2010-2019十年高考物理真题分类汇编11交变电流传感器（附解析）

十年高考真题分类汇编(2010－2019) 物理 专题 11 交变电流 传感器 选择题： 1.(2019•海南卷•T8)如图，一理想变压器输入端接交流恒压源，输出端电路由 R1、R2 和 R3 三 个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由 5：1 改为 10：1 后 A.流经 R1 的电流减小到原来的 B.R2 两端的电压增加到原来的 2 倍 C.R3 两端的电压减小到原来的 D.电阻上总的热功率减小到原来的 【答案】CD 【解析】 A、变压器原、副线圈的匝数比由 5：1 改为 10：1，则副线圈的输出电压减小为原来的 ， 根据欧姆定律可知，流经 R1 的电流减小到原来 ，故 A 错误。 B、根据串并联电路规律可知，R2 两端的电压减小到原来的 ，故 B 错误。 C、同理，R3 两端的电压减小到原来 ，故 C 正确。 D、副线圈总电阻不变，根据功率公式可知， ，总功率减小到原来的 ，故 D 正确。 故选：CD。 2.(2019•江苏卷•T1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为 1：10，当输入电压增加 20V 时， 输出电压 A.降低 2V B.增加 2V C.降低 200V D. 增 加 200V 【答案】D 【解析】 1 4 1 2 1 4 1 2 1 2 1 2 1 2 2UP R = 1 4 由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比即 ，得： ，即副线圈两 端电压与原线圈两端电压成正比，所以有： ，当输入电压增加 20V 时，输 出电压增大 200V，故 D 正确。 3.(2018·全国 III 卷·T3)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为 Q 方；若该 电阻接到正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为 Q 正。该电阻上电压的峰值为 u0，周 期为 T，如图所示。则 Q 方: Q 正等于 A. B. C. 1:2 D. 2:1 【答案】D 【解析】试题分析 本题考查交变电流的图线、正弦交变电流的有效值、焦耳定律及其相关 的知识点。 解析 根据题述，正弦交变电流的电压有效值为 ，而方波交流电的有效值为 u0， 根据焦耳定律和欧姆定律，Q=I2RT= T，可知在一个周期 T 内产生的热量与电压有效值的 二次方成正比，Q 方∶Q 正= u02∶( )2=2∶1，选项 D 正确。 点睛 此题将正弦交变电流和方波 交变电流、有效值、焦耳定律有机融合。解答此题常见 错误是：一是把方波交变电流视为正弦交变电流；二是认为在一个周期 T 内产生的热量与 电压有效值，导致错选 B；三是比值颠倒，导致错选 C。 点睛 此题将正弦交变电流和方波 交变电流、有效值、焦耳定律有机融合。解答此题常见 错误是：一是把方波交变电流视为正弦交变电流；二是认为在一个周期 T 内产生的热量与 电压有效值，导致错选 B；三是比值颠倒，导致错选 C。 4.(2011·安徽卷)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为 B。电阻为 R、 半径为 L、圆心角为 45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的 O 轴以角速度 ω 匀速转动(O 轴 1 1 2 2 U n U n = 2 2 1 1 nU Un = 2 2 1 1 nU Un ∆ = ⋅∆ 位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】交流电流的有效值是根据电流的热效应得出的，线框转动周期为 T，而线框转动一 周只有 的时间内有感应电流，则有 ，所以 ，所以 D 正 确. 【考点定位】交流电的有效值， 5.(2011·天津卷)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图 1 所 示，产生的交变电动势的图象如图 2 所示，则 A.t =0.005s 时线框的磁通量变化率为零 B.t =0.01s 时线框平面与中性面重合 C.线框产生的交变电动势有效值为 311V D.线框产生的交变电动势的频率为 100Hz 【答案】B 【解析】由图 2 可知，该交变电动势瞬时值的表达式为 e=311sin100πt。当 t＝0.005s 时，瞬 时值 e≈311V，此时磁通量变化率最大，A 错； 同理当 t＝0.01s 时，e＝0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零， B 正确； 2 2 BL R ω 22 2 BL R ω 22 4 BL R ω 2 4 BL R ω 4 T 2 22 4 LBL TR I RTR ω =（ ） 2 4 BLI R ω= 对于正弦交变电流其有效值为 ，题给电动势的有效值为 220V，C 错，交变电流的频率 为 f＝1/T＝ω/2π=50Hz，D 错。 【考点定位】交流电的产生，交流电图像 6.(2012·北京卷)一个小型电热器若接在输出电压为 10V 的直流电源上，消耗电功率为 P；若把 它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为 。