章末卷13 交变电流 传感器 电磁振荡与电磁波-【高考领航】2026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 1．B　t＝0.01 s时，电动势有最大值，根据E＝可知穿过线圈平面的磁通量最小，故A错误；t＝0时，根据楞次定律可知线圈中感应电流的方向为DCBAD，故B正确；E、F之间电压的瞬时值表达式为u＝10cos 100πt V，故C错误；电流表所读为有效值，所以I＝ A＝ A，故D错误。 2．C　由理想变压器的变压公式，得U2＝U1＝4.4 V，故A错误；由，得I1＝I2＝0.04 A，故B错误；副线圈两端电压的最大值为Um2＝4.4 V≈6.2 V，故C正确；理想变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1，故D错误。 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＝，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．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＝，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。 5．D　环境温度升高时，R2减小，副线圈总电阻减小，交流电源电压不变，则原线圈电流增大，电流表A1示数增大，则R1分压增大，则原线圈电压减小，根据可知，副线圈电压减小，则灯泡L变暗，故A错误；同理，环境温度降低时，原线圈电流减小，电源输出功率P出＝EI1减小，故B错误；原线圈电压U1＝E－I1R1，副线圈电压和电流为U2＝I1，整理可得U2＝3(E－I1R1)＝3E－18I2，故＝18 Ω，故C错误，D正确。 6．C　由题图乙可知线圈转动的周期为0.02 s，题图乙中瞬时感应电动势e随时间t的变化关系为e＝emsin ＝20sin (100πt＋φ)(V)，当t＝0时，e＝10 V，代入解得φ＝，则t＝0时，线圈平面与磁场方向夹角为θ＝＝60°，故A错误，C正确；开关S断开时，小灯泡正常发光，由变压器规律，解得U0＝16 V，在原线圈由闭合电路欧姆定律得E有效＝U0＋I0r，原线圈电压有效值为E有效＝＝20 V，解得矩形线圈的电阻为r＝4 Ω，故B错误；开关S闭合，调整矩形线圈的转速为原来的1.2倍，则E有效′＝12E有效＝24 V，因为小灯泡仍然正常发光，则U0＝16 V，由闭合电路欧姆定律得E有效′＝U0＋I0′r，解得理想电流表的示数为I0′＝2 A，开关S闭合后发电机的总功率为P′＝E有效′I0′＝48 W，开关S闭合前发电机总功率为P＝E有效I0＝20 W，则，故D错误。 7．A　设升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，将降压变压器和用户端所接定值电阻R等效为一个电阻R等效，发电机转子以角速度ω匀速转动时，产生的电动势的最大值Em＝NBSω，则升压变压器输入端的电压有效值U1＝，转子角速度增加一倍，则升压变压器输出端电压为U2＝U1增加一倍，根据闭合电路欧姆定律知定值电阻R0中的电流变为原来的2倍，结合P＝I02R0可知，转子角速度增加一倍，R0上消耗的功率变为4P，选项A正确；结合P＝2·R0，若R0增加一倍，则R0上消耗的功率为2·2R0≠4P，选项B错误；若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，根据理想变压器变压规律知，升压变压器副线圈两端的电压变为原来的2倍，由I0＝可知，定值电阻R0中的电流变为原来的2倍，R0上消耗的功率变为4P，选项C错误；若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，降压变压器和用户端所接定值电阻的等效电阻变为R等效，R0上消耗的功率变为2·R0≠6P，选项D错误。 8．BC　根据理想变压器原副线圈两端的电压与匝数之比满足，所以u1＝10 V，则发电机产生的最大电动势为Em＝NBSω＝NBS(2πn)＝，所以n＝50 r/s，故A错误；因为二极管为理想二极管，电流表的示数也为有效值，所以有＝I2R2T，解得I＝5 A，故D错误；电阻R1的功率为P1＝＝400 W，电阻R2的功率为P2＝I2R2＝200 W，所以电阻R1、R2上消耗的电功率之比为1∶2，故C正确；原线圈输入的功率等于副线圈消耗的功率，即P＝P1＋P2＝600 W，故B正确。 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＝，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．BD　互感器甲并联在零火线上，所以是电压互感器，互感器乙串联在电路中，是电流互感器，故A错误；电流表的示数为5 A，互感器乙原、副线圈的匝数比1∶20，则线路上电流I＝100 A，线路上损耗的功率P损＝I2r＝200 kW，电压表的示数为220 V，互感器甲中原、副线圈匝数比为200∶1，所以输送电压U2＝44 000 V，功率P＝U2I＝4400 kW，则输电线路上损耗的功率约占输电总功率的×100%＝4.5%，故B正确；降压变压器初级电压U3＝44 000 V－100×20 V＝42 000 V，用户端的电压U4＝U3＝210 V，故C错误；用户使用的用电设备增多，用户回路电流变大，则输送电流变大，流过电流互感器的电流变大，故D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＝(10－1)Ig＝9Ig，则由IgRg＝R1′，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 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)由题图丙可知Em＝4 V，T＝0.4 s 则ω＝＝5π rad/s 根据电动势的表达式e＝Emsin ωt 可得e＝4sin (5πt)V。 (2)原线圈两端电压的有效值为U1＝ V 设副线圈两端电压的有效值为U2，根据理想变压器电压关系有 设灯泡的额定电流为I2，则灯泡的功率为P2＝U2I2＝ W 设人对手电筒做功的功率为P，有P＝ 联立解得P＝ W≈3.5 W。 (3)设线圈a的半径为R，匝数为n，往复运动过程中的最大速度为vm，有Em＝nB·2πRvm 解得vm＝4 m/s。 