专题04 交变电流、电磁波、传感器（期中复习专项训练）高二物理下学期沪科版

专题04 交变电流、电磁波、传感器 题型1 涡流的产生条件、应用与防止 题型5 变压器 题型2 自感 题型6 远距离输电及其计算 题型3 交变电流的产生 题型7 电磁振荡及过程分析 题型4交变电流的描述 题型8 传感器 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 题型一 涡流的产生条件、应用与防止（共3小题） 1.【答案】A 2．【答案】D 3．【答案】BC 题型二 自感（共5小题） 4．【答案】C 5．【答案】C 6．【答案】C 7．【答案】D 8．【答案】C 题型三 交变电流的产生（共4小题） 9．【答案】C 10．【答案】D 11．【答案】100π；Wb；0 12．【答案】D 题型四 交变电流的描述（共4小题） 13．【答案】（1）220sin100πt（V），100，不可以；（2）A；（3）C；（4）B。 14．【答案】D 15．【答案】1.41，1.13。 16．【答案】B 题型五 变压器（共7小题） 17．【答案】B 18．【答案】20V；100A 19．【答案】（1）①B；A；②11：3；③小风扇的内阻为8.0Ω，吹热风时通过电热丝的电流为1.0A； （2）①i＝I0sin；②5：4； （3）极性分子；涡流；电流热效应。 20．【答案】①C；②k＞200；；③1.3×10 ﹣3。 21．【答案】BD 22．【答案】1.1，1500 23．【答案】BCD 题型六 远距离输电及其计算（共4小题） 24．【答案】D 25．【答案】A 26．【答案】1，976。 27．【答案】①高压输电线中的电流强度为50A；②升压变压器原、副线圈的匝数比为1：16； 题型七 电磁振荡及过程分析（共4小题） 28．【答案】带正电；电场能正向磁场能转化。 29．【答案】（1）A；（2）D；（3）A。 30．【答案】C 31．【答案】（1）①B；②C；③磁场能转化为电场能；（2）①A；②插入铁芯后线圈的涡流损耗等能量损耗增大；（3）C；（4）。 题型八 传感器（共3小题） 32.【答案】BD 33．【答案】（1）A；（2）①B，②；（3）①B，②EL。 34．【答案】（1）C；（2）BD；（3）A。 $专题04 交变电流、电磁波、传感器 题型1 涡流的产生条件、应用与防止 题型5 变压器 题型2 自感 题型6 远距离输电及其计算 题型3 交变电流的产生 题型7 电磁振荡及过程分析 题型4交变电流的描述 题型8 传感器 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 题型一 涡流的产生条件、应用与防止（共3小题） 1.下列有关磁现象的四种装置对应的物理规律，说法错误的是（　　） A．图甲图中，给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热 B．图乙中磁块在铝管中下落的加速度一定小于当地的重力加速度g C．图丙中电磁炮的基本原理是电能转化为机械能，是一种安培力做正功的电动机模型 D．图丁中的探雷器是利用涡流工作的，探测时是地下的金属感应出涡流，而涡流的磁场会影响线圈中的电流，使仪器报警 【答案】A 【知识点】涡流对金属在磁场中运动的影响；涡流的应用与防止；电磁炮；涡流的产生及原理． 【解析】解：A．电磁炉的工作原理是利用交变电流产生的变化磁场，在锅底产生涡流来加热。若通恒定电流，磁场不变化，无法产生涡流，不能加热食物，故A错误； B．磁体在铝管中运动的过程中，穿过铝管的磁通量发生变化，产生感应电流，感应电流的磁场要阻碍磁通量的变化，所以铝管受到向下的安培力，磁体受到向上的安培力，因此磁体的加速度小于重力加速度，故B正确； C．电磁炮的基本原理是电能转化为机械能，是一种安培力做正功的电动机模型，故C正确； D．探雷器中有交变电流，其产生变化的磁场，其磁场会在金属物品中感应出涡流，而涡流产生的磁场又会反过来影响线圈中的电流，从而使仪器报警，故D正确。 2．关于涡流，下列说法中错误的是（　　） A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置 B．家用电磁炉是利用涡流使锅体发热的 C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动 D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流 【答案】D 【知识点】涡流的应用与防止；涡流的产生及原理 【解析】解：A、用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入高频的交变电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化，故A正确； B、家用电磁炉锅通的是交流电，交流电产生的是变化的磁场，锅体内产生涡流使其发热，故B正确； C、阻尼摆的铝盘以一定相对速度旋转掠过磁场时在铝盘内会产生感应电动势从而产生感应电流，因铝盘有电阻电流做功，消耗机械能，因此产生阻碍铝盘旋转的阻尼作用，故C正确； D、变压器的铁芯总是工作在变化的磁场中，会使铁芯产生涡流，可以用相互绝缘的硅钢片叠成铁芯来减小涡流，故D错误。 3．（多选）工业上常利用感应电炉冶炼金属，装置如图所示。当线圈中通有如图电流时，下列说法正确的是（　　） A．感应炉所接电源应是低频直流电源 B．感应炉所接电源应是高频交流电源 C．电炉最好选择陶瓷材质 D．若增加交流电的频率，冶炼金属的效率不变 E．外侧电炉产生大量的热使金属熔化 【答案】BC 【知识点】涡流的应用与防止 【解析】解：AB.为了产生较大的感应电动势，感应炉所接电源应是高频交流电源，故A错误，B正确； C.因为陶瓷材料有耐高温，不易熔化，绝缘和隔热等优点，所以最好选择陶瓷材质，故C正确； D.若增加交流电的频率，感应电动势增大，冶炼金属的效率增大，故D错误； E.感应电炉冶炼金属过程中，交流电源产生交变磁场，从而在金属中产生涡流，涡流的热效应使金属熔化，故E错误。 题型二 自感（共5小题） 4．图为演示自感现象的实验电路，A1、A2为相同的灯泡，电感线圈L的自感系数较大，且使得滑动变阻器R接入电路中的阻值与线圈L的直流电阻相等，下列判断正确的是（　　） A．接通开关S，灯A1立即变亮 B．接通开关S，灯A2逐渐变亮 C．断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D．断开开关S，灯A1逐渐熄灭，A2闪一下再逐渐熄灭 【答案】C 【知识点】自感现象与自感系数 【解析】解：当通过线圈本身的电流变化时，线圈中会产生自感现象。 AB、开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，灯A2立即发光。由于线圈的自感阻碍电流的增大，所以灯A1逐渐变亮，最后一样亮，故AB错误； CD、断开开关时，由于线圈产生自感电动势，立即反向对A2“供电”，但开始两灯的直流电流相等，所以不会出现A2闪亮，而是两灯同时逐渐熄灭，故C正确，D错误。 5．如图所示的电路中，A1、A2是完全相同的两个灯泡，电感线圈L的自感系数很大，电阻与灯泡电阻相等，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关时，灯泡A1、A2同时缓慢变亮直至稳定 B．闭合开关瞬间，灯泡A1的电流为零，线圈的自感电动势也为零 C．断开开关时，通过灯泡A1的电流方向不变，亮度逐渐变暗 D．断开开关时，通过灯泡A2的电流方向改变，亮度先变亮后逐渐变暗 【答案】C 【知识点】自感现象与自感系数 【解析】解：A、闭合开关S时，电源的电压同时加到两支路的两端，A2灯立即发光。由于线圈的阻碍，A1灯逐渐变亮，故A错误； B、线圈对电流的变化有阻碍作用，即闭合开关瞬间，灯泡A1的电流为零，但线圈的自感电动势不为零，故B错误； CD、断开开关S时，线圈与两灯一起构成一个自感回路，由于线圈的自感作用阻碍流过线圈的电流的减小，则通过灯泡A1的电流方向不变，灯泡A1逐渐熄灭，通过灯泡A2的电流方向改变；由于线圈的电阻与灯泡的电阻相等，最终流过灯A1的电流小于流过A2的电流，所以断开开关时，通过灯泡A2的亮度先减小，然后逐渐熄灭，故C正确，D错误。 6．如图所示，A和B为两个完全一样的灯泡，L是一个理想电感线圈，R是一个电阻。当电键S突然闭合或断开时，下列判断正确的是（　　） A．无论电键突然闭合还是断开，A和B的现象完全相同 B．电键突然断开，B比A先熄灭 C．电键突然闭合，B比A先亮 D．电键闭合较长时间后，B比A亮 【答案】C 【知识点】自感现象与自感系数 【解析】解：ABC．