程中，用酒精检测仪进行检测，结果显示驾驶人小王驾驶小型轿车，体内酒精含量为48 mg/100 mL，属于“酒驾”；而另一位小李驾驶二轮摩托车，体内酒精含量为110 mg/100 mL，属于“醉驾”。现代社会，喝酒不开车已经成为基本行为准则。某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到了如下器材： A.蓄电池(电动势E＝2 V，内阻r＝0.6 Ω) B.表头G(满偏电流6.0 mA，内阻未知) C.电流表A(满偏电流10 mA，内阻未知) D.电阻箱R1(最大阻值999.9 Ω) E.电阻箱R2(最大阻值999.9 Ω) F.电键及导线若干 甲　　　　　　　　　　乙 (1)该同学设计的测量电路如图丙所示，为将表头G的量程扩大为原来的10倍，他进行了如下操作：先断开电键S1、S2、S3，将R1、R2调到最大值。合上电键S1，将S3拨到2处，调节R2，使表头G满偏，电流表A示数为I。此时合上电键S2，调节R1和R2，当电流表A仍为I时，表头G示数如图丁所示，此时R1为108.0 Ω，则改装电表时应将R1调为　　　　Ω，改装结束后断开所有电键。 　 　　丙　　　　　　　　　　　丁 (2)该同学若将图中电键S1、S2合上，而将S3拨到1处，电阻箱R2的阻值调为14.0 Ω，酒精气体浓度为零时，表头G的读数为　　　　mA。 (3)完成步骤(2)后，某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向5.0 mA。已知酒精浓度在0.2～0.8 mg/mL之间属于“酒驾”；酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于“醉驾”，则该次测试的酒精浓度属于范围　　　　　(选填“酒驾”或“醉驾”)范围。 (4)使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，可调整　　　　　(“R1”或“R2”)，则此时所测的酒精气体浓度仍为准确值。 13.(10分)如图，为一交流发电机的原理示意图。矩形线圈abcd可绕过bc、ad边中点且垂直于匀强磁场方向的水平轴OO′匀速转动。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上；用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接。已知矩形线圈ab＝cd＝50 cm，bc＝ad＝20 cm，匝数n＝100匝，线圈的总电阻r＝5.0 Ω，线圈转动的角速度ω＝282 rad/s，外电路的定值电阻R＝45 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.05 T，＝1.41。从线圈经过图示位置开始计时，求： (1)线圈内的电流随时间变化的函数关系式； (2)线圈转动90°时电压表的示数； (3)在线圈转过90°的过程中，通过线圈导线某截面的电荷量。 14.(13分)海浪发电是一种应用前景广阔的新能源技术，海浪通过传动装置带动线圈在磁场中做切割磁感线运动实现海浪动能向电能的转化，某科技小组设计了如下两种发电模型： 模型①：如图甲所示，N匝正方形闭合线圈处在垂直于线圈平面的组合磁场中，磁感应强度大小均为B，线圈和磁场的宽度均为L，设线圈的总电阻为R，线圈在海浪的带动下左右运动时不会超出磁场范围； 模型②：如图乙所示，线圈处在均匀辐向磁场中，机械传动装置将海浪的运动转化为线圈沿水平方向的往复振动，振动速度随时间的变化图像为如图丙所示的正弦函数，其中v0、T已知，若线圈的匝数为N0，半径为r，其所处位置磁感应强度大小均为B0，线圈内阻及外部电路电阻都为R0，忽略一切摩擦。求： 　 甲　　　　　　　　　　　丙 乙 (1)模型①中线圈水平向右的速度为v时，感应电流的大小和闭合线圈所受安培力的大小； (2)模型②中感应电动势随时间变化的表达式以及模型②的发电功率。 15.(15分)如图甲所示，两足够长的光滑平行导轨固定在水平面内，处于磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距为L，一端连接一定值电阻R。质量为m、长度为L、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，与导轨始终接触良好。在金属棒的中点对棒施加一个平行于导轨的拉力，棒运动的速度v随时间t的变化规律如图乙所示的正弦曲线。已知在0～的过程中，通过定值电阻的电量为q；然后在t＝T时撤去拉力。其中v0已知，T未知， 不计导轨的电阻。求： 甲 乙 (1)电阻R上的最大电压U； (2)在0～T的过程中，拉力所做的功W； (3)撤去拉力后，金属棒的速度v随位置x变化的变化率k(取撤去拉力时棒的位置x＝0)。