2021年高考物理精品试题专题29 交变电流 传感器（A）

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2021年高考物理精品试题专题29 交变电流 传感器（A）一、选择题在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，某同学设计了一种报警装置，电路如图所示，M 是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻 RM 会发生变化，导致 S 两端电压 U 增大，从而使装置发出警报，E 为内阻不计的电阻，此过程中 A．此过程中流过电源的电流变小 B．此过程中流过传感器 M 的电流变小 C． RM 变大，且 R 越大，U 增大越明显 D． RM 变小，且 R 越大，U 增大越明显如图所示，电阻为 r 、匝数为 N 、面积为 S 的矩形线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度 ω 匀速转动，接入电路中变阻器的阻值为 R。t=0 时，线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则 A． t=0 时，线圈中的感应电动势 E=NBSω B．电压表的示数为 NBSωR+r C．滑片 P 向下滑动时，电流表的读数变大 D．线圈匀速转动的角速度 ω 变大时，电流表的读数变大如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线 a 、 b 所示，则 A．两次 t=0 时刻线圈的磁通量均为零 B．曲线 a 、 b 对应的线圈转速之比为 2:3 C．曲线 a 表示的交变电动势有效值为 15 V D．曲线 b 表示的交变电动势最大值为 10 V 在匀强磁场中，一个 100 匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量 Φ 随时间 t 的变化关系如图所示，已知线圈总电阻为 2 Ω，则 A． t=1.0 s 时线圈平面平行于磁感线 B． t=1.5 s 时线圈中感应电流为 0 C． t=2.0 s 时线圈中的感应电动势为 0 D．一个周期内线圈产生的热量为 8 J 图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中 R1=55 Ω，R2=110 Ω，A 、 V 为理想电流表和电压表，若流过负载 R1 的正弦交变电流如图乙所示，已知原副线圈匝数比为 2:1，下列说法正确的是 A．电流表的示数为 2 A B．原线圈中交变电压的频率为 100 Hz C．电压表的示数为 156 V D．变压器的输入功率 330 W 如图所示，图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。发电机线圈内阻为 1 Ω，外接灯泡的电阻为 9 Ω 恒定不变，则下列说法中正确的为 A．电压表的示数为 6 V B．发电机的输出功率为 4 W C．在 1.0×10−2 s 时刻，穿过线圈的磁通量最大 D．在 1.0×10−2 s 时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大如图甲所示电路中，L1 、 L2 、 L3 为三只“6 V，3 W”的灯泡，变压器为理想变压器，各电表均为理想电表，当 ab 端接如图乙所示的交变电压时，三只灯泡均正常发光，下列说法中正确的是 A．变压器原副线圈的匝数比为 1:2 B．副线圈两端输出的交流电频率为 50 Hz C．电流表的示数为 0.5 A D．电压表的示数为 18 V 二、双选题如图所示，线圈 ABCD 匝数 n=10，面积 S=0.4 m2，边界 MN（与线圈的 AB 边重合）右侧存在磁感应强度 B=2π T 的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕 AB 边以 ω=10π rad/s 的角速度匀速转动。则以下说法正确的是 A．线圈产生的是正弦交流电 B．线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为 80 V C．线圈转动 160 s 时瞬时感应电动势为 403 V D．