电键突然闭合，L产生感应电动势，A灯的电流逐渐增加，逐渐亮，B灯立即亮，所以B比A先亮，它们变化不同；电键突然断开，L产生感应电动势，与电阻R以及两个灯串联组成自感回路，电流相同，两灯同时熄灭，变化相同，故AB错误，C正确； D．电键闭合较长时间后，电路处于稳定状态，因为L的电阻小于R的电阻，A的电流大于B的电流，A比B亮，故D错误； 7．为了研究自感现象，设计了如图实验电路。灯泡L1、L2的规格相同，线圈L的直流电阻不计，滑动变阻器的滑动触头在中点位置。开关断开前后，灯泡L2中的电流随时间的变化图像是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【知识点】自感现象与自感系数． 【解析】解：电路稳定时，含灯泡的两支路电压相同，由于L1所在支路总电阻较小，电流较大，电流方向均向右， 当开关S断开时，线圈L产生自感电动势，电流方向与原来相同，故流过L2的电流方向向左，与原来电流方向相反，且该电流大于原来流过L2的电流， 对比可知，D选项电流随时间的变化图像符合题意，故ABC错误，D正确； 8．关于课本中出现的几幅图片，下列依次的解释正确的是（　　） A．真空冶炼炉利用线圈产生的热量使金属熔化 B．使用电磁炉加热食物可以用陶瓷锅 C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流 D．探雷器使用必须不断的移动，当探雷器静止在地雷上方时，将无法报警 【答案】C 【知识点】生活中的电磁感应现象；涡流的产生及原理． 【解析】解：A．真空冶炼炉利用内部金属产生的热量使金属熔化，故A错误； B．电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以加热，故B错误； C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，可以减小变压器的涡流，进而减小损耗。提高效率，故C正确； D．探雷器的探头可以探测辐射电磁场，当探头静止在金属部件的地雷上方时，会产生涡流，从而引发报警，故D错误。 题型三 交变电流的产生（共4小题） 9．如图所示，为交流发电机的示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈转动时通过滑环和电流保持与外电路的闭合。假设线圈沿逆时针方向匀速转动，则下列说法正确的是（　　） A．线圈通过图中位置瞬间，AB边的电流方向由A到B B．线圈通过图中位置瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率为零 C．线圈通过图中位置瞬间，通过电阻的电流瞬时值最大 D．若使线圈转动的角速度增大一倍，那么通过电阻电流的有效值变为原来的倍 【答案】C 【知识点】交流发电机及其产生交变电流的原理；交变电流的u﹣t图像和i﹣t图像；正弦式交变电流的函数表达式及推导 【解析】解：A、线圈的AB边和CD边切割磁场产生电流，根据右手定则可知电流有B指向A，故A错误； BC、线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量为零，感应电动势最大，根据I，所以感应电流也最大，通过电阻的电流瞬时值最大，故B错误，C正确； D、根据E＝NBSω可知，ω增大一倍，电动势的最大值E也增大一倍，根据I可知，电流的最大值也增大一倍，根据I有效，通过电流表电流的有效值也增大一倍，故D错误。 10．如图所示，矩形线圈以ad和bc的中点连线为转动轴，在轴的两侧有磁感应强度大小相等、方向相反的两个有理想边界的匀强磁场．线圈由其平面垂直于磁场方向的位置开始匀速转动180°的过程中（　　） A．感应电流方向先abcda，后adcba B．感应电流方向先adcba，后abcda C．感应电流方向始终为abcda D．始终无感应电流 【答案】D 【知识点】交流发电机及其产生交变电流的原理． 【解析】解：由图示可知，线圈从图示位置匀速转动180°的过程中，穿过线圈的磁通量始终为零，磁通量始终保持不变，因此在整个过程中没有感应电流产生； 11．100匝矩形线圈在匀强磁场中绕其垂直于磁场的一边匀速转动，产生如图所示的电动势．可知线圈转动的角速度ω＝　 　 rad/s．穿过线圈的磁通量最大值φmax＝　 Wb，此时的电动势值e＝　 　 V．在t＝0.01/6s时刻，线圈平面与磁感应强度的夹角等于　 　 ． 【答案】100π；Wb；0 【知识点】交流发电机及其产生交变电流的原理． 【解析】解：由图像知交流电的周期为0.02s，所以角速度ω100πrad/s，电动势最大值Em＝NBSω，所以φmax＝BSWb，磁通量最大时电动势为0，表达式e＝311sin100πt，在ts时刻，线圈平面与磁感应强度的夹角等于100π＝60°． 12．如图所示，图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，下列说法正确的是（　　） A．图甲电压的有效值为311V B．图甲电压的瞬时值表达式为u＝220sin（100πt）（V） C．图乙是直流电 D．图乙电压的有效值小于220V 【答案】D 【知识点】交变电流的u﹣t图像和i﹣t图像． 【解析】解：A.题图甲是正弦式交流电，所以有效值 代入数据得U甲＝220V，故A错误； B.题图甲电压的瞬时值表达式V，故B错误； C.题图乙表示交流电，故C错误； D.由于对应相同时刻，题图甲电压比题图乙电压大，根据有效值的定义可知，题图甲有效值要比题图乙有效值大，即题图乙电压有效值小于220V，故D正确。 题型四 交变电流的描述（共4小题） 13．每次当你按下开关时，你应该想一想尼古拉•特斯拉，交流电的发明者。特斯拉比其他任何一位发明家都更有资格说自己开创了电力时代。如今我国居民用电就是220V、50Hz的正弦交流电。 （1）写出我国居民用正弦交流电电压瞬时值的表达式U＝　 ，这意味着该电流每秒钟会变 向 　　 次，　 　 直接将一个额定电压为250V的电容接入电路使用（选填“可以”或者“不可以”）。 （2） 某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流。现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图像 是 　 　 。 （3）A、B是两个完全相同的电热器，当A通以图甲所示的方波式交变电流，B通以图乙所示的居民用正弦式交变电流时，A、B的发热功率相等。则IA：IB为 　 　 。 A．5：4 B．4：5 C．2： D．：2 （4）以下四种情景中产生正弦交变电流的是 　 　 。 A．图甲中矩形线圈绕与匀强磁场方向垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动 B．图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，绕轴线OO′匀速转动 C．图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈，铁芯绕轴线转动 D．图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中心轴转动 【答案】（1）220sin100πt（V），100，不可以；（2）A；（3）C；（4）B。 【知识点】有效值的定义和一般交变电流的有效值；交流发电机及其产生交变电流的原理；交变电流的u﹣t图像和i﹣t图像；计算特定位置处交变电流的瞬时值． 【解析】解：（1）我国居民用正弦交流电电压有效值为220V，根据U，可得电压最大值为Um＝220V 频率为50Hz，则圆频率为ω＝2πf＝100πrad/s 将Um和ω代入正弦交流电电压瞬时值的表达式U＝Umsinωt，可得电压瞬时值表达式为 U＝220sin100πt（V） 一个周期内线圈两次经过中性面，电流方向改变两次，线圈每秒钟转动50圈，则该电流每秒钟会变向100次。 由于Um＝220V＞250V，所以不可以直接将一个额定电压为250V的电容接入电路使用，电容器容易被击穿。 （2）当转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半时，频率变为 f′25Hz 周期变为T′s＝0.04s 转速为正常工作时的一半，则圆频率也为正常工作时的一半，根据Em＝nBSω可知，电动势的最大值变为正常工作时的一半，则电压最大值变为 Um′V＝110V，故ACD错误，B正确。 （3）根据A、B的发热功率相等，可知A、B通过相同的电阻，通过一个周期产生的热量相等，有 R•（）2R•（）2RT 解得：，故ABD错误，C正确。 （4）A、图甲中只有一个电刷，线圈在匀强磁场中转动，得到的是直流电，故A错误； B、图乙中虽然只有一半线圈处于磁场，但线框转动得到的是正弦交流电，故B正确； C、图丙为辐向磁场，无论线圈转到何位置，感应电动势大小不变，得到的不是正弦交流电，故C错误； D、图丁中矩形线圈转轴平行于磁场方向，线框不切割，感应电动势为0，感应电流为0，故D错误。 14．如图所示是一交变电流的i﹣t图象，则该交流电电流的有效值为（　　） A．4 A B．2A C．A D．A 【答案】D 【知识点】正弦式交变电流的有效值． 【解析】解：设交流电电流的有效值为I，周期为T，电阻为R。 则I2RT 解得：I 15．如图所示，边长为L＝0.1m、绕线N＝500匝、总电阻为r＝1Ω的正方形线圈abcd处于磁感应强度为B＝0.2T、水平向右的匀强磁场中，线圈以角速度ω＝2rad/s绕轴OO′匀速转动，外接电阻值为R＝4Ω，则当线圈处于图示位置时，线圈产生的感应电动势的有效值为 　1.41　 V，交流电压表V的示数为 　1.13　 V（均保留3位有效数字）。 【答案】1.41，1.13。 【知识点】交流电表的读数；导体转动切割磁感线产生的感应电动势；交变电流峰值的计算和影响因素． 【解析】解：线圈在匀强磁场中以恒定角速度转动，产生感应电动势的最大值为500×0.2×0.12×2V＝2V，则感应电动势的有效值为EVV≈1.41V，由闭合电路欧姆定律，可得电压表V示数为•E，代入数据解得U≈1.13V。 16．实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转50圈，读出电压表的示数为10V。已知R＝10Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是（　　） A．线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零 B．从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为icos100πtA C．流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次 D．电阻R上的热功率为20W 【答案】B 【知识点】用有效值计算交流电路的电功、电功率和焦耳热；交流发电机及其产生交变电流的原理；交变电流的周期、频率、相位． 【解析】解：C、由线圈转速为50r/s，可知周期T、角速度ω＝2πn＝100π、频率，每个周期电流方向变化两次，可知每秒钟电流方向变化的次数为：2×50＝100，故C错误； B、由电压表示数为有效值，结合有效值与峰值的关系，可知峰值为：； 由欧姆定律，可计算电流峰值，解得， 由线框的初始位置为与磁场平行，可知电流瞬时值表达式为：icos100πtA，故B正确； A、由电流瞬时值表达式，可计算初始时刻的电流瞬时值为：i，故A错误； D、由热功率公式，电压有效值为10V，可知电阻的热功率为：P＝10W，故D错误。 题型五 变压器（共7小题） 17．如图所示，可拆变压器铁芯由U形部分P和横档部分Q组合而成，为减少铁芯中的涡流损耗，横档部分Q中绝缘硅钢片的堆叠方式应为（　　） A． B． C． 【答案】B 【知识点】变压器的构造与原理． 【解析】解：为减少铁芯中的涡流损耗，应该增加铁芯的电阻，根据电阻定律可知，应该减小铁芯的横截面积，增加铁芯硅钢片的长度，所以横档部分Q中绝缘硅钢片的堆叠方式应为B选项所示，这样能有效减小涡流产生的面积，从而减少涡流损耗，故B正确，AC错误。 18．如图所示为一理想变压器，其原、副线圈匝数比n1：n2＝1：10，副线圈与阻值R＝20Ω的电阻相连。原线圈两端所加的电压，交流电压表的示数为 　 　 ，原线圈中电流的有效值为 　 　 。 【答案】20V；100A 【知识点】变压器的构造与原理；正弦式交变电流的函数表达式及推导． 【解析】解：由交流电的瞬时值可得电压的有效值为UV＝20V，交流电压表的示数为电压的有效值，所以电压表的示数为20V； 根据电压与匝数成正比可得，副线圈的电压为200V，所以电阻R中电流的有效值I'A＝10A；根据电流与匝数成反比可得 原线圈中的电流为I＝100A 19．电热器、微波炉、电磁炉都可用来加热物体，但原理各不相同。 （1）如图1所示为某科创小组设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表格所示。 热风时输入功率 460W 冷风时输入功率 60W 小风扇额定电压 60V 正常工作时小风扇输出功率 52W ①吹冷风时触片P与 　 　 两点相接触，吹热风时触片P与 　 　 接触。 A.ab B.bc C.cd ②变压器原、副线圈的匝数比n1：n2为 　 　 。 ③（计算）求小风扇的内阻R及吹热风时通过电热丝的电流IQ（保留2位有效数字）。 （2）一个可视为定值纯电阻的电热器，分别通以如图2所示的方波交变电流和如图3所示的正弦交变电流。 ①图3所示电流随时间变化的方程为 　 。 ②（计算）电热器两次通电的电功率之比PA：PB。 （3）微波加热的原理是由于食物中含有一定的 　 　 ，在微波电场的作用下会剧烈振荡，从而使食物温度升高。电磁炉加热的原理是电磁炉内的磁感线穿过铁锅后在铁锅锅底处产生 　 　 ，电能转化为内能，进而通过 　 　 使食物温度升高。 【答案】（1）①B；A；②11：3；③小风扇的内阻为8.0Ω，吹热风时通过电热丝的电流为1.0A； （2）①i＝I0sin；②5：4； （3）极性分子；涡流；电流热效应。 【知识点】变压器的构造与原理；电功和电功率的计算；交变电流的u﹣t图像和i﹣t图像． 【解析】解：（1）①吹冷风时电路没有接通，但是变压器要接通，所以触片P位于b、c位置； 吹热风时，电热丝和电风扇均接入电路，即触片P位于a、b位置； ②根据变压器变压规律得：n1：n2＝U1：U2＝220V：60V＝11：3； ③由表格中数据可得通过小风扇的电流：IQA＝1.0A 热功率：P热＝P入﹣P出＝60W﹣52W＝8W 由热功率公式得：P热R 解得：R＝8.0Ω； （2）①根据图像可得电流随时间变化的方程为：i＝I0sin ②对于方波，根据焦耳定律得：R•（）2R•RT，解得：I1 对于正弦式电流，有效值：I2 根据电功率的计算公式可得：PA：PB： 解得：PA：PB＝5：4； （3）微波加热的原理是由于食物中含有一定的极性分子，在微波电场的作用下会剧烈振荡，从而使食物温度升高。 电磁炉加热的原理是电磁炉内的磁感线穿过铁锅后在铁锅锅底处产生涡流，电能转化为内能，进而通过电流热效应使食物温度升高。 20．家用燃气灶点火装置的电路如图（甲）所示，转换器将直流电转换为如图（乙）所示的正弦交流电，并接到理想变压器的原线圈上。当两点火针间电压大于10kV时就会产生尖端放电现象，进而点燃燃气。 ①图乙中正弦交流电电压的有效值是 　 　 。 A．50V B．V C．V D．100V E．25V ②要点燃燃气，变压器副线圈与原线圈的匝数之比k需满足的条件是：　 　 。 ③当k＝400时，点火针每次放电的时间为 　 s（保留两位有效数字）。 【答案】①C；②k＞200；；③1.3×10 ﹣3。 【知识点】理想变压器两端的电压、电流与匝数的关系； 【解析】①根据正弦交流电有效值和最大值的关系式可知，电压有效值为UV，故C正确，ABDE错误。 ②根据变压器的变压比，得变压器副线圈与原线圈的匝数之比k200； ③由变压器的原理，当k＝400时，副线圈的电压最大值为20kV，图像仍然是正弦函数图像，一个周期内只要瞬时电压大于10kV的时间都在放电，根据数学知识可知，点火针每次放电的时间为Δt2×10﹣3s＝1.3×10 ﹣3s。 21．（多选）汽车充电枪内部存在变压器，某一理想变压器为降压变压器，原线圈与正弦式交流电源相连，副线圈通过导线与两个灯泡L1、L2相连，保持电源输出电压不变，电流表均为理想电表，开始时开关S处于断开状态。则当开关S闭合后（两个灯泡都能发光），下列说法正确的是（　　） A．灯泡L1变暗 B．电流表A1的示数变大 C．电流表A2的示数变大 D．变压器原线圈的输入功率变大 【答案】BD 【知识点】变压器的动态分析——原线圈无负载． 【解析】解：AC、开关S闭合后，根据理想变压器电压与匝数成正比得， 由于原线圈输入电压U1不变，匝数比不变，所以副线圈输出电压U2不变，则灯泡L1两端电压不变，通过灯泡L1的电流不变，则电流表A2的示数不变，灯泡L1亮度不变，故AC错误； BD、开关S闭合后，副线圈总电阻变小，副线圈输出电压U2不变，根据欧姆定律可知副线圈总电流I2增大，根据理想变压器电流与匝数成反比得， 可知原线圈电流增大，则电流表A1的示数变大；根据P入＝U1I1可知，变压器原线圈的输入功率变大，故BD正确。 