2025年高考物理压轴训练卷15（含解析）

2025年高考物理压轴训练15
一．选择题（共10小题）
1．（2024 兴庆区校级三模）如图所示为高压输电电路图，发电站输送的电压为，变压器为理想变压器。将两个相同的电压互感器甲和乙分别接入远距离输电线路的前后端，电流互感器接入远距离输电线路。电压互感器的原、副线圈匝数比为，电流互感器的原、副线圈匝数比为，且。高压输电线路正常工作时，电压互感器甲、乙的示数分别为、，电流互感器的示数为。则　　
A．用户使用的电流是频率为的交流电
B．该远距离输电线路上的电阻为
C．该远距离输电线路上损耗的功率为
D．该远距离输电线路上的电流为
2．（2024 道里区校级四模）如图所示，理想变压器左侧原线圈通过输电线与理想交流电流表和发电机连接，其中发电机部分由长为、电阻不计的导体棒以及两个半径也为的电阻不计的金属圆环组成。使导体棒的两个端点分别位于金属圆环的同一水平面上，导体棒以角速度在竖直面内绕圆环中心轴匀速转动，整个空间存在方向竖直向下、与金属圆环平行、磁感应强度为的匀强磁场。变压器右侧副线圈中接有阻值为的定值电阻和变阻箱，以及理想交流电压表、、和理想交流电流表，初始时调节电阻箱阻值使其大小等于，此时电路能正常工作，之后再次调节电阻箱使其阻值等于，已知，上述过程中，下列说法正确的是　　
A．电流表的示数减小，电流表的示数增加
B．电压表的示数不变，电压表的示数增加
C．电压表的示数为
D．电阻箱消耗的电功率增大
3．（2024 福建模拟）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电阻，电流表、电压表均为理想电表。原线圈，端接入如图乙所示的正弦交变电压，则　　
A．电流表的示数为
B．时，电压表示数为
C．副线圈中的电流方向每秒改变50次
D．原线圈的电流最大值为
4．（2024 开福区校级模拟）如图所示，理想变压器为自耦变压器，原线圈接交流电源的两端，理想电压表的读数恒为，副线圈接阻值为的定值电阻和滑动变阻器。调节自耦变压器以及滑动变阻器的滑片，当理想电压表的读数为时，电源的输入功率为，则滑动变阻器消耗的功率为　　
A． B．
C． D．
5．（2024 滨海新区校级三模）风力发电将成为福建沿海实现“双碳”目标的重要途径之一。如图甲，风力发电装置呈现风车外形，风吹向叶片驱动风轮机转动，风轮机带动内部匝数为的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的水平转轴顺时针匀速转动产生交流电，发电模型简化为图乙。已知匝线圈产生的感应电动势的最大值为。则　　
A．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为
B．当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零
C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大
D．穿过线圈的最大磁通量为
6．（2024 下城区校级模拟）如图所示，甲、乙、丙、丁所示是四种常见的磁场，下列分析正确的是　　
A．矩形线圈在甲图两异名磁极间匀速转动，可产生正弦式交流电
B．矩形线框放置在乙图中异名磁极间所制成的磁电式电表，表盘刻度均匀
C．图丙中相距很近的两个同名磁极之间的磁场，除边缘外，可认为是匀强磁场
D．图丁中相距一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场可认为是匀强磁场
7．（2024 青岛模拟）如图所示为某小型输电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率恒为。升压变压器原、副线圈的匝数比为，在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为，电流表的示数为，输电线的总电阻。下列说法正确的是　　
A．升压变压器的原线圈输入电压
B．电流互感器是一种降压变压器
C．将滑动触头下移，用户获得的电压将增大
D．用户获得的功率为
8．（2024 梅州一模）某电学研究小组根据电工技术中“钳形电流测量仪”工作原理，自制了一个的钳形电流表，如图所示，铁芯左侧绕有匝数为的线圈，并与电流表组成闭合电路。某次进行测量时，钳口打开，把被测的通电导线放在钳口中间，通过电流表，可以间接测出通电导线中的电流。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，则下列说法正确的是　　
