第十二章 交变电流 电磁振荡与电磁波 综合测试 -2027届高三物理一轮复习

**基本信息** 以交变电流、电磁振荡与电磁波为核心，通过典型题例系统整合电磁感应、变压器原理及传感器应用，提炼动态分析、模型建构等科学思维方法。 **综合设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |交变电流基础|题1-4|辐向磁场切割电动势判断、交流电有效值计算、平均电流定义应用|电磁感应→交变电流产生→表征量计算的逻辑链条| |变压器与输电|题3、7-8、11-12|变压器电压比公式修正、输电功率动态分析、等效电阻法|互感原理→理想变压器模型→实际输电能量损失的拓展| |电磁振荡与传感器|题5、9-10、13-14|LC振荡频率公式、光敏电阻分压特性、加速度计电路分析|电磁振荡规律→传感器原理→实际应用的转化| |综合计算|题15|磁力耦合器电动势推导、焦耳热计算|电磁感应定律→能量守恒→实际工程问题的建模|

第十二章 交变电流 电磁振荡与电磁波 综合测试 (满分：100分) 一、选择题:(本题共12小题) 1．如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁体的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的磁场。若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是(　　) 2．一气体放电管，当其两电极间的电压超过500 V时，就放电而发光，在它发光的情况下逐渐降低电压，要降到500 V时才熄灭。放电管两电极不分正负。现有一正弦交流电源，输出电压峰值为1000 V，频率为50 Hz，若用它给上述放电管供电，则在一小时内放电管实际发光的时间为(　　) A．15分钟 B．25分钟 C．30分钟 D．45分钟 3．在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有三分之一通过另一个线圈，其余的通过中间的臂。已知当线圈1输入电压900 V时，在不接负载的情况下，线圈2的输出电压为600 V。则当线圈2的输入电压为600 V时，在不接负载的情况下，线圈1的输出电压为(　　) A．900 V B．600 V C．400 V D．100 V 4．电流随时间变化的规律如图所示，每个周期的前半个周期电流随时间按照正弦形式的规律变化，后半个周期的电流为0，已知电流的最大值为I0，则在0～T过程中的平均电流为(　　) A．I0 B．I0 C．I0 D．I0 5．如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。两弹簧处于原长时，M位于R的中点，理想电压表的指针位于表盘中央。当P端电势高于Q端时，指针位于表盘右侧。将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是(　　) A．若M位于R的中点右侧，P端电势低于Q端 B．电压表的示数随物体加速度的增大而增大，但不成正比 C．若电压表指针位于表盘左侧，则物体速度方向向右 D．若电压表指针位于表盘左侧，则物体加速度方向向右 6.钳形电流测量仪的结构图如图所示,其铁芯在捏紧扳手时会张开,可在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,下列说法正确的是(　　) A.该测量仪可测量直流电的电流 B.载流导线中电流大小I0= C.若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流将大于实际电流 D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数将变大 7.根据国家能源局统计,截至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 8.(2025安徽卷)某理想变压器的实验电路如图所示,原、副线圈总匝数之比n1∶n2=1∶3,A为理想交流电流表。初始时,输入端a、b间接入电压u=12sin(100πt) V的正弦式交变电流,变压器的滑片P位于副线圈的正中间,电阻箱R的阻值调为6 Ω。要使电流表的示数变为2.0 A,下列操作正确的是(　　) A.电阻箱R的阻值调为18 Ω B.副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的 C.输入端电压调为u=12sin(50πt) V D.输入端电压调为u=6sin(100πt) V 9.图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图:预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路,当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,使得振荡电流频率发生变化,检测器将该信号发送至车牌识别器,从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙,则下列有关说法不正确的是(　　) A.t1时刻电容器间的电场强度为最小值 B.t1~t2时间内,电容器处于充电过程 C.