22．如图所示，一理想变压器的原线圈匝数n1为1000匝，所加电压有效值U＝220V，串联了一个阻值为r＝40Ω的电阻；副线圈接入电路的匝数n2可以通过滑动触头Q调节，最大匝数为2000匝。副线圈接有电阻R＝90Ω，当n2＝500匝时，通过R的电流大小为 　 　 A；若相当于变压器及负载在原线圈电路中的等效电阻，当n2为 　 　 匝时，R消耗的功率最大。 【答案】1.1，1500 【知识点】变压器的动态分析——原线圈无负载；变压器的构造与原理 【解析】解：根据闭合电路欧姆定律有U＝I1r+U1 根据变压器电压、电流与匝数比的关系有 2 其中 I2 解得通过R的电流大小为I2＝1.1A 若R相当于变压器及负载在原线圈电路中的等效电阻，将电阻r等效为电动势为220V的电源的内阻，则当外电阻与内阻相等时R上的功率最大，即 R＝r 解得 n2＝1500匝 23．（多选）如图甲所示，一圆形线圈面积，匝数N＝100，电阻不计，处于匀强磁场中，磁感应强度B随时间t正弦变化的图像如图乙所示（取垂直纸面向里为正方向）。导线框右边与理想变压器的原线圈连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为1：10，与副线圈连接的电阻R1＝R2＝200Ω，D为理想二极管，下列说法正确的是（　　） A．t＝0.01s时，圆形线圈中有逆时针方向的电流 B．t＝0.005s时，原线圈两端的电势差为0 C．0～0.005s内，流过R1的电荷量为0.01C D．1s内原线圈输入的能量为150π2J 【答案】BCD 【知识点】结合图像解决变压器问题；产生交变电流的B﹣t或φ﹣t图像 【解析】解：A.0.005s～0.015s时间内，分析题图乙可知，垂直纸面向里的磁感应强度逐渐减小，根据楞次定律及安培定则可知，圆形线圈中产生方向顺时针的感应电流，故A错误； B.在t＝0.005s时，磁感应强度B达到最大值，B﹣t图像的切线斜率为零，此时线圈中产生的感应电动势为零，原线圈两端的电势差为零，故B正确； C.根据 Φ＝BS可知穿过圆形线圈的最大磁通量为Φm＝0.2×100×10﹣4Wb＝2×10﹣3Wb 在0～0.005s内穿过圆形线圈的磁通量的变化量为ΔΦ＝Φm，圆形线圈产生的平均感应电动势为40V 设变压器的输出电压的平均值为，根据 代入数据得，通过R1的平均电流为2A 所以0～0.005s内，流过R1的电荷量为0.005s＝0.01C，故C正确； D.根据题图乙可知 圆形线圈产生的感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝NΦmω＝100×2×10﹣3×100πV＝20πV 所以变压器输出电压的有效值为 电阻R1的功率 因为二极管的存在，所以电阻R2两端电压的有效值根据 T 得 代入数据得U2＝100 πV，则电阻R2的功率为50π2W 变压器的输入功率和输出功率相等，为P＝P1 则1s内原线圈输入的能量W＝Pt 代入数据得W＝150π2J，故D正确。 题型六 远距离输电及其计算（共4小题） 24．“西电东送”是我国西部大开发的标志性工程之一。如图所示为远距离输电的原理图，假设发电厂的输出电压U1恒定不变，输电线的总电阻保持不变，两个变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．当用户负载增多，通过用户用电器的电流频率会增大 B．当用户负载增多，升压变压器的输出电压U2增大 C．若输送总功率不变，当输送电压U2增大时，输电线路损失的热功率增大 D．在用电高峰期，用户电压U4降低，输电线路损失的热功率增大 【答案】D 【知识点】远距离输电的相关计算；电功和电功率的计算；变压器的构造与原理 【解析】解：A．通过用户用电器的电流频率与发电厂电流频率相同，不会变化，与用户负载增多无关，故A错误； B．由于发电厂输出电压恒定不变，原副线圈的匝数不变，根据 可知升压变压器的输出电压U2不变，故B错误； C．若输送总功率不变，根据P＝U2I可知当输送电压U2增大时，输电线路中电流变小，由 可知输电线路损失的热功率变小，故C错误； D．在用电高峰期，用户电压U4降低，电路中电流变大，由 可知输电线路中电流变大，由 可知输电线路损失的热功率增大，故D正确。 25．绿色环保、低碳出行已经成为一种时尚，新能源汽车越来越受市民的喜爱，正在加速“驶入”百姓家，某物理老师为自家电动汽车安装充电桩的电路图如下，已知总电源的输出电压为U1＝220V，输出功率为P1＝3.3×105W，输电线的总电阻r＝12Ω，变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比为n1：n2＝1：15，汽车充电桩的额定电压为50V。则下列说法中正确的有（　　） A．输电线上的电流为100A B．用户获得的功率为1.5×105W C．降压变压器的匝数比为n3：n4＝66：1 D．若充电桩消耗的功率增大，在总电压不变的情况下，充电桩用户端获得的电压也不变 【答案】A 【知识点】远距离输电的相关计算；电功和电功率的计算；变压器的构造与原理． 【解析】解：A、升压变压器原线圈电流为I1，解得I1＝1500A，所以I2I1，得到I2＝100A，故A正确； B、输电线损耗的功率为ΔP＝Prr，解得ΔP＝1.2×105W，所以用户获得的功率为P4＝P1﹣ΔP，解得P4＝2.1×105W，故B错误； C、升压变压器副线圈电压为U2U1，解得U2＝3300V，输电线损耗的电压为ΔU＝I2r，解得ΔU＝1200V，所以降压变压器的匝数比为42，故C错误； D、若充电桩消耗的功率增大，则电源输入总功率变大因为总电压不变，由I可知升压变压器原线圈电流变大，升压变压器副线圈电流变大，则输电线上的损耗电压变大，降压变压器原线圈电压变小，则降压变压器副线圈电压也变小，故D错误。 26．如图为某发电厂的输电原理图，升压变压器原、副线圈匝数比为n1：n2＝3：100，降压变压器原、副线圈匝数比为n3：n4＝100：1。将发电机发出的正弦交流电接在n1的两端，经变压后输送给附近的用户。输电线的总电阻为R0＝1000Ω，其消耗的功率为1000W。若用户端获得的电压为220V，则输电线电流有效值为 　 　 A，发电机输出电压的最大值为 　 　 V。（本题第2空保留3位有效数字） 【答案】1，976。 【知识点】远距离输电的相关计算． 【解析】解：输电线上消耗的功率，P损＝1000W，输电线的总电阻为R0＝1000Ω代入数据得输电线上的电流的有效值I＝1A 设用户端获得电压为U4＝220V，降压变压器输入电压为U3，升压变压器输入端电压为U1，输出端电压为U2，又有 代入数据得U3＝22000V 升压变压器输出端电压U2＝U3+IR0 代入数据得U2＝23000V 对于升压变压器有 代入数据得U1＝690V 故发电机输出电压的最大值为U1max＝690V≈976V 27．水力发电一般是指利用位于高处的河流、湖泊，水流至低处使得水轮机转动，水轮机再推动发电机发电。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低为适合家庭用户、工厂用电设备的电压。 如图所示为该水力发电站发电之后远距离传输给用户的示意图。发电机（内阻不计）的输出电压为U1＝250V，输电线总电阻为r＝4Ω，为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器，而在用户处安装降压变压器，其中n3：n4＝190：11，用户获得电压U4＝220V，用户获得的功率P1＝1.9×105W，若不计变压器损失的能量，求： ①高压输电线中的电流强度I2； ②升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2； 【答案】①高压输电线中的电流强度为50A；②升压变压器原、副线圈的匝数比为1：16； 【知识点】远距离输电的相关计算；变压器的构造与原理 【解析】解： ①由电功率的计算公式：P4＝U4I4 由变压器电流与线圈匝数的比值关系有 联立解得I2＝I3＝50A ②由变压器电压与线圈匝数的比值关系，可得 线路上损失的电压为ΔU＝I2r 又U2＝U3+ΔU 可知升压变压器原、副线圈的匝数比为 联立解得 题型七 电磁振荡及过程分析（共4小题） 28．如图所示的电路中，先闭合开关S，稳定后再断开，图中LC回路开始电磁振荡，则振荡开始后，电容器C的上极板 　 　 （选填“带正电”、“带负电”或“不带电”）；时刻电路中的能量转化情况为 　 　 。 【答案】带正电；电场能正向磁场能转化。 【知识点】电磁振荡及过程分析． 