A．该测量仪属于升压变压器
B．该测量仪工作原理是利用自感现象
C．若导线中通过的是直流电，电流表中通过的电流是
D．电流表的示数随铁芯左侧线圈的匝数增加而变大
9．（2024 北京）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压随时间变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“，”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
C．原、副线圈匝数之比为
D．原线圈的输入功率为
10．（2024 茂名二模）某兴趣小组在校园内进行科学小实验，实验场地所处的磁场可视为方向竖直向下，大小的匀强磁场，兴趣小组使长为、宽为、匝数为100的金属线框以角速度匀速转动，再利用原、副线圈匝数比为的理想变压器使“，”电风扇正常工作，线框及电线电阻不计，如图所示。下列说法正确的是　　
A．当线框平面与地面平行时产生的电动势最大
B．电风扇的内阻为
C．为了使电风扇能正常工作，需把电风扇与一个阻值的电阻串联
D．金属线框感应电动势的峰值为
二．多选题（共7小题）
11．（2024 宁河区校级模拟）某种感温式火灾报警器的简化工作电路如图所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为滑动变阻器，为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测的电流触发报警。下列说法正确的是　　
A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小
B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变大
C．通过定值电阻的电流过大时，报警装置就会报警
D．若要调高预设的报警温度，可减小滑动变阻器的阻值
12．（2024 麦积区二模）实验室中手摇发电机的原理如图所示，两磁体间的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为，发电机的正方形线圈绕轴以转速匀速转动。已知线圈的边长为，匝数为，总电阻为，外接小灯泡的电阻为，其余电阻不计，下列说法正确的是　　
A．回路中感应电动势的峰值为
B．小灯泡两端的电压为
C．通过小灯泡的电流为
D．小灯泡的功率为
13．（2024 新课标）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过时，线圈中　　
A．电流最小 B．电流最大
C．电流方向由指向 D．电流方向由指向
14．（2024 衡水模拟）如图所示，理想变压器原线圈接的交流电，原、副线圈匝数比，已知定值电阻、，是滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表，以下说法正确的是　　
A．时，理想变压器的输出功率最大
B．理想变压器的最大输出功率为
C．理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为
D．时，滑动变阻器消耗的功率最大
15．（2024 清江浦区模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，、接入电压有效值恒定的交变电源，其中为滑动变阻器，、为定值电阻，电流表、电压表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片向下移动后，电流表及两个电压表示数变化量的绝对值分别用△、△和△表示，下列判断正确的是　　
A． B． C． D．
16．（2024 桃城区校级模拟）交变电路示意图如图所示，图中变压器为理想变压器，已知三个灯泡完全相同，其阻值可视为定值，、接入有效值为的交变电流。初始时滑动变阻器滑片置于最左端时，三个灯泡亮度相同，现让滑片向右滑动，、、、、、的变化量大小分别为△、△、△、△、△、△，下列说法正确的是　　
A． B．滑片向右滑动时，增大
C．2△△△ D．增大
17．（2024 郫都区校级模拟）如图甲所示，导线框绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图乙所示。线框通过可变电阻与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接入一额定电压为的电灯泡，当可变电阻时，电灯泡恰好正常发光且电流表的示数为，导线框的电阻不计，电灯泡的电阻不变，电流表为理想电流表，则下列说法正确的是　　