如果电热器电阻不变，则此交流电源输 出电压的最大值为 A.5V B.5 V C.10V D.10 V 【答案】C 【解析】设电热器的电阻为 R，t 时间内产生的热量为 ，则： 此热量是接交流电 源上产生的热功率的 2 倍，所以 ，所以 ，解得： ，所 以最大值为 。故选 C 【考点定位】本题考查了交变电流的有效值 7.(2013·海南卷)如图所示，水平桌面上固定有一半径为 R 的金属细圆环，环面水平，圆环每 单位长度的电阻为 r，空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向竖直向下；一长度为 2R、电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切，切点为棒的中点。棒在拉力的作用下 以恒定加速度 a 从静止开始向右运动，运动过程中棒与圆环接触良好。下列说法正确的是 A.拉力的大小在运动过程中保持不变 B.棒通过整个圆环所用的时间为 C.棒经过环心时流过棒的电流为 D.棒经过环心时所受安培力的大小为 【答案】D πr aRRB 28 2 max 2 E 2 P 2 2 Q 2UQ tR = 21 2 2 UQ Q tR ′ = = 22 2 UU t tR R = 有 10 2 U V有＝ 2 10U V有＝ a R2 r aRB π 2 【解析】导体棒做匀加速运动，合外力恒定，由于受到的安培力随速度变化而变化，故拉力 一直在变，A 错误；设棒通过整个圆环所用时间为 t，由匀速直线运动的基本关系式可知， ，解得运动时间： ，B 错误；由 可知，棒经过圆心时的速度 ，此时的感应电动势 ，而金属环的两部分并联，等效电 阻 ，故棒经过环心时的电流强度 ，C 错误，此时棒受到的安 培力的大小 ，D 正确 【考点定位】考查电磁感应、电路问题牛顿运动定律相结合问题。 8.(2013·福建卷·T15)如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻 r=1.0Ω，外接 R=9.0Ω 的电阻。 闭合开关 S，当发动机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势 e= (V)，则 A.该交变电流的频率为 10Hz B.该电动势的有效值为 V C.外接电阻 R 所消耗的电功率为 10W D.电路中理想交流电流表 的示数为 1.0A 【答案】D 【解析】：从电动势瞬时值表达式可知，交变电流的频率 ，选项 A 错 误；该电动势的有效值 ，选项 B 错误；电路中电流(有效值) ，电 阻 R 消耗功率 P＝I2R＝9W，选项 C 错误；电流表的读数即为电流的有效值，选项 D 正确。 【考点定位】考查了交变电流的有关知识、焦耳定律、闭合电路欧姆定律的应用问题，难度 中等。 9.(2015·全国新课标Ⅱ卷·T15)如图，直角三角形金属框 abc 放置在匀强磁场中，磁感应强度 大小为 B，方向平行于 ab 边向上。当金属框绕 ab 边以角速度 ω 逆时针转动时，a、b、c 三 点的电势分别为 Ua、Ub、Uc。已知 bc 边的长度为 l。下列判断正确的是 2 Rrr π=总 4 2E B aRI r rπ= = 总 28 22 B R aRF BI R rπ= = 210 212 2R at= 4Rt a = 2 2v ax= 2v aR= 2 2E B R v BRv= × × = tπ10sin210 A.Ua> Uc，金属框中无电流 B.Ub >Uc，金属框中电流方向沿 a-b-c-a C.Ubc=－ Bl²ω，金属框中无电流 D.Ubc= Bl²ω，金属框中电流方向沿 a-c-b-a 【答案】C 【解析】当金属框绕 ab 边以角速度 ω 逆时针转动时，穿过直角三角形金属框 abc 的磁通量 恒为 0，所以没有感应电流，由右手定则可知，c 点电势高， ，故 C 正确， A、B、D 错误。 【考点定位】导体切割磁感线 【方法技巧】本题主要是理解感应电流产生的实质，有感应电流一定有感应电动势，而有感 应电动势不一定有电流的。本题有两根导体棒切割磁感线，但穿过闭合线圈的磁通理没变。 10.(2015·四川卷·T4)小型手摇发电机线圈共 N 匝，每匝可简化为矩形线圈 abcd，磁极间的磁 场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴 OO′，线圈绕 OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈 ab 边和 cd 边产生的感应电动势的最大值都为 e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压 A.峰值是 e0 B.峰值是 2e0 C.有效值是 D.有效值是 【答案】D 【解析】由题意可知，线圈 ab 边和 cd 边产生的感应电动势的最大值都为 e0，因此对单匝矩 形线圈总电动势最大值为 2e0，又因为发电机线圈共 N 匝，所以发电机线圈中总电动势最大 2 1 2 1 ω2 2 1 BlU bc −= 02 2 Ne 02Ne 值为 2Ne0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的 大小，即其峰值为 2Ne0，故选项 A、B 错误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发 电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可知，U＝ ， 即 U＝ ，故选项 C 错误；选项 D 正确。 