【解析】解：先闭合开关S，稳定后电容器带电量为零，线圈中有从上到下的电流；再断开S，则LC回路开始电磁振荡，当时，即在～T时间内电容器处于反向放电过程，所以上极板带正电，电容器带电量减小，电场能在减小，根据能量守恒定律知磁场能在增加，所以时刻电路中的能量转化情况为：电场能正向磁场能转化。 29．第五代移动通信技术（5G）是一种新型移动通信网络，比4G及以下网络拥有更大的带宽和更快的传输速率。 （1）在5G技术领域，国内某厂遥遥领先。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（　 　 ） A．5G使用的是电磁波 B．5G使用的电磁波在同种介质中传播速度比4G的快 C．5G使用的是纵波 D．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象 （2）甲图表示LC振荡电路，乙图i﹣t图像为其电流随时间变化的图像。在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（　 　 ） A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段 （3）产生5G无线信号电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图所示，则该时刻（　 　 ） A．线圈中磁场的方向向下 B．电容器两极板间电场强度正在变小 C．电容器正在放电，线圈储存的磁场能正在增加 D．线路中的电流正在减小且与线圈中感应电流的方向相反 【答案】（1）A；（2）D；（3）A。 【知识点】电磁振荡及过程分析；电磁波的特点和性质（自身属性）． 【解析】解：（1）AC、5G通信技术采用电磁波，电磁波属于横波，故A正确，C错误； B、5G信号的频率高于4G信号，因此在相同介质中，5G信号的折射率更大，依据可知，5G信号的传播速度小于4G信号，故B错误； D、5G使用的电磁波频率更高，与4G信号频率不同，相遇时不会发生干涉，故D错误。 （2）A、由乙图可知，在Oa段电流逐渐增大，磁场能增加，电容器处于放电过程，M板带正电，故A错误； B、在ab段电流逐渐减小，磁场能减少，电容器处于充电过程，电流方向与Oa段相同，因此M板带负电，故B错误； C、在bc段电流逐渐增大，磁场能增加，电容器处于放电过程，电流方向与Oa段相反，因此M板带负电，故C错误； D、在cd段电流逐渐减小，磁场能减少，电容器处于充电过程，电流方向与Oa段相反，因此M板带正电，故D正确。 （3）A、根据线圈中电流方向，运用右手螺旋定则可判断线圈内部磁场方向向下，故A正确； BC、电流流向电容器正极板，表明电容器正在充电，其电荷量增加，板间电场强度随之增大；由于充电过程电场能增加，则线圈储存的磁场能正在减少，故BC错误； D、由于线圈磁场能减少，可知线路电流正在减小，根据楞次定律，线路电流方向与线圈中感应电流方向相同，故D错误。 30．如图甲所示为LC振荡电路，图乙为该电路中振荡电流i随时间t的变化图像，规定图甲中电流i方向为正方向，关于该振荡过程，下列说法正确的是（　　） A．状态a到状态b过程中，电容器的电量在减小 B．状态b到状态c过程中，自感线圈L的自感电动势在变大 C．状态d点时刻，电容器C的上极板带负电，下极板带正电 D．若仅增大电容器C的电容值，该LC振荡电路的周期会减小 【答案】C 【考点】电磁振荡的图像问题；电磁振荡及过程分析． 【解答】解：A、乙图中状态a到状态b过程中，电流在减小，可得线圈中的磁场能在减小，故电容器中的电场能在增大，所以电容的电量在增加，故A错误； B、状态b到状态c过程中，振荡电路中的电流变化率在减小，所以自感线圈L的自感电动势在变小，故B错误； C、在状态d之前电流是负的，电流流向为逆时针，状态d之前，电流在减小，即电容器的电量在增加，逆时针的电流使得电容器两极板的电量在增加，所以电容器下极板带正电，上极板带负电，故C正确； D、由周期公式T可得，仅增大电容器的电容，该LC振荡电路的周期会增加，故D错误； 31．如图，某时刻LC振荡电路中的电流、电场均向上。 （1）此时， ①电容器上极板带 　 　 。 A．正电 B．负电 ②电流的变化情况是 　 　 。 A．增大 B．不变 C．减小 ③回路中的能量转化情况是 　 　 。 （2）在线圈中插入铁芯后， ①该回路的振荡周期将 　 　 。 A．增大 B．不 C．减小 ②实验发现，电流最大值随时间减小得更快了，原因是 　 　 。 （3）麦克斯韦指出，电场变化得越快，其产生的磁场越强。那么，此时电容器中某处磁场的磁感应强度 　 　 。 A．正在增大 B．保持不变 C．正在减小 （4）若不考虑能量损耗，记回路的振荡周期为T，令此时为t＝0，且电容器和电感器上的能量相等，则接下来两个元件上能量相等的时刻是t＝ 　 　 。 【答案】（1）①B；②C；③磁场能转化为电场能；（2）①A；②插入铁芯后线圈的涡流损耗等能量损耗增大；（3）C；（4）。 【知识点】麦克斯韦电磁场理论；电磁振荡及过程分析；电磁振荡的周期和频率的计算． 【解析】解：（1）①电场方向向上，说明电场由下极板指向上极板，因此上极板带负电，故A错误，B正确。 ②电流向上，表明电容器处于充电过程，充电时电流减小，故AB错误，C正确。 ③充电时电流减小，磁场能减少，电容器电场能增加，磁场能转化为电场能。 （2）①插入铁芯后线圈自感系数L增大，LC振荡周期T＝2π，因此周期增大，故A正确，BC错误。 ②电流最大值衰减更快的原因，插入铁芯后线圈的涡流损耗等能量损耗增大，导致振荡能量更快转化为内能。 （3）麦克斯韦理论指出“电场变化越快，产生的磁场越强”，此时电容器充电，电流减小，因此产生的磁场磁感应强度正在减小，故AB错误，C正确。 （4）电容器和电感器上的能量相等时，当E电＝E磁时，cos2ωt＝sin2ωt，解得，令t＝0时能量相等（对应k＝0），下一次相等的时刻为。 题型八 传感器（共3小题） 32.（多选）物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为Lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3V，内阻不计，实验室某日的光照强度随时间变化曲线如图，当控制开关两端电压U≥2V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是（　　） 照度/Lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 75 40 24 20 18 15 A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻 B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越小 C．若将定值电阻的阻值变为20kΩ，该天6：00后该系统即可工作 D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越短 【答案】BD 【知识点】常见的传感器及分类；闭合电路欧姆定律的内容和表达式 【解析】解：AB．当控制开关两端电压U≥2V时，控制开关会自动启动照明系统，可知光照强度小时，控制开关两端的电压大； 根据表格的数据可知，当光照强度小时，光敏电阻的阻值大，则可推断R1为光敏电阻，R2为定值电阻； 光照强度越大，光敏电阻R1的阻值就越小，因此该电路控制开关两端的电压越小，故A错误，B正确； C．如果将定值电阻的阻值变为20kΩ时，则控制开关自动启动时光敏电阻为40kΩ，根据表格数据可知此时对应的照度为0.4 Lx 结合图乙可知，该天系统工作时间段为：0～6：00、18：00～24：00，故C错误； D．根据题意可知，该电路中的定值电阻的阻值越大，控制开关自动启动时，光敏电阻的阻值越大，此时对应的光照强度就越小，则可得该天照明系统工作的时间就越短，故D正确。 33．传感器在日常生活中有着广泛的应用。它可将许多非电、非磁的物理量转变成电学量来进行检测和控制。它的种类多种多样，其性能也各不相同。 （1）现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为（　 　 ） A．光传感器和位移传感器 B．磁传感器和温度传感器 C．磁传感器和声传感器 D．压力传感器和加速度传感器 （2）力传感器是一种将力信号转变为电信号的电子元件。如图（a）所示，电阻丝R1、R2、R3、R4为四个完全相同的应变片，初始电阻均为R0。当弹性梁右端受力向下弯曲时： ①金属丝电阻大小的变化遵循了（　 　 ） A.欧姆定律 B.电阻定律 C.