A．图甲中导线框所处位置的磁通量变化率最小
B．由图乙知，时，导线框垂直于中性面
C．变压器原线圈的输入电压的表达式为
D．变压器原、副线圈的匝数比为
三．填空题（共3小题）
18．（2024 泉州模拟）如图甲所示的电路中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为，输入的交变电压如图乙所示，、是完全相同的灯泡，设灯丝电阻保持不变。若灯泡能正常发光，则灯泡　　（选填“能”或“不能” 正常发光，灯泡的额定电压为 　　，交变电压瞬时值表达式为　　。
19．（2023 丰台区一模）实验室有一种可拆变压器，原线圈为800匝，副线圈有400匝、300匝、200匝三种规格，但标记不清，某同学选用一组副线圈，把原线圈连接学生电源，测量原线圈的输入电压和副线圈输出电压，得到的数据如表：
2.40 4.40 6.40 8.80 10.40
0.99 1.85 2.72 3.76 4.48
根据测量数据，可判断副线圈的匝数为 　　。
．400匝
．300匝
．200匝
请说明你的判断依据：　　。
20．（2022 台江区校级模拟）2022年年初福建北电南送特高压交流输变电工程（福州—厦门）核准批复，落实“碳达峰、碳中和”行动方案。如图所示为电能输送示意图，理想升压变压器的原、副线圈匝数比为，降压变压器的原、副线圈匝数比为，则　　（选填“大于”、“小于”或“等于” ：若输电线的总电阻为，用户电阻为，其他导线电阻不计，用户获得的功率为，则输电线路中消耗的热功率为 　　。
四．解答题（共5小题）
21．（2024 天津）电动汽车制动过程中可以控制电机转为发电模式，在产生制动效果的同时，将汽车的部分机械能转换为电能，储存在储能装置中，实现能量回收、降低能耗。如图1所示，发电机可简化为处于匀强磁场中的单匝正方形线框，线框边长为，电阻忽略不计，磁场磁感应强度大小为，线框转轴与磁场垂直，且与、距离相等。线框与储能装置连接。
（1）线框转动方向如图1所示，试判断图示位置中的电流方向；
（2）若线框以角速度匀速转动，线框平面与中性面垂直瞬间开始计时，线框在时刻位置如图2所示，求此时产生的感应电动势；
（3）讨论电动汽车在某次制动储存电能时，为方便计算，做两点假定：①将储能装置替换为阻值为的电阻，电阻消耗的电能等于储能装置储存的电能；②线框转动第一周的角速度为，第二周的角速度为，第三周的角速度为，依次减半，直到线框停止转动。若该制动过程中汽车在水平路面上做匀减速直线运动，汽车质量为，加速度大小为，储存的电能为初动能的，求制动过程中汽车行驶的最大距离。
22．（2024 海淀区校级模拟）新型电动汽车在刹车时，电动机的线圈会充当“发电机”角色，由车轮带动来回收能量。为研究方便，发电机可抽象为如图1所示模型：两磁极间匀强磁场的磁感应强度大小为、长方形线圈面积为，重数为，整个线圈都处于磁场中，可绕转轴自由转动，线圈外接有阻值为的纯电阻负载，忽略线圈的电阻。电动汽车的质量为。
（1）若电动汽车刹车时受到的地面摩擦等阻力与发电机线圈转动提供的刹车制动力相比可以忽略，即该模型中，刹车时汽车受到的阻力完全由线圈转动导致，汽车失去的动能全部用来发电。
设在汽车刹车过程中某一时刻，线圈平面和磁场恰好平行，已知此时线圈转动角速度为，汽车在水平路面上的瞬时速度为，求此时：
发电机工作回路中电功率的大小；
汽车线圈提供的制动力的大小。
（2）若电动汽车受到地面摩擦阻力恒为，线圈提供的制动力与线圈转动的角速度成正比，比例系数为。经过时间，汽车的速度由减为0。
在图2中定性作出汽车刹车过程中速度随时间的变化图线；
求汽车减速过程中发电机线圈转过的圈数。
23．（2024 光明区校级模拟）如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的直径为、匝数的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示），线圈所在位置的磁感应强度大小均为，线圈内阻为，它的引出线接有的小灯泡，外力推动线圈框架的端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小灯泡，从时刻开始计时，线圈运动的速度随时间变化的规律如图丙所示，摩擦等损耗不计，求：