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 章末卷13　交变电流　传感器　电磁振荡与电磁波 1.B　由题图乙可知，t＝0.02 s时感应电动势为零，处于中性面上，故A错误；由题图乙可知，周期T＝0.02 s，线框每转一周，电流方向改变两次，每秒电流方向改变100次，故B正确，C错误；线圈的转速为n＝＝50 r/s，故D错误。 2.D　当滑动变阻器的滑动端向上滑动时，根据理想变压器的电压规律＝，可知变压器两端的电压均不变，所以电压表V1、V2示数均不变。滑动变阻器接入电路阻值变大，则副线圈总电阻变大，根据欧姆定律可知，副线圈输出电流I2变小，即电流表A2示数变小，根据＝可知原线圈电流I1变小，即电流表A1示数变小，但A1与A2示数的比值不变；根据P＝U1I1＝U2I2可知变压器输出功率变小；由于灯泡两端电压保持不变，则灯泡亮度不变。故选D。 3.A　在一个周期内，电容器充电两次，放电两次，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，此时经历了充放电各一次，故LC回路的周期为0.04 s，故A正确；根据LC振荡电路的充放电规律可知，电容器放电完毕时，回路中的电流最大，磁场能最大，电场能最小，故B错误；根据t＝1.01 s＝25T，可知此时电容器逆时针放电结束，回路中逆时针的电流最大，磁场能最大，电场能最小，故CD错误。 4.C　由题图乙可知，交流电的周期为0.02 s，则转速为n＝＝50 r/s，故A错误；电压表测量的是有效值，故示数不为零，故B错误；温度升高，热敏电阻阻值减小，故副线圈回路中消耗的功率P＝，增大，根据P＝UI可知I增大，电流表的示数变大，故C正确；输出功率决定输入功率，故输入功率增大，故D错误。 5.A　当交流电压大于或等于启辉电压200 V时，氖管才能发光，可知一个周期发光两次，而交变电流的周期为2×10－2 s，则1秒50个周期发光100次，故A正确，D错误；根据电流的热效应，设电压的有效值为U，则有×＋×＝T，解得U＝100 V，故B错误；交流电压表读数为交变电流电压的有效值，所以电压表读数为100 V，故C错误。 6.C　设原线圈两端的电压为U0，副线圈n1两端的电压为U1，副线圈n2两端的电压为U2，由串并联电路特点可知，副线圈n2两端的电压为U2＝U，由理想变压器原理可得＝＝，由能量守恒定律得U0I0＝＋，联立解得I0＝7 A，故选C。 7.B　由于发电厂输出电压恒为U，根据理想变压器的规律，对于升压变压器＝k，故电压表V1的示数不变，发电厂输出功率增加了ΔP，则发电厂输出电流增加了ΔI＝，根据理想变压器的规律，对于升压变压器＝k，A1示数增加了ΔI1＝，由于A1示数增加，A2示数也将增加，降压变压器的输入电压将减少ΔU1′＝ΔI1R，故V2示数也将减小，故A错误，B正确；根据欧姆定律，输电线上损失的电压增加了ΔI1R＝，故C错误；输电线上损失的功率增加了(I1＋ΔI1)2R－I12R≠(ΔI1)2R，由于I1未知，故无法计算，故D错误。 8.BC　将滑动触头P向下移动，接入电路电阻变小，下面副线圈的电流I3变大，根据I1U1＝I2U2＋I3U3，可知原线圈电流变大，灯L1变亮，对原线圈回路U1＝U－I1R1，原线圈两端电压变小，原、副线圈的匝数均不变，根据电压与匝数成正比可知，灯L2两端电压变小，灯L2变暗。灯L4两端电压变小，灯L4变暗，因为下面副线圈的电流I3变大而通过灯L4的电流减小，所以通过灯L3的电流增大，灯L3变亮，故BC正确，AD错误。 9.BCD　电压表的示数为有效值，不为零，A错误；由题图乙可知T＝2× 10－2 s，故ω＝＝100π rad/s，代入表达式u＝Umsin ωt，可得，AB间输入电压的瞬时值u＝220sin 100πt(V)，B正确；根据变压器电压关系＝，当滑动触头C向上移动时，n2变大，所以R两端的电压增大，C正确；变阻器滑片P向上移动时，n2不变，R减小，根据变压器电压关系＝，所以R两端的电压不变，输入功率等于输出功率P入＝P出＝，所以变阻器滑片P向上移动时，AB间输入功率增大，D正确。 10.AC　根据题意，由电流的热效应有()2R·＋22R·＝I有2RT，解得I有＝ A，即电流表示数为 A，故A正确；根据题意可知，直流不通过变压器，由电流与线圈匝数比关系＝，可得，副线圈中最大电流为Im2＝6 A，根据电流的热效应有()2R·＝I22RT，解得I2＝3 A，则电压表读数为U2＝I2R2＝9 V，故B错误；根据题意，由公式P＝I2R可知，R1的功率为P1＝I有2R1＝18 W，R2的功率为P2＝I22R2＝27 W，故D错误，C正确。 11.