楞次定律 D.焦耳定律 ②图（a）中四根电阻丝的连接方式如图（b）所示，已知电源电动势为E，内阻不计。弹性梁右端受到外力作用时四个应变片的电阻变化量的绝对值均为Δx，则A、B两端的电压大小UAB＝　 　 。 （3）磁传感器的工作原理是基于霍尔效应。某型号希尔元件的主要部分由一块边长为L、厚度为d的正方形半导体薄片构成，电子的移动方向从SR边进入薄片朝PQ边运动。 ①当突然垂直上表面PQRS面施加一磁感应强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将向（　 　 ）积聚。 A.前表面（PS面） B.后表面（QR面） C.上表面 D.下表面 ②在电子积聚侧的对侧会同时积累等量正电荷，稳定后在薄片中形成场强为E的匀强电场，则稳定后电荷积聚的两边之间的电势差大小为　 　 。 【答案】（1）A；（2）①B，②；（3）①B，②EL。 【知识点】常见传感器的工作原理及应用；霍尔效应与霍尔元件 【解析】解：（1）A．当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，故A正确； BCD．当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，故BCD错误。 （2）①金属丝电阻大小的变化遵循电阻定律，故B正确，ACD错误。 ②根据部分电路欧姆定律可知：R1两端电压 R3两端电压 所以 故答案为：①B，②。 （3）①根据左手定则可知电子受洛伦兹力向QR侧积聚；故ACD错误，B正确。 ②根据电势差的计算公式可知PS与QR边之间的电势差大小为U＝EL。 34．传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感知到的非电信息（如温度、光、声等）转换成对应的电信息，在依赖信息科技的今天被广泛应用。 （1）关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是 　 　 。 A.非电学量→敏感元件→变换电路→电学量→转换元件 B.电学量→敏感元件→变换电路→转换元件→非电学量 C.非电学量→敏感元件→转换元件→变换电路→电学量 D.非电学量→变换电路→转换元件→敏感元件→电学量 （2）（多选）唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个很小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是 　 　 。 A.该传感器是根据电流的磁效应工作的 B.该传感器是根据电磁感应原理工作的 C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变 D.膜片振动时，金属线圈会产生感应电动势 （3）如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则下列说法正确的是 　 　 。 A.C增大表示h增大 B.C增大表示h减小 C.金属芯线与电介质构成一个电容器 D.图中液体可以不是导电液体 【答案】（1）C；（2）BD；（3）A。 【知识点】常见的传感器及分类． 【解析】解：（1）传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，传感器工作的一般流程为，非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，故C正确，ABD错误。 （2）AB.当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转化为电信号，是根据电磁感应原理工作的，故A错误，B正确； C.膜片随着声波而周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，故C错误； D.膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，故D正确。 （3）AB.当电容C增大时，根据电容的决定式C＝ 分析正对面积应增大，则知液面高度h增大，当电容C减小时，则液面高度减小，故A正确，B错误； CD.此传感器是由金属芯线与液体构成一个电容器，其中的液体是电容器的一个极，则此液体必须是导电液体，故CD错误。 $专题04 交变电流、电磁波、传感器 题型1 涡流的产生条件、应用与防止 题型5 变压器 题型2 自感 题型6 远距离输电及其计算 题型3 交变电流的产生 题型7 电磁振荡及过程分析 题型4交变电流的描述 题型8 传感器 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 题型一 涡流的产生条件、应用与防止（共3小题） 1.下列有关磁现象的四种装置对应的物理规律，说法错误的是（　　） A．图甲图中，给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热 B．图乙中磁块在铝管中下落的加速度一定小于当地的重力加速度g C．图丙中电磁炮的基本原理是电能转化为机械能，是一种安培力做正功的电动机模型 D．图丁中的探雷器是利用涡流工作的，探测时是地下的金属感应出涡流，而涡流的磁场会影响线圈中的电流，使仪器报警 2．关于涡流，下列说法中错误的是（　　） A．真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置 B．家用电磁炉是利用涡流使锅体发热的 C．阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动 D．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能增大涡流 3．（多选）工业上常利用感应电炉冶炼金属，装置如图所示。当线圈中通有如图电流时，下列说法正确的是（　　） A．感应炉所接电源应是低频直流电源 B．感应炉所接电源应是高频交流电源 C．电炉最好选择陶瓷材质 D．若增加交流电的频率，冶炼金属的效率不变 E．外侧电炉产生大量的热使金属熔化 题型二 自感（共5小题） 4．图为演示自感现象的实验电路，A1、A2为相同的灯泡，电感线圈L的自感系数较大，且使得滑动变阻器R接入电路中的阻值与线圈L的直流电阻相等，下列判断正确的是（　　） A．接通开关S，灯A1立即变亮 B．接通开关S，灯A2逐渐变亮 C．断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D．断开开关S，灯A1逐渐熄灭，A2闪一下再逐渐熄灭 5．如图所示的电路中，A1、A2是完全相同的两个灯泡，电感线圈L的自感系数很大，电阻与灯泡电阻相等，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关时，灯泡A1、A2同时缓慢变亮直至稳定 B．闭合开关瞬间，灯泡A1的电流为零，线圈的自感电动势也为零 C．断开开关时，通过灯泡A1的电流方向不变，亮度逐渐变暗 D．断开开关时，通过灯泡A2的电流方向改变，亮度先变亮后逐渐变暗 6．如图所示，A和B为两个完全一样的灯泡，L是一个理想电感线圈，R是一个电阻。当电键S突然闭合或断开时，下列判断正确的是（　　） A．无论电键突然闭合还是断开，A和B的现象完全相同 B．电键突然断开，B比A先熄灭 C．电键突然闭合，B比A先亮 D．电键闭合较长时间后，B比A亮 7．为了研究自感现象，设计了如图实验电路。灯泡L1、L2的规格相同，线圈L的直流电阻不计，滑动变阻器的滑动触头在中点位置。开关断开前后，灯泡L2中的电流随时间的变化图像是（　　） A． B． C． D． 8．关于课本中出现的几幅图片，下列依次的解释正确的是（　　） A．真空冶炼炉利用线圈产生的热量使金属熔化 B．使用电磁炉加热食物可以用陶瓷锅 C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流 D．探雷器使用必须不断的移动，当探雷器静止在地雷上方时，将无法报警 题型三 交变电流的产生（共4小题） 9．如图所示，为交流发电机的示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈转动时通过滑环和电流保持与外电路的闭合。假设线圈沿逆时针方向匀速转动，则下列说法正确的是（　　） A．线圈通过图中位置瞬间，AB边的电流方向由A到B B．线圈通过图中位置瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率为零 C．线圈通过图中位置瞬间，通过电阻的电流瞬时值最大 D．