（1）电压表的示数；
（2）时外力的大小。
24．（2024 南通一模）如图所示，一个小型交流发电机输出端连接理想变压器，原、副线圈匝数分别为、，副线圈连接电阻。交流发电机的线圈匝数为，电动势瞬时值的表达式为，发电机线圈电阻不计。求：
（1）通过发电机线圈磁通量的最大值；
（2）变压器原线圈中电流的有效值。
25．（2024 四川一模）电动晒衣杆方便实用，在日常生活中得到广泛应用。如图所示，一理想变压器，原、副线圈的匝数比为，原线圈两端接入正弦交流电源，电压为，副线圈接有一个交流电流表和一个电动机。当开关接通后，电动机带动质量为的晾衣杆以速度匀速上升，此时电流表读数为，重力加速度为。求：
（1）电动机的输入功率；
（2）电动机线圈电阻。
2025年高考物理压轴训练15
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．（2024 兴庆区校级三模）如图所示为高压输电电路图，发电站输送的电压为，变压器为理想变压器。将两个相同的电压互感器甲和乙分别接入远距离输电线路的前后端，电流互感器接入远距离输电线路。电压互感器的原、副线圈匝数比为，电流互感器的原、副线圈匝数比为，且。高压输电线路正常工作时，电压互感器甲、乙的示数分别为、，电流互感器的示数为。则　　
A．用户使用的电流是频率为的交流电
B．该远距离输电线路上的电阻为
C．该远距离输电线路上损耗的功率为
D．该远距离输电线路上的电流为
【答案】
【解答】、根据可知，则用户使用的电流是频率为，故错误；
、对于电压互感器甲，可知远距离输电线路前端电压满足：，即
对于电压互感器乙，可知远距离输电线路后端电压满足：，即
对于电流互感器，可知远距离输电线路中的电流满足：，则该远距离输电线路上的电流为：
则该远距离输电线路上的电阻为，故错误；
、该远距离输电线路上损耗的功率为，故正确。
故选：。
2．（2024 道里区校级四模）如图所示，理想变压器左侧原线圈通过输电线与理想交流电流表和发电机连接，其中发电机部分由长为、电阻不计的导体棒以及两个半径也为的电阻不计的金属圆环组成。使导体棒的两个端点分别位于金属圆环的同一水平面上，导体棒以角速度在竖直面内绕圆环中心轴匀速转动，整个空间存在方向竖直向下、与金属圆环平行、磁感应强度为的匀强磁场。变压器右侧副线圈中接有阻值为的定值电阻和变阻箱，以及理想交流电压表、、和理想交流电流表，初始时调节电阻箱阻值使其大小等于，此时电路能正常工作，之后再次调节电阻箱使其阻值等于，已知，上述过程中，下列说法正确的是　　
A．电流表的示数减小，电流表的示数增加
B．电压表的示数不变，电压表的示数增加
C．电压表的示数为
D．电阻箱消耗的电功率增大
【答案】
【解答】设导体棒此时的速度与竖直方向夹角为，则导体棒切割磁感线产生的感应电动势为：，电阻箱的阻值变大，故副线圈的总电阻变大，副线圈的总电流变小，则原线圈的电流变小，故电流表的示数减小，电流表的示数也减小，故错误；
由于导体棒转速不变，故原线圈的电压不变，则电压表示数不变，电阻箱的阻值变大，故副线圈的总电阻变大，副线圈的总电流变小，由于和是串联关系，则的电压变小，故变小，由于副线圈的总电压不变，故的电压变大，即电压表的示数增加，故错误；
原线圈电压有效值，根据变压器变压特点：，可得，故正确；
初始时电阻箱消耗的电功率为：，调节电阻箱使其阻值等于后，电功率为：，故消耗电功率应减小，故错误。
故选：。
3．（2024 福建模拟）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电阻，电流表、电压表均为理想电表。原线圈，端接入如图乙所示的正弦交变电压，则　　
A．电流表的示数为
B．时，电压表示数为
C．副线圈中的电流方向每秒改变50次
D．原线圈的电流最大值为
【答案】
【解答】、分析图乙可知，原线圈的电压最大值为，所以原线圈的电压的有效值为，再根据可知，副线圈的电压的有效值为，即为电压表的读数，根据闭合电路欧姆定律可知，电流，故错误。
、变压器不会改变电流的频率，电流的周期为，交变电流一个周期电流方向改变2次，则电流方向每秒改变100次，故错误。
、根据可知，，则最大值为，故正确。
故选：。
4．（2024 开福区校级模拟）如图所示，理想变压器为自耦变压器，原线圈接交流电源的两端，理想电压表的读数恒为，副线圈接阻值为的定值电阻和滑动变阻器。调节自耦变压器以及滑动变阻器的滑片，当理想电压表的读数为时，电源的输入功率为，则滑动变阻器消耗的功率为　　
A． B．
C． D．