汽车靠近线圈时,振荡电流频率变小 D.从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈 10.(多选)如图所示，为了测量储物罐中不导电液体的高度，有人设计了一个监测液面高度变化的传感器。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储物罐中，电容C可通过开关S与电感或电源相连，当开关从a拨到b时，由电感L和电容C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知液面的升降情况。关于此装置下面说法正确的是(　　) A．电源电动势越小，则振荡电流的频率越低 B．当电路中电流最大时，电容器两端的电压最小 C．开关从a拨向b瞬间，电感L的自感电动势为零 D．检测到振荡电流的频率增加，说明液面高度在降低 11．(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为k，且k>1，电源输出电压U0保持恒定，定值电阻的阻值分别为R1、R2，电流表、电压表均为理想电表。开始时，滑动变阻器的触头位于某一位置，电流表、电压表的示数分别用I1和U1表示；现将变阻器的触头向b端移动后，电流表、电压表的示数分别用I2和U2表示，电流表、电压表示数变化分别用ΔI和ΔU表示。下列表达式正确的是(　　) A．＝ B．< C．＝k2R1 D．＝ 12．(2025·湖北卷，8)(多选)在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，两变压器间输电线路电阻为r。下列说法正确的是(　　) A．仅增加用户数，r消耗的功率增大 B．仅增加用户数，用户端的电压增大 C．仅适当增加n2，用户端的电压增大 D．仅适当增加n2，整个电路消耗的电功率减小 二．实验题： 13.光敏电阻的阻值随光照强弱的变化而变化。光控路灯可以根据光照强度的变化自动开启或关闭。如图甲所示是一种光控开关电路。图中用发光二极管LED模拟“路灯”,RG为光敏电阻、R2为发光二极管的限流电阻、VT为三极管。可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路。当三极管VT的b、e间电压达到一定临界值后,使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管VT到达电源负极的回路被导通,二极管发光。改变可变电阻R1,可控制电路根据环境的光照强弱点亮“路灯”。 甲 乙 (1)图乙为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别对应光敏电阻受到的光照强度由弱到强。由图像可知,光敏电阻接入电路中的阻值随其表面受到的光照强度的增强而　　　　(选填“增大”或“减小”)。  (2)在图甲所示的电路中,若要在天更暗时才点亮“路灯”,可将可调电阻R1的阻值调得更　　(选填“大”或“小”)些。 14．某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路，所用器材有：电源E(电动势3 V)；电压表和(量程均有3 V和15 V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图，图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。 (1)电路连接。 图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表、间的实物图连线。 (2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。 ①将图甲中R的滑片置于________端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。 ②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。的示数如图丙所示，读数U1为________ V，的示数U2为1．17 V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(填“较大”或“较小”)。 ③断开S。 (3)光源跟踪测试。 ①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。 ②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2，图乙中的电动机带动电池板________(填“逆时针”或“顺时针”)转动，直至________时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。 