学易金卷：三年（2021-2023）高考物理真题分项汇编（全国通用）专题14 交变电流 传感器 学

专题14交变电流传感器目录TOC\o1-3\h\z\uHYPERLINK\l_Toc143439144考点01交变电流的产生和描述传感器 PAGEREF_Toc143439144\h1HYPERLINK\l_Toc143439145考点02远距离输电 PAGEREF_Toc143439145\h11HYPERLINK\l_Toc143439146考点03理想变压器原、副线圈关系及其动态分析 PAGEREF_Toc143439146\h15考点01交变电流的产生和描述传感器一、单选题1．（2022·浙江·统考高考真题）如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（ ）A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电【答案】A【详解】A．甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；B．乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；C．根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；D．乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误；故选A。2．（2022·海南·高考真题）一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度从如图所示的位置开始，在匀强磁场B中匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是（    ）A． B．C．D．【答案】A【详解】图示位置线框处于与中性面垂直的平面，竖直长边垂直切割磁感线，此时产生的感应电动势最大为根据正弦式交变电流的表达式可知感应电动势随时间的变化关系为故选A。3．（2022·广东·高考真题）图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（ ）A．两线圈产生的电动势的有效值相等 B．两线圈产生的交变电流频率相等C．两线圈产生的电动势同时达到最大值 D．两电阻消耗的电功率相等【答案】B【详解】AD．根据可得两线圈中磁通量的变化率相等，但是匝数不等，则产生的感应电动势最大值不相等，有效值也不相等；根据可知，两电阻的电功率也不相等，选项AD错误；B．因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交流电的频率相等，选项B正确；C．当磁铁的磁极到达一线圈附近时，一个线圈的磁通量最大，感应电动势为0，另一个线圈通过的磁通量最小，感应电动势最大，可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。故选B。4．（2021·辽宁·统考高考真题）如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO′以角速度ω匀速转动，ab边距轴。线圈中感应电动势的有效值为（ ）A． B． C． D．【答案】B【详解】交流电的最大值和两条边到转轴的距离无关，为因此有效值为故选B。5．（2021·天津·高考真题）如图所示，闭合开关后，的电阻两端的交流电压为，电压表和电流表均为理想交流电表，则（ ）A．该交流电周期为 B．电压表的读数为C．电流表的读数为 D．电阻的电功率为【答案】C【详解】A．该交流电的周期B．电压表的读数为交流电的有效值，即选项B错误；C．电流表的读数为选项C正确；D．电阻的电功率为选项D错误。故选C。6．（2021·北京·高考真题）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t0.4s时电流改变方向 B．该交变电流的周期为0.5sC．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t0.4s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．（2021·浙江·高考真题）如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足（ ）A． B． C． D．【答案】D【详解】因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则故选D。8．（2022·北京·高考真题）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。二、多选题9．（2023·浙江·高考真题）下列说法正确的是（ ）A．利用电容传感器可制成麦克风B．物体受合外力越大，则动量变化越快C．利用红外传感器可制成商场的自动门D．若物理问题牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用【答案】ABC【详解】A．声音使振动膜片振动，改变两极板间距离，使声音信号转换成电信号，则可以利用电容传感器可制成麦克风，故A正确；B．由动量定理有可得可知，物体受合外力越大，则动量变化越快，故B正确；C．人体可以向外界释放红外线，感应装置接收到红外线后，可以开门，则可以利用红外传感器可制成商场的自动门，故C正确；D．牛顿运动定律只适用于宏观低速问题，不适用于微观高速问题。而动量守恒定律既适用于低速宏观问题，也适用于高速微观问题，故D错误。故选ABC。10．（2023·浙江·统考高考真题）以下实验中，说法正确的是（  ）A．在LC振荡电路中“观察电容器的充、放电现象”实验中，充电时电流逐渐增大，放电时电流逐渐减小B．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，滴入油酸酒精溶液后，需尽快描下油膜轮廓，测出油膜面积C．“观察光敏电阻特性”和“观察金属热电阻特性”实验中，光照强度增加，光敏电阻阻值减小；温度升高，金属热电阻阻值增大D．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，如果可拆变压器的“横梁”铁芯没装上，原线圈接入10V的交流电时，副线圈输出电压不为零【答案】CD【详解】A．在LC振荡电路中“观察电容器的充、放电现象”实验中，充电时电流逐渐减小，放电时电流逐渐增大，故A错误；B．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，滴入油酸酒精溶液后，需待油酸溶液全部散开,形状稳定后，用一玻璃板轻轻盖在浅盘上，然后用水笔把油酸溶液的轮廓画在玻璃板上，测出油膜面积，故B错误；C．“观察光敏电阻特性”实验中，光照强度增加，光敏电阻阻值减小；“观察金属热电阻特性”实验中，温度升高，金属热电阻阻值增大，故C正确；D．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，如果可拆变压器的“横梁”铁芯没装上，原线圈接入10V的交流电时，变压器的效果减弱，副线圈磁通量还是会发生变化，副线圈输出电压不为零，故D正确。故选CD。11．（2023·湖南·统考高考真题）某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动（皮带不打滑），半径之比为，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为的正方形，共匝，总阻值为。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为的匀强磁场。大轮以角速度匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（    ）A．线圈转动的角速度为B．灯泡两端电压有效值为C．若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为的多匝正方形线圈，则灯泡两端电压有效值为D．若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮【答案】AC【详解】A．大轮和小轮通过皮带传动，线速度相等，小轮和线圈同轴转动，角速度相等，根据根据题意可知大轮与小轮半径之比为，则小轮转动的角速度为，线圈转动的角速度为，A正确；B．线圈产生感应电动势的最大值又联立可得则线圈产生感应电动势的有效值根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为B错误；C．若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为的多匝正方形线圈，则线圈的匝数变为原来的2倍，线圈产生感应电动势的最大值此时线圈产生感应电动势的有效值根据电阻定律可知线圈电阻变为原来的2倍，即为，根据串联电路分压原理可得灯泡两端电压有效值C正确；D．若仅将小轮半径变为原来的两倍，根据可知小轮和线圈的角速度变小，根据可知线圈产生的感应电动势有效值变小，则灯泡变暗，D错误。故选AC。12．（2021·浙江·统考高考真题）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO’轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（ ）A．框内电流方向不变 B．电动势的最大值为UmC．流过电阻的电荷 D．电阻产生的焦耳热【答案】BD【详解】A．当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，而线圈和外电路接点处通过换向器，保证电流的方向不发生变化，从而使加在电阻两端的电压方向保持不变，A错误；B．由图乙可知，电动势的最大值为Um，B正确；C．线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为则金属框转过一周流过电阻的电荷量为C错误；D．因为则金属框转过一周电阻产生的焦耳热D正确。故选BD。三、解答题13．（2021·江苏·高考真题）贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为，线圈的匝数为100、面积为，电阻为，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流为。求：（1）线圈中感应电动势的有效值E；（2）线圈的输出功率P。【答案】（1）；（2）【详解】（1）电动势的最大值有效值解得带入数据得（2）输出电压输出功率解得代入数据得考点02远距离输电一、单选题1．（2023·天津·统考高考真题）下图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器和降压变压器都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，下列说法正确的有（ ）A．输出电压与输入电压相等B．输出功率大于输入功率C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低D．若用户接入的用电器增多，则输出功率降低【答案】B【详解】AB．由于输电过程中电阻R要产生热量，会损失功率，故输出功率大于输入功率；输出电压大于输入电压，故A错误，B正确；C．由于输入电压不变，所以变压器的输出变压不变，随