【答案】
【解答】当初级电压为时，电压表的读数为，可知此时和两端的电压之和为；
根据理想变压器的功率关系
根据功率公式
此时次级电流为
变阻器消耗的功率为
综上分析，故错误，正确。
故选：。
5．（2024 滨海新区校级三模）风力发电将成为福建沿海实现“双碳”目标的重要途径之一。如图甲，风力发电装置呈现风车外形，风吹向叶片驱动风轮机转动，风轮机带动内部匝数为的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的水平转轴顺时针匀速转动产生交流电，发电模型简化为图乙。已知匝线圈产生的感应电动势的最大值为。则　　
A．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为
B．当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零
C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大
D．穿过线圈的最大磁通量为
【答案】
【解答】、当线圈转到图示位置时，根据右手定则判断可知产生的感应电流方向为，故错误；
、当线圈转到竖直位置时，线圈与磁场垂直，感应电流的瞬时值为零，但电流表测量的是有效值，示数不为零，故错误；
、当线圈转到图示位置时，线圈与磁场平行，即线圈与中性面垂直，感应电动势最大，磁通量的变化率最大，故正确；
、由得，穿过线圈的最大磁通量为，故错误。
故选：。
6．（2024 下城区校级模拟）如图所示，甲、乙、丙、丁所示是四种常见的磁场，下列分析正确的是　　
A．矩形线圈在甲图两异名磁极间匀速转动，可产生正弦式交流电
B．矩形线框放置在乙图中异名磁极间所制成的磁电式电表，表盘刻度均匀
C．图丙中相距很近的两个同名磁极之间的磁场，除边缘外，可认为是匀强磁场
D．图丁中相距一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场可认为是匀强磁场
【答案】
【解答】甲图中的电场是辐向磁场，线圈匀速转动时无法产生正弦式交流电，故错误；
磁电式电表内部磁极做成弧形，线圈绕在铁芯上，能产生均匀辐射分布的磁场磁场，但本题是直接把矩形线圈放入异名磁极间，不会产生均匀辐射分布的磁场，表盘刻度未知，故错误；
相距很近的异名磁极之间的磁场，除边缘外，是匀强磁场，但图中是同名磁极，相互排斥，磁感线是“势不两立”的曲线，故错误；
图丁中相距一定距离的两个平行放置的线圈通同向电流，其中间区域的磁场可认为是匀强磁场，故正确。
故选：。
7．（2024 青岛模拟）如图所示为某小型输电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率恒为。升压变压器原、副线圈的匝数比为，在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为，电流表的示数为，输电线的总电阻。下列说法正确的是　　
A．升压变压器的原线圈输入电压
B．电流互感器是一种降压变压器
C．将滑动触头下移，用户获得的电压将增大
D．用户获得的功率为
【答案】
【解答】．电流互感器原线圈中的电流
升压变压器的输出电压
升压变压器原、副线圈的匝数比为，则
则
故错误；
．根据线圈匝数关系可知电流互惑器是一种升压变压器，故错误；
．将活动触头下移，增大了，降压变压器用户获得的电压
可知增大时，减小，故错误；
．输电线上损失的功率
用户获得的功率
△
故正确。
故选：。
8．（2024 梅州一模）某电学研究小组根据电工技术中“钳形电流测量仪”工作原理，自制了一个的钳形电流表，如图所示，铁芯左侧绕有匝数为的线圈，并与电流表组成闭合电路。某次进行测量时，钳口打开，把被测的通电导线放在钳口中间，通过电流表，可以间接测出通电导线中的电流。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，则下列说法正确的是　　
A．该测量仪属于升压变压器
B．该测量仪工作原理是利用自感现象
C．若导线中通过的是直流电，电流表中通过的电流是
D．电流表的示数随铁芯左侧线圈的匝数增加而变大
【答案】
【解答】、根据题意可知，原线圈匝数为1，副线圈匝数为100，由可知该测量仪属于升压变压器，故正确；
、该测量仪工作原理是利用互感现象，故错误；
、则该测量仪属于升压变压器，若导线中通过的是直流电，变压器不工作，电流表无示数，故错误；
、根据公式电流与匝数的关系