【考点定位】对正弦式交变电流的产生原理的理解，以及其四值运算、闭合电路欧姆定律的 应用。 11.(2013·海南卷·T3)通过一阻值 R=100Ω 的电阻的交变电流如图所示，其周期为 1s。电阻两 端电压的有效值为 A.12V B.4 V C.15V D.8 V 【答案】B 【解析】由题意结合有效值的定义可得 ，将 A， A 代入可得流过电阻的电流的有效值 A，故电阻两端电压的有效值为 V，本题选 B。 【考点定位】考查交流电的有效值和欧姆定律。 12.(2011·四川卷)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为 T，转轴 O1O2 垂直 于磁场方向，线圈电阻为 2Ω。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过 60º 时的 感应电流为 1A。那么 A.线圈消耗的电功率为 4W 2 mU 02Ne 10 5 2 2 2 1 2 2 12( )5 10I RT I R T I R T= + 1 0.1I = 2 0.2I = 10 25I = 4 10IR = B.线圈中感应电流的有效值为 2A C.任意时刻线圈中的感应电动势为 e=4cos D.任意时刻穿过线圈的磁通量为 ф= sin 【答案】AC 【解析】绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈中产生正弦或余弦式 交流电，由于从垂直中性面开始其瞬时表达式为 ，得 A，则 感应电动势的最大值为 V，C 正确，B 错误；电功率为 W，A 正确；任 意时刻穿过线圈的磁通量为 = sin 中当时间为 时 ，单位不正确；所以 正确答案是 A C。 【考点定位】正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率；交流的峰值、有效值以及它们的 关系. 13.(2012·广东卷)某小型发电机产生的交变电动势为 ，对此电动势，下 列表述正确的有 A.最大值是 B.频率是 100Hz C.有效值是 D.周期是 0.02s 【答案】CD 【解析】由电动势的表达式可知，最大值为 ，而有效值为： ，A 错误 C 正确； ，故 ，周期 ，B 错误 D 正确。故选 CD 【考点定位】本题考查了交变电流的表达式以及有效值等相关知识。 14.(2015·全国新课标Ⅰ卷·T19)1824 年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验 中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所 示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转 动起来，但略有滞后。下列说法正确的是 2 tT π T π 2 2( ) 2 2 mIP I r r= = = 2 tT π cosmi I θ= / cos 2mI i θ= = 2 2 4m mE I r= = × = Φ T π 2 tT π 2 Tt = T πΦ = )(100sin50 Vte π= V250 V225 50 V 50 25 2 2 E V V= = 2 100D fω π π= = 50 f Hz= 1 0.02 T sf = = A.圆盘上产生了感应电动势 B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动 【答案】AB 【解析】圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应 电动势，选项 A 对，圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部距离圆心远近不同的点电 势不等而形成涡流产生，选项 B 对。圆盘转动过程中，圆盘位置，圆盘面积和磁场都没有 发生变化，所以没有磁通量的变化，选项 C 错。圆盘本身呈现电中性，不会产生环形电流， 选项 D 错。 【考点定位】电磁感应 【规律总结】把握磁通量的变化才是关键，根据对称性，圆盘磁通量始终等于零，无磁通量 变化。 15.(2014·天津卷·T7)如图 1 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 2 中曲线 a、b 所示，则 A.两次 t=0 是时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线 a、b 对应的线圈转速之比为 2：3 C.曲线 a 表示的交变电动势频率为 25Hz D.曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10V 【答案】AC 【解析】根据法拉第电磁感应定律，t=0 时电动势瞬时值为 0，此时线圈应在中性面上，A 正确。由题图可知，曲线 a、b 周期比为 2:3，则转速比应为 3:2，B 错。曲线 a 周期为 0.04s ， 则 频 率 为 25Hz ， C 正 确 。 曲 线 b 产 生 的 电 动 势 最 大 值 由 题 图 可 知 小 于 ，则有效值小于 10V，D 错。 【考点定位】交流电的产生、交流电的有效值 16.