解析：(1)变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，故B正确；理想变压器忽略能量损失，原线圈输入功率全部转到副线圈输出功率，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端电压不变，不为0，故D错误。 (2)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系为＝，当变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱之间，副线圈接“0”和“4”两个接线柱时，可知原副线圈匝数比为2∶1，副线圈电压为3 V，则原线圈电压应该为6 V；实际操作中，不是理想变压器，需要考虑损失部分，则原线圈所接电压大于6 V。故选D。 (3)把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当作电源内阻，当内外电阻相等时，即R1＝R0时，输出功率最大，根据＝得＝，将公式＝代入上式，可得＝()2，从而得出＝()2，此时R获得的功率最大。 答案：(1)BC　(2)D　(3)()2 12.解析：(1)合上电键S1，将S3拨到2处，调节R2，使表头G满偏，电流表A示数为I。则表头G与电流表A串联，可知I＝Ig＝6.0 mA，合上电键S2，调节R1和R2，当电流表A仍为I时，表头G与R1并联，由题图丁可知表头G的示数I′＝4 mA，则R1中的电流I1＝I－I′＝2 mA，由I′Rg＝I1R1，解得表头的内阻Rg＝R1＝54.0 Ω，将表头G的量程扩大为原来的10倍，则与表头并联的电阻R1中的电流为IR1＝(10－1)Ig＝9Ig，则由IgRg＝IR1R1′，解得改装电表时应将R1调为R1′＝Rg＝6.0 Ω。 (2)改装电流表的内阻为Rg′＝＝ Ω＝5.4 Ω，由题图乙可知酒精气体浓度为零时，传感器的电阻为R＝80 Ω，由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流I2＝＝ A＝0.02 A＝20 mA，则表头G的读数为I2′＝I2＝2.0 mA。 (3)某次在实验室中试测酒精浓度时，表头指针指向5.0 mA，电路中总电流I3＝10×5.0 mA＝50.0 mA＝0.05 A，由闭合电路欧姆定律可得I3＝，解得传感器的电阻R′＝20 Ω，由题图乙可知酒精浓度为0.8 mg/mL，所以该次测试的酒精浓度属于醉驾范围。 (4)由闭合电路欧姆定律可知I＝，使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，要想所测的酒精气体浓度仍为准确值，则电路中电流不变，则需要把R2调小，使电路中总电阻减小。 答案：(1)6.0　(2)2.0　(3)醉驾　(4)R2 13.解析：(1)根据法拉第电磁感应定律，电动势的瞬时值为 e＝nBL1L2ωcos ωt 电流的瞬时值为i＝ 由以上两式解得i＝2.82cos 282t(A)。 (2)由上式可知Em＝141 V 外电压最大值Um＝Em 有效值U＝ 由以上各式解得U＝90 V。 (3)电动势的平均值＝n 转过90°的时间Δt＝ 平均电流＝ 电荷量q＝·Δt 由以上各式解得电荷量q＝0.01 C。 答案：(1)i＝2.82cos 282t(A)　(2)90 V　(3)0.01 C 14.解析：(1)单根导线切割磁感线产生的电动势为 ε＝BLv 整个线圈产生的总电动势为E＝2Nε＝2NBLv 根据欧姆定律可得I＝＝ 单根导线所受安培力大小为f＝BIL＝ 整个线圈受到的总安培力为 F＝2Nf＝。 (2)线圈运动的速度时间关系为v＝v0sin(t) 单匝线圈切割磁感线产生的电动势为 ε0＝2πrB0v＝2πrB0v0sin(t) N0匝线圈产生的总电动势为 e0＝N0ε0＝2πrN0B0v0sin(t) 电动势的有效值E0＝ 其中Em＝2πrN0B0v0 发电功率为P＝＝。 答案：(1)　 (2)e0＝2πrN0B0v0sin(t)　 15.解析：(1)当金属棒的速度最大时，棒中的感应电动势为 E＝B0Lv0 回路中的电流I＝ 电阻上的电压为U＝IR＝。 (2)由于感应电动势为e＝B0Lv0sin()t 类比与单匝线圈在磁场中转动产生的电动势，则0～的过程中，通过定值电阻的电量与线圈从中性面转过90°通过定值电阻的电量相同 B0Lv0＝Φ·，q＝ 则有q＝ 电动势的有效值为E＝ 在0～时间内，产生的焦耳热为 Q＝·T 根据功能关系，有W＝Q＋mv02 解得W＝mv02＋B0Lv0q。 (3)撤去拉力时，对导体棒根据动量定理有 －B0LΔt＝mv－mv0 感应电流的平均值为＝ 由于x＝ t 解得v＝v0－ 可知k＝－。 答案：(1)　(2)mv02＋B0Lv0q (3)－ 学科网（北京）股份有限公司 $$