若使线圈转动的角速度增大一倍，那么通过电阻电流的有效值变为原来的倍 10．如图所示，矩形线圈以ad和bc的中点连线为转动轴，在轴的两侧有磁感应强度大小相等、方向相反的两个有理想边界的匀强磁场．线圈由其平面垂直于磁场方向的位置开始匀速转动180°的过程中（　　） A．感应电流方向先abcda，后adcba B．感应电流方向先adcba，后abcda C．感应电流方向始终为abcda D．始终无感应电流 11．100匝矩形线圈在匀强磁场中绕其垂直于磁场的一边匀速转动，产生如图所示的电动势．可知线圈转动的角速度ω＝　 　 rad/s．穿过线圈的磁通量最大值φmax＝　 Wb，此时的电动势值e＝　 　 V．在t＝0.01/6s时刻，线圈平面与磁感应强度的夹角等于　 　 ． 12．如图所示，图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，下列说法正确的是（　　） A．图甲电压的有效值为311V B．图甲电压的瞬时值表达式为u＝220sin（100πt）（V） C．图乙是直流电 D．图乙电压的有效值小于220V 题型四 交变电流的描述（共4小题） 13．每次当你按下开关时，你应该想一想尼古拉•特斯拉，交流电的发明者。特斯拉比其他任何一位发明家都更有资格说自己开创了电力时代。如今我国居民用电就是220V、50Hz的正弦交流电。 （1）写出我国居民用正弦交流电电压瞬时值的表达式U＝　 ，这意味着该电流每秒钟会变 向 　　 次，　 　 直接将一个额定电压为250V的电容接入电路使用（选填“可以”或者“不可以”）。 （2） 某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流。现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图像 是 　 　 。 （3）A、B是两个完全相同的电热器，当A通以图甲所示的方波式交变电流，B通以图乙所示的居民用正弦式交变电流时，A、B的发热功率相等。则IA：IB为 　 　 。 A．5：4 B．4：5 C．2： D．：2 （4）以下四种情景中产生正弦交变电流的是 　 　 。 A．图甲中矩形线圈绕与匀强磁场方向垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动 B．图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，绕轴线OO′匀速转动 C．图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈，铁芯绕轴线转动 D．图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中心轴转动 14．如图所示是一交变电流的i﹣t图象，则该交流电电流的有效值为（　　） A．4 A B．2A C．A D．A 15．如图所示，边长为L＝0.1m、绕线N＝500匝、总电阻为r＝1Ω的正方形线圈abcd处于磁感应强度为B＝0.2T、水平向右的匀强磁场中，线圈以角速度ω＝2rad/s绕轴OO′匀速转动，外接电阻值为R＝4Ω，则当线圈处于图示位置时，线圈产生的感应电动势的有效值为 　1.41　 V，交流电压表V的示数为 　1.13　 V（均保留3位有效数字）。 16．实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转50圈，读出电压表的示数为10V。已知R＝10Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是（　　） A．线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零 B．从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为icos100πtA C．流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次 D．电阻R上的热功率为20W 题型五 变压器（共7小题） 17．如图所示，可拆变压器铁芯由U形部分P和横档部分Q组合而成，为减少铁芯中的涡流损耗，横档部分Q中绝缘硅钢片的堆叠方式应为（　　） A． B． C． 18．如图所示为一理想变压器，其原、副线圈匝数比n1：n2＝1：10，副线圈与阻值R＝20Ω的电阻相连。原线圈两端所加的电压，交流电压表的示数为 　 　 ，原线圈中电流的有效值为 　 　 。 19．电热器、微波炉、电磁炉都可用来加热物体，但原理各不相同。 （1）如图1所示为某科创小组设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表格所示。 热风时输入功率 460W 冷风时输入功率 60W 小风扇额定电压 60V 正常工作时小风扇输出功率 52W ①吹冷风时触片P与 　 　 两点相接触，吹热风时触片P与 　 　 接触。 A.ab B.bc C.cd ②变压器原、副线圈的匝数比n1：n2为 　 　 。 ③（计算）求小风扇的内阻R及吹热风时通过电热丝的电流IQ（保留2位有效数字）。 （2）一个可视为定值纯电阻的电热器，分别通以如图2所示的方波交变电流和如图3所示的正弦交变电流。 ①图3所示电流随时间变化的方程为 　 。 ②（计算）电热器两次通电的电功率之比PA：PB。 （3）微波加热的原理是由于食物中含有一定的 　 　 ，在微波电场的作用下会剧烈振荡，从而使食物温度升高。电磁炉加热的原理是电磁炉内的磁感线穿过铁锅后在铁锅锅底处产生 　 　 ，电能转化为内能，进而通过 　 　 使食物温度升高。 20．家用燃气灶点火装置的电路如图（甲）所示，转换器将直流电转换为如图（乙）所示的正弦交流电，并接到理想变压器的原线圈上。当两点火针间电压大于10kV时就会产生尖端放电现象，进而点燃燃气。 ①图乙中正弦交流电电压的有效值是 　 　 。 A．50V B．V C．V D．100V E．25V ②要点燃燃气，变压器副线圈与原线圈的匝数之比k需满足的条件是：　 　 。 ③当k＝400时，点火针每次放电的时间为 　 s（保留两位有效数字）。 21．（多选）汽车充电枪内部存在变压器，某一理想变压器为降压变压器，原线圈与正弦式交流电源相连，副线圈通过导线与两个灯泡L1、L2相连，保持电源输出电压不变，电流表均为理想电表，开始时开关S处于断开状态。则当开关S闭合后（两个灯泡都能发光），下列说法正确的是（　　） A．灯泡L1变暗 B．电流表A1的示数变大 C．电流表A2的示数变大 D．变压器原线圈的输入功率变大 22．如图所示，一理想变压器的原线圈匝数n1为1000匝，所加电压有效值U＝220V，串联了一个阻值为r＝40Ω的电阻；副线圈接入电路的匝数n2可以通过滑动触头Q调节，最大匝数为2000匝。副线圈接有电阻R＝90Ω，当n2＝500匝时，通过R的电流大小为 　 　 A；若相当于变压器及负载在原线圈电路中的等效电阻，当n2为 　 　 匝时，R消耗的功率最大。 23．（多选）如图甲所示，一圆形线圈面积，匝数N＝100，电阻不计，处于匀强磁场中，磁感应强度B随时间t正弦变化的图像如图乙所示（取垂直纸面向里为正方向）。导线框右边与理想变压器的原线圈连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为1：10，与副线圈连接的电阻R1＝R2＝200Ω，D为理想二极管，下列说法正确的是（　　） A．t＝0.01s时，圆形线圈中有逆时针方向的电流 B．t＝0.005s时，原线圈两端的电势差为0 C．0～0.005s内，流过R1的电荷量为0.01C D．1s内原线圈输入的能量为150π2J 题型六 远距离输电及其计算（共4小题） 24．“西电东送”是我国西部大开发的标志性工程之一。如图所示为远距离输电的原理图，假设发电厂的输出电压U1恒定不变，输电线的总电阻保持不变，两个变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．当用户负载增多，通过用户用电器的电流频率会增大 B．当用户负载增多，升压变压器的输出电压U2增大 C．若输送总功率不变，当输送电压U2增大时，输电线路损失的热功率增大 D．在用电高峰期，用户电压U4降低，输电线路损失的热功率增大 25．绿色环保、低碳出行已经成为一种时尚，新能源汽车越来越受市民的喜爱，正在加速“驶入”百姓家，某物理老师为自家电动汽车安装充电桩的电路图如下，已知总电源的输出电压为U1＝220V，输出功率为P1＝3.3×105W，输电线的总电阻r＝12Ω，变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比为n1：n2＝1：15，汽车充电桩的额定电压为50V。