(2017·天津卷·T6)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随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为 2 Ω，则 A.t=0 时，线圈平面平行于磁感线 B.t=1 s 时，线圈中的电流改变方向 C.t=1.5 s 时，线圈中的感应电动势最大 D.一个周期内，线圈产生的热量为 【答案】AD 【解析】t=0 时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故 A 正确；每经过一次中性面(线 圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值)电流的方向改变一次，t=1 s 时，磁通量为零，线圈 平面平行于磁感线，故 B 错误；t=1.5 s 时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零 ( )，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故 C 错误；感应电动 势最大值 ，有效值 ，一个周期内线 圈产生的热量 ，故 D 正确。 考点：交变电流的规律和“四值问题” 【考点定位】交变电流的规律和“四值问题” 【名师点睛】本题要正确理解正弦交变电流的规律和法拉第电磁感应定律。 17.(2018·江苏卷·T2)采用 220 kV 高压向远方的城市输电.当输送功率一定时，为使输电线上 0=∆ ∆Φ t V42 ππω =⋅Φ⋅== TNNBSE mm V22 2 π== mEE J8 2 2 π=⋅= TR EQ 10 2 ( 14.14 )V V≈ 28π J 损耗的功率减小为原来的 ，输电电压应变为 A. 55 kV B. 110 kV C. 440 kV D. 880 kV 【答案】C 【解析】本意考查输电线路的电能损失，意在考查考生的分析能力。当输电功率 P=UI，U 为输电电压，I 为输电线路中的电流，输电线路损失的功率为 P 损=I2R，R 为输电线路的电阻， 即 P 损= 。当输电功率一定时，输电线路损失的功率为原来的，则输电电压为原来的 2 倍，即 440V，故选项 C 正确。 点睛：本意以远距离输电为背景考查输电线路的电能损失，解题时要根据输送电功率不变， 利用输电线路损失的功率 P 损=I2R 解题。 18.(2018·天津卷·T4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通 过理想变压器向定值电阻 R 供电，电路如图所示，理想交流电流表 A、理想交流电压表 V 的读数分别为 I、U，R 消耗的功率为 P。若发电机线圈的转速变为原来的 ，则 A. R 消耗的功率变为 P B. 电压表 V 的读数为 U C. 电流表 A 的读数变为 2I D. 通过 R 的交变电流频率不变 【答案】B 【解析】试题分析：根据公式 分析电动机产生的交流电的最大值以及有效值、频 率的变化情况；根据 判断原副线圈中电流电压的变化情况，根据副线圈中功率的 变化判断原线圈中功率的变化； 根据 可知转速变为原来的 ，则角速度变为原来的 ，根据 可知电动机产生 的最大电动势为原来的 ，根据 可知发电机的输出电压有效值变为原来的 ，即原线圈 1 2 1 2 1 2 的输出电压变为原来的 ，根据 可知副线圈的输入电压变为原来的 ，即电压表示数变 为原来的 ，根据 可知 R 消耗的电功率变为 ，A 错误 B 正确；副线圈中的电流为 ，即变为原来的 ，根据 可知原线圈中的电流也变为原来的 ，C 错误；转速减 小为原来的 ，则频率变为原来的 ，D 错误. 【点睛】本题考查了交流电最大值，有效值，频率，变压器等；需要知道交流电路中电表的 示数为有效值，在理想变压器中，恒有 ，副线圈消耗的功率决定了原线圈的输入 功率. 【点睛】本题考查了交流电最大值，有效值，频率，变压器等；需要知道交流电路中电表的 示数为有效值，在理想变压器中，恒有 ，副线圈消耗的功率决定了原线圈的输入 功率. 19.(2016·四川卷)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡 L 供电，如果将原、 副线圈减少相同匝数，其它条件不变，则 A.小灯泡变亮 B.小灯泡变暗 C.原、副线圈两段电压的比值不变 D.通过原、副线圈电流的比值不变 【答案】B 【解析】根据变压器电压与匝数关系， ，因为是降压变压器，则 n1>n2，则当原、 副线圈减少相同匝数时，由数学知识可知 变大，则 U2 减小，故灯泡变暗，选项 AC 错误， B 正确；根据 可知通过原、副线圈电流的比值变小，选项 D 错误。 1 1 2 2 U n U n = 1 2 n n 1 2 2 1 I n I n = 考点：变压器 【名师点睛】此题是对变压器原理的考查；首先要记住原副线圈的电压与匝数关系 ， 从题目中知道为降压变压器，原线圈匝数大于副线圈匝数；判断原副线圈减小相同的匝数时 原副线圈的匝数比的变化要用到数学知识，这里稍微有点难度. 20.(2016·江苏卷)一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在 a、b 间作 为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在 c、d 间作为副线圈.在 a、b 间输入电压为 U1 的交变电流时，c、d 间的输出电压为 U2，在将滑动触头从 M 点顺时针旋转到 N 点的过程 中 A.U2>U1，U2 降低 B.U2>U1，U2 升高 C.U2