线圈产生的感应电动势的有效值为 40 V 三、多选题图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比 n1:n2=5:1。原线圈接入如图甲所示的正弦交流电。电路中电表均为理想电表，定值电阻 R1=R2=4 Ω，D 为理想二极管（该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大），则 A．电阻 R2 两端的电压频率为 50 Hz B．电流表的示数为 5 A C．原线圈的输入功率为 150 W D．将 R1 摘掉，电压表的示数不变四、双选题在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图所示。当变压器输入电压发生变化时，可上下调节 P1 、 P2 的位置，使输出电压基本稳定在 220 V 上。现发现输出电压高于 220 V，下列措施可能的是 A． P1 不动，将 P2 向上移 B． P2 不动，将 P1 向上移 C． P1 向下移，将 P2 向上移 D． P1 向上移，将 P2 向下移如图所示，有一矩形线圈的面积为 S，匝数为 N，内阻不计，全部处于磁感应强度大小为 B 的水平匀强磁场中，绕水平轴 OOʹ 以角速度 ω 匀速转动，且轴 OOʹ 与磁场垂直，矩形线圈通过滑环与外电路连接，外电路中 R0 为定值电阻，R 为变阻箱，变压器为理想变压器，滑动接头 P 上下移动时可改变原线圈的匝数，图中仪表均为理想电表，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则下列判断正确的是 A．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为 e=NBSωsinωt B．若 ω=100π rad/s，则通过 R0 的电流方向每秒钟改变 50 次 C．当 R 不变时，将滑动接头 P 向上移动，电流表读数变大 D．当 P 位置不变时，将变阻箱 R 的阻值调大，电压表读数不变图甲是小型交流发电机示意图，两极 M 、 N 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A 为理想交流电流表，V 为理想交流电压表，内阻不计的矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴 OOʹ 沿逆时针方向匀速转动，矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头 P 上下移动时可改变变压器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻 R，发电机线圈中产生的交变电动势随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是 A． t=0.005 s 时，线框中磁通量变化率最大 B． t=0.01 s 时发电机线圈与磁场方向平行 C．若 P 的位置不变，R 的大小不变，仅把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功率将增大到原来的 4 倍 D．若 P 的位置向上移动，R 的大小不变时，电流表读数将减小五、解答题如图所示，面积为 0.02 m2 、内阻不计的 100 匝矩形线圈 ABCD，绕垂直于磁场的轴 OOʹ 匀速转动转动的角速度为 100 rad/s，匀强磁场的磁感应强度为 22 T。矩形线圈通过滑环与理想变压器相连，触头 P 可移动，副线圈所接电阻 R=50 Ω，电表均为理想交流电表，当线圈平面与磁场方向平行时开始计时。求：(1) 线圈中感应电动势的表达式；(2) 由图示位置转过 30∘ 角的过程产生的平均感应电动势；(3) 当原、副线圈匝数比为 2:1 时，求电阻 R 上消耗的功率。六、选择题如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为 n1=1000 匝，副线圈匝数为 n2=200 匝，电阻 R=8.8 Ω，原线圈接入电压 u=2202sin100πt(V) 的交流电源，交流电压表和交流电流表对电路的影响可忽略不计，则下列说法正确的是 A．副线圈交变电流的频率是 100 Hz B． t=1 s 时刻，电压表的示数为 0 C．