三．计算题：(计算要有必要的文字说明和解题步骤，有数值的要注明单位) 15.(2025江苏卷)圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成,工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴OO'转动。外转子半径为r1,由四个相同的单匝线圈紧密围成,每个线圈的电阻均为R,直边的长度均为L,与轴线平行。内转子半径为r2,由四个形状相同的永磁体组成,磁体产生径向磁场,线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度ω0匀速转动,某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。 甲 乙 (1)若内转子固定,求ab边产生感应电动势的大小E; (2)若内转子固定,求外转子转动一周,线圈abcd产生的焦耳热Q; (3)若内转子不固定,外转子带动内转子匀速转动,此时线圈中感应电流为I,求线圈abcd中电流的周期T。 参考答案: 1.答案：D解析：因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线呈辐向分布，线框与磁感线垂直的两边所在处的磁感应强度的大小相等，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，A、B错误；线框越过竖直方向的空隙段后，线框切割磁感线产生的感应电动势的方向发生变化，故C错误，D正确。 2.答案：C解析：根据题意该交流电电压的瞬时值表达式为u＝Umsin2πft＝1000sin(100πt) V，在前半个周期内，当t＝时开始发光，t＝时停止发光，发光时间为Δt＝－＝，整个周期的发光时间为t1＝2Δt＝，故一个小时内的发光时间为t0＝×＝30 min，故C正确，A、B、D错误。 3.答案：D解析：由变压器原理知，当从线圈1输入电压U1＝900 V时，线圈2的输出电压为U2＝600 V，根据＝＝＝，又＝，解得＝；当从线圈2输入电压U2′＝600 V时，得＝＝×＝6，得U1′＝100 V，故D正确。 4.答案：D解析：根据＝n，＝，＝，联立解得q＝n，在0～T过程中ΔΦ＝2BS，电流的最大值为I0＝＝，联立解得0～T过程通过某截面的电荷量q＝，在0～T过程中的平均电流为＝＝＝I0，所以D正确，A、B、C错误。 5.答案：D解析：由题图可知，P端电势与M的电势始终相等，Q端电势与R的中点的电势始终相等。因电路中的电流沿逆时针方向，则滑动变阻器R上的电势从右向左逐渐降低，若M位于R的中点右侧，则M的电势高于R的中点的电势，即P端电势高于Q端电势，A错误；设滑块与滑动片的总质量为m，两弹簧的劲度系数均为k，滑动变阻器单位长度的电阻为R0，电路总电阻为R总，当物体加速度为a时，滑块与滑动片加速度也为a，根据牛顿第二定律可得，弹簧形变量x＝，而回路中电流始终为I＝，R的中点与M间的电阻Rx＝xR0，R的中点与M间的电压即电压表示数U＝IRx，联立得U＝a，即电压表的示数与物体的加速度成正比，B错误；由题意可知，若电压表指针位于表盘左侧，则Q端电势高于P端，即R的中点的电势高于M的电势，M位于R的中点左侧，所以滑块左侧弹簧压缩、右侧弹簧伸长，滑块所受合力向右，故物体加速度方向向右，物体可能向右做加速运动，也可能向左做减速运动，故C错误，D正确。 6.答案：D解析：钳形电流测量仪实质上是一个升压变压器,原理为电磁感应,只能测量交变电流的电流,A错误;根据,得载流导线中电流大小I0=nI,B错误;若钳形部分铁芯没有完全闭合,则内置线圈中的磁场变小,磁通量变化率减小,内置线圈中产生的感应电动势减小,感应电流减小,则测量出的电流将小于实际电流,C错误;根据n1I1=n2I2可知,若将载流导线在铁芯上多绕几匝,即n1变大,I1、n2不变,则钳形电流测量仪的示数I2将变大,D正确。 7.答案：A解析：转子在磁场中转动时产生的电动势的有效值为E=,当转子角速度增加一倍时,升压变压器原副线圈两端电压都增加一倍,输电线上的电流变为I2'=2I2,故R0上消耗的电功率变为原来的4倍,故A正确。升压变压器副线圈匝数增加一倍,副线圈两端电压增加一倍,输电线上的电流增加一倍,故R0上消耗的电功率变为原来的4倍,故C错误。设降压变压器的原副线圈匝数比为k∶1,将降压变压器和用电器整体等效成一个电阻,等效电阻为=k2R,等效电路图如图所示,则输电线上的电流为I2=,R0消耗的功率P=R0;若R0阻值增加一倍,输电线路上的电流I2″=,R0消耗的功率P1=I2″2·2R0≠4P,故B错误。若在用户端再并联一个完全相同的电阻R,用户端电阻减为原来的一半,输电线上的电流为I2‴=,R0消耗的功率P2=I2‴2R0≠6P,故D错误。 8.