专题10 交变电流和传感器-5年（2020年-2024年）高考1年模拟物理真题分项汇编（北京地区专用）

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一、单选题
1．（2024·北京·高考）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V，3W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．原线圈两端电压的有效值为
B．副线圈中电流的有效值为0.5A
C．原、副线圈匝数之比为1∶4
D．原线圈的输入功率为12W
【答案】B
【详解】A．由题图知，原线圈电压最大值为，则原线圈两端电压的有效值为
故A错误；
B．灯泡正常发光，由P = UI得，副线圈中电流有效值为
故B正确；
C．由理想变压器电压与匝数关系可知
故C错误；
D．理想变压器没有能量损失，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，则原线圈的输入功率P1 = PL = 3W
故D错误。
故选B。
2．（2024·北京·高考）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
【答案】D
【详解】A．由题意可知，M位于R中点位置时与两电源间的电势相等，设R的中点电势为零，则M位于R的中点右侧，P端电势高于Q端电势，A错误；
B．由欧姆定律及电阻定律可知，P端与Q端电势差与指针偏离R中点的距离x成正比，B错误；
C．已知电压表指针位于表盘左侧，只能确定加速度的方向，不能确定速度的方向，C错误；
D．已知电压表指针位于表盘左侧，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，D正确。
故选D。
3．（2023·北京·高考）自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈接12V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是（ ）
A．仅增加原线圈匝数B．仅增加副线圈匝数
C．将原、副线圈匝数都增为原来的两倍D．将两个3.8V小灯泡并联起来接入副线圈
【答案】B
【详解】A．由知，仅增加原线圈匝数，副线圈的输出电压U2减小，不能使小灯泡正常发光，故A错误；
B．由知，仅增加副线圈匝数，副线圈的输出电压U2增大，有可能使小灯泡正常发光，故B正确；
C．由知，将原、副线圈匝数都增为原来的两倍，但由于原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压U2不变，不能使小灯泡正常发光，故C错误；
D．将两个3.8V小灯泡并联，但由于原线圈的电压不变，则副线圈的输出电压U2不变，不能使小灯泡正常发光，故D错误。
故选B。
4．（2022·北京·高考）某理想变压器的原线圈接在的正弦交流电源上，副线圈输出电压为，输出电流为。该变压器（ ）
A．原、副线圈的匝数之比为100：1B．输入电流为
C．输入电流的最大值为D．原、副线圈交流电的频率之比为1：100
【答案】B
【详解】A．原、副线圈的匝数之比为
故A错误；
B．根据
可得输入电流为
故B正确；
C．输入电流的最大值为
故C错误；
D．变压器不会改变交流电的频率，故原、副线圈交流电的频率之比为1∶1，故D错误。
故选B。
5．（2022·北京·高考）某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的和，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于（、为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是（ ）
A．
B．为压力传感器
C．若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低
D．若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
【答案】C
【详解】AB．题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此时的电压大于，根据串联电路电压分部特点可知，为压力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值越小，压力传感器两端电压变小， ，AB错误；
CD．根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为
若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警时a、b两端的电压大于时，压力传感器阻值需要越大，则水位越低；当a、b两端的电压小于时开启高水位预警时，压压力传感器阻值需要越大，则水位越低。C正确，D错误。
故选C。
6．（2021·北京·高考）一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．在t0.4 s时电流改变方向B．该交变电流的周期为0.5 s
C．该交变电流的表达式为D．该交变电流的有效值为
【答案】C
【详解】A．由图可知t0.4 s时电流为正方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；
B．由图可知，该交变电流的周期为T=0.4s，故B错误；
C．由图可知，电流的最大值为，角速度为
故该交变电流的表达式为
故C正确；
D．该交变电流的有效值为