变压器的输入电功率为 220 W D．电流表的示数为 10 A 答案一、选择题1. 【答案】D【解析】根据欧姆定律可知，当 S 两端电压 U 增大，干路电流增大；根据串联电路的分压作用知，M 与 R 并联的电压变小，流过 R 的电流变小，而干路电流变大，则流过 M 的电流变大，故A、B错误；由闭合电路欧姆定律可知总电阻减小，M 与 R 并联的电阻变小，所以传感器的电阻 RM 变小；假设 R 很小，甚至为零，则传感器部分的电路被短路，故传感器 RM 的大小变化对 S 的电压就无影响，所以 R 越大，U 增大越明显，故C错误，D正确，故选D。2. 【答案】D【解析】 t=0 时，线圈位于中性面，此时感应电动势为零，故A错误；电压表的示数为路端电压的有效值，即 U=NBSω2(R+r)⋅R，故B错误；滑片 P 向下滑动时，电阻增大，电流减小，所以电流表读数变小，故C错误；线圈匀速转动的角速度 ω 变大时，电动势的最大值 Em=NBSω 增大，电动势有效值增大，电流表的读数变大，故D正确。3. 【答案】D【解析】在 t=0 时刻，线圈处在中性面上，此时磁通量最大；故A错误；由图可知，a 的周期为 4×10−2 s；b 的周期为 6×10−2 s，则由 n=1T 可知，转速与周期成反比，故转速之比为 3:2，故B错误，曲线 a 表示的交变电动势最大值为 15 V，选项C错误；曲线 a 、 b 对应的线圈转速之比为 3:2，则角速度之比为 3:2，曲线 a 表示的交变电动势最大值是 15 V，根据 Em=nBSω 得曲线 b 表示的交变电动势最大值是 10 V，故D正确。4. 【答案】C【解析】 t=1.0 s 时线圈平面垂直于磁感线，而非平行于磁感线，故A错误；t=1.5 s 时线圈中感应电流不为 0，故B错误；t=2.0 s 时线圈的磁通量变化率为零，则感应电动势为零，故C正确；一个周期内线圈产生的热量 Q=Em221RT，同时 Em=nBSω，代入得热量为 8π2 J，因此D选项错误。5. 【答案】D【解析】由图乙可知，负载 R1 的电流的最大值为 22 A，所以电流的有效值为 2 A；根据电路图可知，电阻 R1 的电压为：U2=IR1⋅R1=2×55=110 V，所以电阻 R2 的电流：IR2=U2R2=110110=1 A，所以：原线圈上的电流：I1=n2n1⋅I2=n2n1⋅(IR1+IR2)=12×(2+1)=1.5 A。故A错误；由图乙可知该交流电的周期是 0.02 s，则频率：f=1T=10.02=50 Hz；由于变压器不改变交流电的频率，所以原线圈中交变电压的频率为 50 Hz，故B错误；由A的分析可知，副线圈上的电压为 110 V，所以电压表的读数为 110 V，故C错误；变压器的输出功率：P2=U2⋅(IR1+IR2)=110×(2+1)=330 W，所以变压器的输入功率也是 330 W。故D正确。6. 【答案】C【解析】由 Em=62 V，E=Em2=6 V，电压表示数 U=RR+rE=99+1×6 V=5.4 V，故A错误。灯泡消耗的功率为 P=U2R=5.429 W=3.24 W，发电机的输出功率为 3.24 W，故B错误。在 1.0×10−2 s 时刻，线圈处于中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，穿过线圈的磁通量变化率为零，故C正确，D错误。7. 【答案】B【解析】三灯均正常发光，设电流为 I，则原线圈中干路电流为 I，副线圈中干路电流为 2I，则根据电流之比等于线圈匝数的反比可知，线圈匝数之比为 2:1，故A错误；由图可知，交流电的周期为 T=0.02 s，则其频率为 f=1T=10.02=50 Hz；因变压器不改变交流电的频率，故副线圈中交流电的频率也为 50 Hz，故B正确；电流表的示数为有效值，每个灯泡的电流为 I=PU=36=0.5 A，则电流表示数为 Iʹ=2I=1 A，故C错误；电压表的示数为变压器输入电压，交流电的有效值为 Uab=18 V，L1 与变压器串联；则有：U=Uab−UL1=18−6=12 V，故D错误。二、双选题8. 【答案】B；D【解析】线圈在有界磁场中将产生正弦半波脉动电流，故A错误；电动势最大值 E=nBSω=80 V，故B正确；线圈转动 160 s，转过角度 π6，瞬时感应电动势为 e=nBSωsinπ6=40 V，C错误；在一个周期时间内，只有半个周期产生感应电动势，根据有效值的定义有 (Um2R)2RTT2=(UR)2RT，可得电动势有效值 U=Um2=40 V，故D正确。