答案：B解析：输入电压峰值为Um=12 V,则输入电压有效值为U1==12 V,滑片在正中间,根据变压比可知,输出电压U2=U1=18 V,若将电阻箱阻值调为18 Ω,则理想交流电流表的示数为1.0 A,故A错误;若将副线圈匝数调为总匝数的,根据变压比可知,输出电压U2'=U1=12 V,则副线圈电流变为I2'==2.0 A,故B正确;输入端电压调为u=12sin(50πt) V时,其有效值不变,不会导致电流的变化,故C错误;将输入电压峰值减小一半,则输入电压有效值变为U1″==6 V,输出电压U2″=U1″=9 V,副线圈电流变为I2″==1.5 A,故D错误。 9.答案：D解析： t1时刻电流最大,线圈中磁场能最大,电容器中电场能最小,电容器间的电场强度为最小值,故A正确,不符合题意;t1~t2时间内,电流逐渐减小,线圈中磁场能减小,电容器中电场能增大,电容器处于充电过程,故B正确,不符合题意;当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,根据T=2π可知周期变大,频率变小,故C正确,不符合题意;从图乙波形可知周期越来越小,频率越来越大,汽车正远离地感线圈,故D错误,符合题意。 10.答案：BD解析：在LC振荡电路中，振荡电流的频率为f＝，与电源电动势无关，故A错误；当电路中电流最大时，电容器放电完毕，此时电容器两端的电压最小，故B正确；开关从a拨向b瞬间，电流最小，电流的变化率最大，则电感L的自感电动势最大，故C错误；检测到振荡电流的频率增加，说明电容器的电容减小，根据C＝可知εr减小，说明两极板间作为电介质的不导电液体减少，即液面高度在降低，故D正确。 11.答案：BD解析：根据欧姆定律有U＝I(R＋R2)，则＝R＋R2，将变阻器的触头向b端移动后，R增大，则<，A错误，B正确；设变压器原线圈中的电流为I′，原线圈两端的电压为U′，有U0＝I′R1＋U′，根据变压器规律得＝k，＝k，联立可得U0＝I＋kU，变形得U＝－I，因此＝，C错误，D正确。 12.答案：AC解析：可将降压变压器和用户端等效为一个电阻R等，设用户端的总电阻为R，右侧降压变压器的匝数比为k，降压变压器原线圈两端电压为U3，副线圈两端电压为U4，原线圈中的电流为I3，副线圈中的电流为I4，则有＝k，＝，由欧姆定律有R等＝，R＝，联立可得R等＝k2R。仅增加用户数，则R减小，R等减小，又交流发电机的输出电压即升压变压器的输入电压U1不变，＝，所以升压变压器的输出电压U2不变，则输电线路上的电流I2＝增大，r消耗的功率Pr＝Ir增大，右侧降压变压器的输入电压U3＝U2－I2r减小，又＝k，可知用户端的电压U4减小，A正确，B错误。仅适当增加n2，因U1不变，＝，则左侧升压变压器的输出电压U2增大，U3＝U2增大， 又＝k，则用户端的电压U4增大，整个电路消耗的电功率P总＝增大，C正确，D错误。 13.答案 (1)减小　(2)大 解析 (1)I-U图像的斜率表示电阻的倒数,由图乙可知图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的斜率逐渐变大,所以光敏电阻接入电路中的阻值随其表面受到的光照强度的增强而减小。 (2)光敏电阻接入电路中的阻值随其表面受到的光照强度的增强而减小,在天更暗时光敏电阻的阻值较大,由于三极管VT的b、e间电压即为光敏电阻两端的电压,光敏电阻的电阻增大到一定程度时三极管才导通,二极管发光,则若在天更暗时才点亮“路灯”,需要将可调电阻R1的阻值调得更大些。 14.答案：(1)如图所示　(2)①b　②1．60　较大 (3)②逆时针　U1＝U2 解析：(1)由题图甲可知，滑动变阻器采用分压式接法，RG1与RG2串联，、分别测RG1、RG2两端电压，又电源电动势为3 V，所以电压表选择0～3 V量程，据此完成实物图连线如答图所示。 (2)①为了保证电路的安全，实验开始前，应使闭合开关S后分压电路两端电压为0，则要将R的滑片置于b端。 ②电压表量程为3 V，由题图丙知精度为0．1 V，则读数为1．60 V；电压表比电压表的示数大，根据串联电路分压规律可知，RG1＞RG2，结合题中信息可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。 (3)②两电压表的示数U1＜U2，根据(2)分析可知，RG1表面的光照强度比RG2表面的大，则手电筒的光应从左上方斜射下来，因此电动机应带动电池板逆时针转动，直至U1＝U2时停止转动，从而使电池板正对手电筒发出的光。 15.答案: (1)BLr1ω0　(2) 　(3) 解析: (1)由题意可知,ab边处在磁感应强度大小为B的磁场中, 则ab边切割磁感线产生感应电动势E=BLv 又v=r1ω0 联立解得E=BLr1ω0。 (2)由以上分析知,单个线圈产生的感应电动势E1=2BLr1ω0 由于线圈转动过程中电动势大小不变,若内转子固定,外转子转动一周, 线圈abcd产生的焦耳热Q=T1 又T1= 联立解得Q=。 (3)设内转子转动的角速度为ω 线圈abcd产生的感应电动势E2=2BLr1(ω0-ω) 由欧姆定律得E2=IR 分析可知,线圈相对内转子转动180°,线圈电流方向改变2次,恰好为一个电流变化周期 则有T= 联立解得T=。 学科网（北京）股份有限公司 $