故D错误。
故选C。
7．（2020·北京·高考）如图所示， 理想变压器原线圈接在的交流电源上， 副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后（ ）
A．电流表的示数减小
B．电压表的示数减小
C．电压表的示数不变
D．电流表的示数不变
【答案】A
【详解】开关S闭合时，副线圈总的电阻减小，由于变压器的匝数比和输入的电压都不变，所以输出的电压也不变，即V1示数不变，但因副线圈的总电阻减小，则副线圈的总电流增大，则原线圈的电流增大，故A1的示数变大；由于副线圈的电流增大，故串联在副线圈的电阻R两端的电压增大，而副线圈的总电压不变，所以副线圈并联部分的电压减小，即的示数减小，故电流表的示数减小，故A正确，BCD错误。
故选A。
一、单选题
1．（2024·北京海淀·统考一模）图1是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图2所示的正弦交流电压，并加 在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n₁、n₂。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。取=1.4，下列说法正确的是（ ）
A．开关闭合后电压表的示数为5V
B．才能实现点火
C． 才能实现点火
D．将钢针替换为钢球，更容易引发电火花
【答案】B
【详解】A．电压表显示的是有效值，由题图可知，其正弦式交流电的最大值为5V，所以其有效值为
故A错误；
BC．有题意可知，瞬时电压大于5000V即火花放电，也就是副线圈输出电压最大值
由于是理想变压器有
所以实现燃气灶点火的条件是
故B正确，C错误；
D．引发电火花利用的是尖端放电，所以钢针更容易引发电火花，故D错误。
故选B。
2．（2024·北京西城·统考一模）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，原线圈接220V的正弦交流电源，副线圈接的负载电阻，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数为4.0A
B．电压表的示数为31.1V
C．若负载电阻的阻值减小，电压表的示数减小
D．若负载电阻的阻值减小，变压器的输入功率增大
【答案】D
【详解】AB．原线圈接220V的正弦交流电源，根据理想变压器原、副线圈电压表等于匝数比
可得副线圈的输出电压为V
则电压表的示数为22V，根据欧姆定律可得A
故AB错误；
C．电压表的示数由原线圈电压和线圈匝数之比决定，则若负载电阻的阻值减小，电压表的示数不变，故C错误；
D．若负载电阻减小，根据可知副线圈的输出功率变大，原线圈的输入功率也变大，故D正确。
故选D。
3．（2024·北京东城·统考一模）如图所示，在匀强磁场中有一电阻忽略不计的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交流电的感应电动势e随时间t的变化如图甲所示，把该交流电输入到图乙中理想变压器的A、B两端。为热敏电阻（已知其电阻随温度升高而减小），R为定值电阻，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A．变压器A、B两端电压的瞬时值表达式为
B．图甲中时，穿过线圈的磁通量为0
C．温度升高后，电压表与示数的比值不变
D．温度降低后，变压器的输入功率减小
【答案】D
【详解】A．根据图甲可知，
则
故变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为
故A错误；
B．在图甲的t=0.01s时刻，e=0，此时矩形线圈平面与磁场方向垂直，磁通量最大，故B错误；
C．理想变压器匝数不变，输入电压不变，则电压表V1示数不变，副线圈两端的电压U2不变。Rt处温度升高时，Rt阻值减小，则根据闭合电路欧姆定律可知副线圈回路中的电流I2减小。电压表V2测量Rt的电压，根据串并联电路规律及欧姆定律有
则电压表V2示数减小，故电压表V1示数与V2示数的比值变大，故C错误；
D．理想变压器匝数不变，输入电压不变，副线圈两端的电压U2不变。Rt处温度降低时，Rt阻值变大，则变压器的输出功率为
输出功率变小。理想变压器输入功率等于输出功率，故变压器的输入功率减小，故D正确。
故选D。
4．（2024·北京朝阳·统考一模）某发电厂原来用11kV的交变电压输电，后来改用升压变压器将电压升到220kV输电，输入功率都是P。若输电线路的电阻为R，变压器为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．根据公式，提高电压后输电线上的电压损失变为原来的20倍
B．根据公式，提高电压后输电线上的电流增大为原来的20倍
C．根据公式，提高电压后输电线上的功率损失减小为原来的
D．根据公式，提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的400倍
【答案】C
【详解】AB．输电线上的电流为
可知提高电压后输电线上的电流减小为原来的。输电线上的电压损失为
可知提高电压后输电线上的电压损失变为原来的。故AB错误；
CD．根据公式
提高电压后输电线上的功率损失减小为原来的。故C正确；D错误。
故选C。
5．（2024·北京丰台·统考一模）一正弦式交流电的图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．此交流电的频率为25Hz
B．用其给100Ω的电阻供电，电阻消耗的功率为484W
C．用其给以额定功率1000W工作的电吹风供电，电路中的电流约为3.2A