则下列说法中正确的有（　　） A．输电线上的电流为100A B．用户获得的功率为1.5×105W C．降压变压器的匝数比为n3：n4＝66：1 D．若充电桩消耗的功率增大，在总电压不变的情况下，充电桩用户端获得的电压也不变 26．如图为某发电厂的输电原理图，升压变压器原、副线圈匝数比为n1：n2＝3：100，降压变压器原、副线圈匝数比为n3：n4＝100：1。将发电机发出的正弦交流电接在n1的两端，经变压后输送给附近的用户。输电线的总电阻为R0＝1000Ω，其消耗的功率为1000W。若用户端获得的电压为220V，则输电线电流有效值为 　 　 A，发电机输出电压的最大值为 　 　 V。（本题第2空保留3位有效数字） 27．水力发电一般是指利用位于高处的河流、湖泊，水流至低处使得水轮机转动，水轮机再推动发电机发电。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低为适合家庭用户、工厂用电设备的电压。 如图所示为该水力发电站发电之后远距离传输给用户的示意图。发电机（内阻不计）的输出电压为U1＝250V，输电线总电阻为r＝4Ω，为了减小损耗采用了高压输电。在发电机处安装升压变压器，而在用户处安装降压变压器，其中n3：n4＝190：11，用户获得电压U4＝220V，用户获得的功率P1＝1.9×105W，若不计变压器损失的能量，求： ①高压输电线中的电流强度I2； ②升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2； 题型七 电磁振荡及过程分析（共4小题） 28．如图所示的电路中，先闭合开关S，稳定后再断开，图中LC回路开始电磁振荡，则振荡开始后，电容器C的上极板 　 　 （选填“带正电”、“带负电”或“不带电”）；时刻电路中的能量转化情况为 　 　 。 29．第五代移动通信技术（5G）是一种新型移动通信网络，比4G及以下网络拥有更大的带宽和更快的传输速率。 （1）在5G技术领域，国内某厂遥遥领先。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（　 　 ） A．5G使用的是电磁波 B．5G使用的电磁波在同种介质中传播速度比4G的快 C．5G使用的是纵波 D．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象 （2）甲图表示LC振荡电路，乙图i﹣t图像为其电流随时间变化的图像。在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中（　 　 ） A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段 （3）产生5G无线信号电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图所示，则该时刻（　 　 ） A．线圈中磁场的方向向下 B．电容器两极板间电场强度正在变小 C．电容器正在放电，线圈储存的磁场能正在增加 D．线路中的电流正在减小且与线圈中感应电流的方向相反 30．如图甲所示为LC振荡电路，图乙为该电路中振荡电流i随时间t的变化图像，规定图甲中电流i方向为正方向，关于该振荡过程，下列说法正确的是（　　） A．状态a到状态b过程中，电容器的电量在减小 B．状态b到状态c过程中，自感线圈L的自感电动势在变大 C．状态d点时刻，电容器C的上极板带负电，下极板带正电 D．若仅增大电容器C的电容值，该LC振荡电路的周期会减小 31．如图，某时刻LC振荡电路中的电流、电场均向上。 （1）此时， ①电容器上极板带 　 　 。 A．正电 B．负电 ②电流的变化情况是 　 　 。 A．增大 B．不变 C．减小 ③回路中的能量转化情况是 　 　 。 （2）在线圈中插入铁芯后， ①该回路的振荡周期将 　 　 。 A．增大 B．不 C．减小 ②实验发现，电流最大值随时间减小得更快了，原因是 　 　 。 （3）麦克斯韦指出，电场变化得越快，其产生的磁场越强。那么，此时电容器中某处磁场的磁感应强度 　 　 。 A．正在增大 B．保持不变 C．正在减小 （4）若不考虑能量损耗，记回路的振荡周期为T，令此时为t＝0，且电容器和电感器上的能量相等，则接下来两个元件上能量相等的时刻是t＝ 　 　 。 题型八 传感器（共3小题） 32.（多选）物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为Lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，已知直流电源电动势E＝3V，内阻不计，实验室某日的光照强度随时间变化曲线如图，当控制开关两端电压U≥2V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是（　　） 照度/Lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 75 40 24 20 18 15 A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻 B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越小 C．若将定值电阻的阻值变为20kΩ，该天6：00后该系统即可工作 D．该电路中定值电阻阻值越大，该天的照明系统工作的时间越短 33．传感器在日常生活中有着广泛的应用。它可将许多非电、非磁的物理量转变成电学量来进行检测和控制。它的种类多种多样，其性能也各不相同。 （1）现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为（　 　 ） A．光传感器和位移传感器 B．磁传感器和温度传感器 C．磁传感器和声传感器 D．压力传感器和加速度传感器 （2）力传感器是一种将力信号转变为电信号的电子元件。如图（a）所示，电阻丝R1、R2、R3、R4为四个完全相同的应变片，初始电阻均为R0。当弹性梁右端受力向下弯曲时： ①金属丝电阻大小的变化遵循了（　 　 ） A.欧姆定律 B.电阻定律 C.楞次定律 D.焦耳定律 ②图（a）中四根电阻丝的连接方式如图（b）所示，已知电源电动势为E，内阻不计。弹性梁右端受到外力作用时四个应变片的电阻变化量的绝对值均为Δx，则A、B两端的电压大小UAB＝　 　 。 （3）磁传感器的工作原理是基于霍尔效应。某型号希尔元件的主要部分由一块边长为L、厚度为d的正方形半导体薄片构成，电子的移动方向从SR边进入薄片朝PQ边运动。 ①当突然垂直上表面PQRS面施加一磁感应强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将向（　 　 ）积聚。 A.前表面（PS面） B.后表面（QR面） C.上表面 D.下表面 ②在电子积聚侧的对侧会同时积累等量正电荷，稳定后在薄片中形成场强为E的匀强电场，则稳定后电荷积聚的两边之间的电势差大小为　 　 。 34．传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感知到的非电信息（如温度、光、声等）转换成对应的电信息，在依赖信息科技的今天被广泛应用。 （1）关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是 　 　 。 A.非电学量→敏感元件→变换电路→电学量→转换元件 B.电学量→敏感元件→变换电路→转换元件→非电学量 C.非电学量→敏感元件→转换元件→变换电路→电学量 D.非电学量→变换电路→转换元件→敏感元件→电学量 （2）（多选）唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个很小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是 　 　 。 A.该传感器是根据电流的磁效应工作的 B.该传感器是根据电磁感应原理工作的 C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变 D.膜片振动时，金属线圈会产生感应电动势 （3）如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则下列说法正确的是 　 　 。 A.C增大表示h增大 B.C增大表示h减小 C.金属芯线与电介质构成一个电容器 D.图中液体可以不是导电液体 $