铁芯左侧多绕几圈导线，即增大，而和不变，故应减小，故电流表示数减小，故错误。
故选：。
9．（2024 北京）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压随时间变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“，”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
C．原、副线圈匝数之比为
D．原线圈的输入功率为
【答案】
【解答】由图乙知，原线圈电压最大值为，根据正弦交流电最大值和有效值的关系，则有效值为，故错误；
灯泡正常发光，由得，副线圈中电流有效值为，故正确；
由理想变压器电压与匝数关系可知，故错误；
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，故错误。
故选：。
10．（2024 茂名二模）某兴趣小组在校园内进行科学小实验，实验场地所处的磁场可视为方向竖直向下，大小的匀强磁场，兴趣小组使长为、宽为、匝数为100的金属线框以角速度匀速转动，再利用原、副线圈匝数比为的理想变压器使“，”电风扇正常工作，线框及电线电阻不计，如图所示。下列说法正确的是　　
A．当线框平面与地面平行时产生的电动势最大
B．电风扇的内阻为
C．为了使电风扇能正常工作，需把电风扇与一个阻值的电阻串联
D．金属线框感应电动势的峰值为
【答案】
【解答】．当线框平面与地面平行时，此时穿过线框的磁通量最大，但磁通量变化率为0，产生的电动势为0，故错误；
．电风扇正常工作，电风扇的内阻为，则有
又
其中，
联立解得：
故错误；
．金属线框感应电动势的峰值为：
其中，
代入数据得：
则变压器原线圈的输入电压有效值为：
解得：
变压器副线圈的输出电压有效值为：
其中
代入数据得：
为了使电风扇能正常工作，副线圈电流为
代入数据得：
根据欧姆定律可知，与电风扇串联的电阻阻值为：
解得：
故正确，错误。
故选：。
二．多选题（共7小题）
11．（2024 宁河区校级模拟）某种感温式火灾报警器的简化工作电路如图所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为滑动变阻器，为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测的电流触发报警。下列说法正确的是　　
A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小
B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变大
C．通过定值电阻的电流过大时，报警装置就会报警
D．若要调高预设的报警温度，可减小滑动变阻器的阻值
【答案】
【解答】、变压器中副线圈两端电压取决于原线圈电压与匝数比，由于原线圈两端电压与匝数比不变，则警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，故错误；
、警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，副线圈中电流增大，则原线圈中电流增大，由可知，由于原线圈两端电压不变，所以原线圈输入功率变大，故正确；
、警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，副线圈中电流增大，即通过定值电阻的电流达到某一值时，报警装置就会报警，即通过定值电阻的电流过大时，报警装置就会报警，故正确；
、若要调高预设的报警温度，即热敏电阻的阻值较小时不报警，要保持流过的电流不变，则可增大滑动变阻器的阻值，故错误。
故选：。
12．（2024 麦积区二模）实验室中手摇发电机的原理如图所示，两磁体间的磁场视为匀强磁场，磁感应强度大小为，发电机的正方形线圈绕轴以转速匀速转动。已知线圈的边长为，匝数为，总电阻为，外接小灯泡的电阻为，其余电阻不计，下列说法正确的是　　
A．回路中感应电动势的峰值为
B．小灯泡两端的电压为
C．通过小灯泡的电流为
D．小灯泡的功率为
【答案】
【解答】、感应电动势的峰值为
故错误；
、电动势有效值为
小灯泡两端的电压为
故错误；
、通过小灯泡的电流为
故正确；
、小灯泡的功率为
解得
故正确。
故选：。
13．（2024 新课标）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过时，线圈中　　