D．用其给线圈电阻为10Ω的电动机供电，电动机正常工作时的电流为22A
【答案】B
【详解】A．由图可知，此交流电的周期为0.02s，则此交流电的频率
故A错误；
B．此交流电电压的有效值
用其给100Ω的电阻供电，电阻消耗的功率
故B正确；
C．用其给以额定功率1000W工作的电吹风供电，电路中的电流约为
故C错误；
D．当电路中接入阻值为10Ω的电阻时，电路中的电流
接入电动机后，电路为非纯电阻电路，电路中的电流不等于22A，故D错误。
故选B。
6．（2024·北京石景山·统考一模）如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为100：1，其原线圈两端接入正弦式交变电压u，u=311sin100πt V，副线圈通过交流电流表与变阻器R相连。若不考虑交流电压表和交流电流表内阻的影响，则下列说法正确的是（ ）
A．交流电压表的示数为3.11V
B．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电压表的示数减小
C．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电流表的示数增大
D．滑动变阻器的滑片向下滑动，变压器的输入功率减小
【答案】C
【详解】A．交流电的电压有效值为
根据
可得
因此
故A错误；
B．由于原线圈的电压保持不变，匝数比不变，无论滑动变阻器阻值如何变化，副线圈两端的电压也保持不变，故B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，由于副线圈两端的电压不变，因此副线圈电流增大，电流表的示数增大，故C正确；
D．根据
结合C选项分析可知当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器消耗的功率增大，因此变压器的输入功率增大，故D错误。
故选C。
7．（2024·北京通州·统考一模）如图所示，变压器为理想变压器，原线圈接有效值恒定的交流电源及理想电表A，副线圈接定值电阻、滑动变阻器R及理想电表V。若将滑动变阻器的滑片向b端移动，则（ ）
A．A示数变大B．A示数不变C．V示数变大D．V示数不变
【答案】A
【详解】AB．理想变压器副线圈的电压由原线圈电压决定，原线圈电压不变，副线圈的电压也不变，若将滑动变阻器的滑片向b端移动，滑动变阻器接入电路中的电阻减小，副线圈电流增大，根据
原线圈电流增大，A示数变大，故A正确，B错误；
CD．副线圈的电压不变，副线圈电流增大，则两端电压增大，则滑动变阻器电压减小，V示数变小，故CD错误。
故选A。
8．（2024·北京顺义·统考一模）如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上。R1所受压力越大阻值越小，当R2两端电压超过某一值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣开关的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是（ ）
A．为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数
B．为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小
C．为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值
D．质量大的苹果将进入上通道
【答案】B
【详解】D．大苹果通过托盘秤时，两端的电压达到放大电路的激励电压，使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大苹果进入下面的通道，故D错误；
A．为了选出质量更大的苹果，就要保持电磁铁的磁性不变，而因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大，而要保持电磁铁的磁性不变，只需要减小缠绕电磁铁线圈的匝数，故A错误；
B．为了选出质量更大的苹果，就要使得R2两端电压保持不变，因R1减小，而其他条件不变的情况下，只能减小和传感器R1相连接电路中电源A的输出电源，故B正确；
C．为了选出质量更大的苹果，就要使得R2两端电压保持不变，因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大，R2的电压就会变得更大，则要想保持R2的电压和原来一致，则只适当减小R2的阻值，故C错误。
故选B。
9．（2024·北京房山·统考一模）如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间变化的图像如图乙所示，线圈电阻，电阻。则（ ）
A．时，线圈与中性面垂直
B．线圈转动一周，电流的方向改变一次
C．电阻R两端电压为10V
D．电阻R在10s内产生的热量为90J
【答案】D
【详解】A．时，电动势为零，线圈平面处于中性面处，故A错误；
B．线圈转动一周的时间为一个周期，由图可知一个周期内电流的方向改变两次，故B错误；
C．交流电电动势的有效值
根据串联电路分压原理可知电阻R两端电压
故C错误；
D．电阻R在10s内产生的热量
故D正确。
故选D。
10．（2024·北京门头沟·统考一模）如图是一个正弦式交变电流i随时间t变化的图像。下列说法正确的是（ ）
A．交变电流的周期为0.25sB．交变电流的有效值为
C．在时交变电流方向发生改变D．该交变电流的表达式为
【答案】C
【详解】AB．根据电流i随时间t变化的图像可知周期为
峰值为
有效值为
故AB错误；