三、多选题9. 【答案】A；C；D【解析】由图甲可知，交流电的周期为 0.02 s，故频率为 50 Hz；而变压器及二极管均不会改变交流电的频率，故电阻 R2 两端的电压频率为 50 Hz，故A正确；经变压器后，输出电压为 1005=20 V，因二极管的单向导电性，只有一半时间内有电压加在 R2 两端；则由有效值的定义可得 U=102 V；则电流表的示数为：2.52 A，故B错误；原线圈输入功率等于副线圈输出的功率，输出功率 P=2024+(2.52)2×4=150 W，故C正确；因输出电压由输入电压决定，故将 R1 摘掉，电压表的示数不变，故D正确。四、双选题10. 【答案】B；D【解析】A.当 P1 不动，将 P2 向上移时，副线圈的匝数增加，输出的电压将会增加，故A错误；B.当 P2 不动，将 P1 向上移时，原线圈的匝数增加，根据电压与匝数成正比可知，此时输出的电压将会减小，故B正确；C.当将 P1 向下移，同时 P2 向上移时，原线圈的匝数减小，副线圈的匝数增加，根据电压与匝数成正比可知，此时输出的电压将会增加，故C错误；D.当将 P1 向上移，同时 P2 向下移时，原线圈的匝数增加，副线圈的匝数减小，根据电压与匝数成正比可知，此时输出的电压将会减小，故D正确。11. 【答案】C；D【解析】从垂直于中性面时开始计时，矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为 e=NBSωcosωt，故A错误；若 ω=100π rad/s，则期为 T=2πω=2π100π=0.02 s，在一个周期内电流方向改变两次，故通过 R0 的电流方向每秒钟改变的次数为 n=10.02×2=100 次，故B错误；当 R 不变时，将滑动接头 P 向上移动时，根据理想变压器的变压比公式 U1U2=n1n2，知 n1 变小，其他量不变，则输出电压 U2 变大，故副线圈中的电流变大，故输入电流也变大，电流表读数变大，故C正确；当 P 位置不变时，将变阻箱 R 的阻值调大，由 U1U2=n1n2，知电压表读数不变，故D正确。12. 【答案】B；C【解析】 t=0.005 s 时，产生的感应电动势为零，此时线框中磁通量变化率最小，故A错误； t=0.01 s 时，产生的感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直即与磁场方向平行，故B正确；若 P 的位置不变、 R 的大小不变，而把发电机线圈的转速增大一倍，电压增大为原来的 2 倍，根据 P输=U2R 可知变压器的输入功率将增大到原来的 4 倍，故C正确；若 P 的位置向上移动，匝数比减小，副线圈电压增大，R 的大小不变时，电流表读数将增大，故D错误。五、解答题13. 【答案】(1) e=1002cos(100t) V (2) 135.1 V (3) 50 W 【解析】(1) 感应电动势的最大值为： Em=nBsw=100×22×0.02×100=1002 V，线圈中感应电动势的表达式为：e=1002cos(100t) V。(2) 线圈转过 30∘ 角过程中产生的平均感应电动势为： E=nΔΦΔt=nBSsin30∘112 T=135.1 V。(3) 电压表示数电压的有效值为：U=Em2=10022=100 V，电阻 R 两端的电压为：UR=n1n2U=12×100 V=50 V，电阻 R 上消耗的功率为：P=UR2R=50 W。六、选择题14. 【答案】C【解析】本题易错点是忽视了电压表的示数指的是有效值，而认为成了瞬时值，错选B项。由 u=2202sin100πt(V) 可知 ω=100π rad/s，交流电源的频率为 f=50 Hz，变压器不改变交变电流的频率，故A错误； t=1 s 时，电源电压的瞬时值为 0，而电压表测的是电阻两端电压的有效值，所以 U1=220 V，由理想变压器电压与匝数成正比得，u2=n2U1n1=44 V，即电压表的示数是 44 V，故B错误；电阻 R=8.8 Ω，所以副线圈电流 I2=5 A，电阻 R 消耗的电功率为 P=I2U2=220 W，变压器的输入功率和输出功率相等，所以变压器的输入电功率为 220 W，故C正确；由理想变压器电流与匝数成反比得通过电流表的电流为 I1=n2l2n1=1 A，即电流表的示数为 1 A，故D错误。