A．电流最小 B．电流最大
C．电流方向由指向 D．电流方向由指向
【答案】
【解答】如图开始线圈处于中性面位置，当磁极再转过时，此时穿过线圈的磁通量为0，感应电动势最大，则感应电流最大；在磁极转动的过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向由指向，故正确，错误。
故选：。
14．（2024 衡水模拟）如图所示，理想变压器原线圈接的交流电，原、副线圈匝数比，已知定值电阻、，是滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表，以下说法正确的是　　
A．时，理想变压器的输出功率最大
B．理想变压器的最大输出功率为
C．理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为
D．时，滑动变阻器消耗的功率最大
【答案】
【解答】．根据交流电瞬时电动势表达式可知，电源电动势有效值为，如图所示，假设原线圈中的电压为，电流为，可认为虚线框中为等效电阻
又根据理想变压器电压、电流与线圈匝数的关系有
，
又
可得
①
则电路可看成是由和组成的电路，若使变压器输出功率最大，则的功率最大，根据
根据基本不等式，当时，的输出功率最大，此时由①式可得
输出的最大功率
故正确，错误；
．理想变压器的输出功率等于负载电阻总功率，根据电功率公式有
可得
故错误；
．要使滑动变阻器上的功率最大，把按照上述规则等效到副线圈中，有
求得
如图所示：
把虚线框看成是电源，内阻
当时，滑动变阻器输出功率最大，此时
故正确。
故选：。
15．（2024 清江浦区模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为，、接入电压有效值恒定的交变电源，其中为滑动变阻器，、为定值电阻，电流表、电压表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片向下移动后，电流表及两个电压表示数变化量的绝对值分别用△、△和△表示，下列判断正确的是　　
A． B． C． D．
【答案】
【解答】、根据题意，由图可知，电压表测定值电阻两端电压，流过的电流等于电流表的读数，则根据欧姆定律有：
滑片向下移动后同理有：
则两式相减有：，故错误，正确；
、设交变电源电压的有效值为，则有
又根据变压器的规律有：，
可得表达式：
滑片向下移动后同理有：
两式相减有：
变形可得：，故错误，正确。
故选：。
16．（2024 桃城区校级模拟）交变电路示意图如图所示，图中变压器为理想变压器，已知三个灯泡完全相同，其阻值可视为定值，、接入有效值为的交变电流。初始时滑动变阻器滑片置于最左端时，三个灯泡亮度相同，现让滑片向右滑动，、、、、、的变化量大小分别为△、△、△、△、△、△，下列说法正确的是　　
A． B．滑片向右滑动时，增大
C．2△△△ D．增大
【答案】
【解答】．滑动变阻器置于最左端时，灯泡正常发光，根据题意可知则此时
，
由理想变压器的功率关系有
联立解得
则
故正确；
．将除、外的所有电路看作等效电源，根据闭合电路欧姆定律可知当增大时，路端电压增大，则等效电源电流减小，故错误；
．由中结论
可知
、
又因为增大，导致、增大，从而有减小、增大，则减小，可知
△、△、△
解得
2△△△
故正确
．根据欧姆定律有
则比值不变，故错误。
故选：。
17．（2024 郫都区校级模拟）如图甲所示，导线框绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图乙所示。线框通过可变电阻与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接入一额定电压为的电灯泡，当可变电阻时，电灯泡恰好正常发光且电流表的示数为，导线框的电阻不计，电灯泡的电阻不变，电流表为理想电流表，则下列说法正确的是　　
A．图甲中导线框所处位置的磁通量变化率最小
B．由图乙知，时，导线框垂直于中性面
C．变压器原线圈的输入电压的表达式为
D．变压器原、副线圈的匝数比为
【答案】
【解答】、图甲中导线框所在位置正好是导线框平面与磁感线平行，此时穿过导线框的磁通量为零，磁通量变化率最大，故错误；
、由图乙知，时导线框产生的感应电动势的瞬时值为零，此时磁通量的变化率为零，导线框处于中性面位置，故错误；
、由图乙可知交流电的周期，则导线框转动的角速度为，感应电动势的最大值为，所以变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式为，故正确；