C．根据交变电流变化规律知线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次，在时电流为零，该时刻线圈在中性面，所以在时交变电流方向发生改变，故C正确；
D．由A选项知峰值，周期，角速度为
由图像知初相为
得该交变电流的表达式为
故D错误。
故选C。
11．（2024·北京延庆·统考一模）将的电压输入如图所示的理想变压器的原线圈，原副线圈的匝数之比为，。下列说法正确的是（ ）
A．该交流电的频率为100Hz
B．闭合开关S后，电阻R消耗的电功率为16W
C．闭合开关S后，电流表的读数为2A
D．断开开关S后，副线圈的输出电压为0
【答案】B
【详解】A．根据瞬时值的表达式可知，该交流电的频率为
故A错误；
C．由瞬时值的表达式可知，原线圈的电压最大值为，所以原线圈的电压的有效值为220V，根据变压器电压关系有
可得
副线圈上的电流为
电流表的读数为原线圈的电流，根据变压器电流关系有
可得
故C错误；
B．电阻消耗的功率为
故B正确；
D．断开S后，不影响副线圈电压，根据
可知副线圈电压不为0，故D错误。
故选B。
12．（2024·北京西城·统考二模）如图为交流发电机的示意图，N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴沿逆时针方向匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为，外电路接有阻值的定值电阻，线圈电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．电流变化的周期为0.01sB．电流表的示数为2A
C．线圈经过图示位置，电流方向改变D．线圈在图示位置时，产生的电动势为20V
【答案】D
【详解】A．由可知
解得
电流变化的周期
故A错误；
B．由可知电压的有效值为
电流表的示数
故B错误；
C．线圈经过中性面时，电流方向改变，图示位置为与中性面垂直的位置，电流方向不变，故C错误；
D．线圈在图示与中性面垂直的位置时，产生的电动势最大，为20V。故D正确。
故选D。
13．（2024·北京西城·统考二模）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，磁感应强度为B。匝数为n、面积为S的矩形线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为，回路中总电阻为R。下列说法正确的是（ ）
A．线圈在图示位置时通过线圈的磁通量为0
B．从图示位置开始计时感应电动势瞬时值的表达式为
C．回路中电流的有效值为
D．回路中的电功率为
【答案】C
【详解】A．线圈在图示位置时通过线圈的磁通量最大为BS，故A错误；
B．从图示位置开始计时感应电动势瞬时值的表达式为
故B错误；
C．回路中的电动势有效值为
回路中电流的有效值为
故C正确；
D．根据电功率的公式可知
故D错误；
故选C。
14．（2024·北京顺义·统考三模）如图，一交流发电机中，矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动，并与理想变压器原线圈相连。变压器原、副线圈匝数之比，副线圈接入一规格为“6V；12W”的小灯泡时，小灯泡恰好正常发光，导线框、输电导线电阻均不计，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置穿过导线框的磁通量最大
B．导线框产生电动势的最大值为60V
C．通过原线圈电流的有效值为0.2A
D．原、副线圈中电流的频率之比为
【答案】C
【详解】A．由图可知，图示位置线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，故A错误；
B．根据题意可知，副线圈电压的有效值为，根据变压器原副线圈电压之比等于匝数比可得
可得原线圈电压的有效值为
则导线框产生电动势的最大值
故B错误；
C．根据变压器原副线圈功率相等可得
可得通过原线圈电流的有效值
故C正确；
D．变压器不改变交流电的频率，所以原、副线圈中电流的频率之比为，故D错误。
故选C。
15．（2024·北京人大附中·校考模拟）如图所示，理想变压器输入电压保持不变。若将滑动变阻器的滑动触头向下移动，下列说法正确的是（ ）

A．电表A1、A2的示数都增大
B．电表V1、V2的示数都不变
C．原线圈输入功率减小
D．电阻R0消耗的电功率减小
【答案】A
【详解】A．变压器输入电压不变，匝数比不变，输出电压就不变。滑动变阻器滑片向下移动，其接入电路的阻值变小，副线圈中的电流就增大，原线圈中的电流也增大，所以A1示数增大，A2示数增大，选项A正确；
B．变压器输入电压不变，V1示数不变；由于副线圈中的电流增大，则R0两端的电压增大，而变压器输出电压不变，则滑动变阻器的电压减小，即V2示数减小，选项B错误；
C．输入电压不变，输入电流增大，由
可知，则输入功率增大，选项C错误；
D．副线圈中的电流增大，由
可知，R0消耗的电功率增大，选项D错误。
故选A。
16．（2024·北京人大附中·校考模拟）如图甲所示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按正弦规律变化，图象如图乙所示。发电机线圈内电阻为，外接灯泡的电阻为。则（ ）
A．在的时刻，穿过线圈磁通量最大
B．通过灯泡的电流为
C．电压表的示数为5V
D．前内灯泡消耗的电能为
【答案】D
【详解】A．在t=0.005s的时刻，感应电动势最大，此时穿过线圈磁通量为零，故A错误；
B．电动势有效值
通过灯泡的电流为
故B错误；
C．电压表的示数为U=IR=4V
故C错误；
D．前内灯泡消耗的电能为
故D正确。
故选D。