答案：(1)e＝4sin (5πt)V　(2)3.5 W　(3)4 m/s 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· 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＝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)B0Lv0q (3)－ 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 (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．图甲为交流发电机示意图，图中两磁极之间的磁场可近似为匀强磁场，A为理想电流表，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动。从图示位置开始计时，电刷E、F之间的电压随时间变化的图像如图乙所示。已知R＝10 Ω，下列说法正确的是(　　) 甲 乙 A．t＝0.01 s时，穿过线圈平面的磁通量最大 B．t＝0时，线圈中感应电流的方向为DCBAD C．E、F之间电压的瞬时值表达式为u＝10sin πt V D．当线圈从图示位置转过60°时，电流表的示数为0.5 A 2．某电动牙刷的充电装置含有变压器，原、副线圈匝数之比为50∶1，用正弦交流电给此电动牙刷充电时，原线圈两端电压的有效值为220 V，副线圈电流的有效值为2.0 A，若将该变压器视为理想变压器，则(　　) A．副线圈两端电压的有效值约为6.2 V B．原线圈电流的有效值为100 A C．副线圈两端电压的最大值约为6.2 V D．变压器的输入功率与输出功率之比为50∶1 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．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 5．“西电东送”是我国实现经济跨区域可持续快速发展的重要保证，如图为模拟远距离输电的部分测试电路。恒压交流电源、阻值为2 Ω的定值电阻R1和理想变压器相连。变压器原、副线圈匝数比为1∶3，电压表和电流表均为理想交流电表，R2是热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法正确的是(　　) A．环境温度升高时，电流表A1示数减小，灯泡L变暗 B．环境温度降低时，电流表A2示数减小，电源输出功率变大 C．电压表示数变化ΔU和电流表A2示数变化ΔI2的关系为＝6 Ω D．电压表示数变化ΔU和电流表A2示数变化ΔI2的关系为＝18 Ω 6．如图甲所示，发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕中心转轴匀速转动，产生的感应电动势如图乙所示，发电机输出端接理想变压器，理想变压器原、副线圈匝数比n0∶n1∶n2＝4∶1∶2，副线圈1接额定电压为4 V的小灯泡，副线圈2连接定值电阻R。开关S断开时，小灯泡正常发光，理想电流表的示数为1 A。开关S闭合后，调整矩形线圈的转速为原来的1.2倍，小灯泡仍正常发光。下列说法正确的是(　　) 甲 乙 A．t＝0时，线圈平面与磁场方向夹角为30° B．矩形线圈的电阻为20 Ω C．图乙中瞬时感应电动势e随时间t的变化关系为e＝20sin (V) D．开关S闭合后发电机的总功率为开关S闭合前发电机总功率的1.2倍 7．(2024·湖南卷)根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是(　　) A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0上消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P 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．某节能环保风力发电演示系统由风力发电机、升压变压器和用户三部分构成，简易示意图如下。t＝0时刻，发电机线圈所在平面与磁场方向垂直，风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈以恒定的转速n转动，已知发电机线圈面积S＝ m2，匝数为N＝100匝，内阻不计；匀强磁场的磁感应强度为B＝ T。理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶4。在用户部分电路中电表均为理想电表，D为理想二极管，定值电阻R1＝4 Ω、R2＝4 Ω，若电压表的示数为u2＝40 V，则(　　) A．发电机线圈的转速n＝100 r/s B．原线圈输入的功率为600 W C．电阻R1、R2上消耗的电功率之比为1∶2 D．电流表的示数为5 A 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．如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入甲、乙两个互感器(均为理想器材)，两互感器原、副线圈的匝数比分别为200∶1和1∶20，降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，输电线路总电阻r＝20 Ω，则下列说法正确的是(　　) A．互感器甲是电流互感器，互感器乙是电压互感器 B．输电线路上损耗的功率约占输电总功率的4.5% C．用户端的电压U4为200 V D．用户使用的用电设备增多，流过电流互感器的电流变大 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)山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)图甲和图乙所示是手动式手电筒内振动式发电机的两个截面图，半径为0.02 m、匝数为100的线圈a所在位置的磁感应强度大小B＝ T。线圈a接原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器，给额定电流为0.5 A的灯泡供电。推动手柄使线圈a沿轴线往复运动，线圈a中电动势随时间按正弦规律变化，如图丙所示。线圈a及导线电阻不计。求： 图甲　　　　　　　　图乙 图丙 (1)图丙中电动势的表达式； (2)若手动发电的效率为20%，灯泡正常发光，手动做功的平均功率是多少；(结果保留2位有效数字) (3)线圈a往复运动过程中的最大速度。 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 $