、电动势的有效值为，所以变压器原线圈的输入电压为，因为灯泡正好正常发光，所以灯泡两端的电压即变压器的输出电压为，则变压器原、副线圈的匝数比为，故正确。
故选：。
三．填空题（共3小题）
18．（2024 泉州模拟）如图甲所示的电路中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为，输入的交变电压如图乙所示，、是完全相同的灯泡，设灯丝电阻保持不变。若灯泡能正常发光，则灯泡　不能　（选填“能”或“不能” 正常发光，灯泡的额定电压为 　　，交变电压瞬时值表达式为　　。
【答案】不能，40，。
【解答】原副线圈的匝数比，即灯泡的电流是灯泡电流的2倍，故灯泡正常发光，不能正常发光；根据图乙，电源电压有效值为，设灯泡的电阻为，的电流为，根据电压关系有，则，所以灯泡的电压为，根据图乙，交变电压的瞬时值表达式为。
故答案为：不能，40，。
19．（2023 丰台区一模）实验室有一种可拆变压器，原线圈为800匝，副线圈有400匝、300匝、200匝三种规格，但标记不清，某同学选用一组副线圈，把原线圈连接学生电源，测量原线圈的输入电压和副线圈输出电压，得到的数据如表：
2.40 4.40 6.40 8.80 10.40
0.99 1.85 2.72 3.76 4.48
根据测量数据，可判断副线圈的匝数为 　　。
．400匝
．300匝
．200匝
请说明你的判断依据：　　。
【答案】；见解析
【解答】根据理想变压器的原理可知，原副线圈两端的匝数比需要满足
解得：
又匝，由表中5组数据解得副线圈匝数分别为匝，匝，匝，匝，匝
由于变压器线圈通过电流时会发热，铁芯在交变磁场作用下也会发热，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，因此实际测的副线圈电压小于理想变压器条件下的电压，即，故正确，错误；
故选：。
故答案为：；见解析
20．（2022 台江区校级模拟）2022年年初福建北电南送特高压交流输变电工程（福州—厦门）核准批复，落实“碳达峰、碳中和”行动方案。如图所示为电能输送示意图，理想升压变压器的原、副线圈匝数比为，降压变压器的原、副线圈匝数比为，则　小于　（选填“大于”、“小于”或“等于” ：若输电线的总电阻为，用户电阻为，其他导线电阻不计，用户获得的功率为，则输电线路中消耗的热功率为 　　。
【答案】（1）小于；（2）
【解答】（1）根据理想变压器电压与匝数关系有：，
在输电线路上有电压降落，则：
根据题意可知：
则可知：
（2）用户获得的功率为
根据理想变压器电流和匝数关系有：
则输电线路中消耗的热功率为：
联立解得：
故答案为：（1）小于；（2）
四．解答题（共5小题）
21．（2024 天津）电动汽车制动过程中可以控制电机转为发电模式，在产生制动效果的同时，将汽车的部分机械能转换为电能，储存在储能装置中，实现能量回收、降低能耗。如图1所示，发电机可简化为处于匀强磁场中的单匝正方形线框，线框边长为，电阻忽略不计，磁场磁感应强度大小为，线框转轴与磁场垂直，且与、距离相等。线框与储能装置连接。
（1）线框转动方向如图1所示，试判断图示位置中的电流方向；
（2）若线框以角速度匀速转动，线框平面与中性面垂直瞬间开始计时，线框在时刻位置如图2所示，求此时产生的感应电动势；
（3）讨论电动汽车在某次制动储存电能时，为方便计算，做两点假定：①将储能装置替换为阻值为的电阻，电阻消耗的电能等于储能装置储存的电能；②线框转动第一周的角速度为，第二周的角速度为，第三周的角速度为，依次减半，直到线框停止转动。若该制动过程中汽车在水平路面上做匀减速直线运动，汽车质量为，加速度大小为，储存的电能为初动能的，求制动过程中汽车行驶的最大距离。
【答案】（1）线框转动方向如图1所示，图示位置中的电流方向为从到；
（2）此时产生的感应电动势为；
（3）制动过程中汽车行驶的最大距离为。
【解答】（1）由右手定则可知，图1所示位置中的电流方向为从到。
（2）线框平面与中性面垂直瞬间开始计时，则经过时间转过的角度为：
垂直磁感线方向的分速度为：
此时产生的感应电动势为：
（3）线框转动过程中，、均能产生感应电动势，故线框转动产生的感应电动势为
线框转动第一周产生感应电动势最大值为：
储存电能为：
同理可得线框转动第二周储存的电能为：
同理可得线框转动第三周储存的电能：
可得线框转动第周储存的电能为：
则直到停止（即时储存的电能为：
已知储存的电能为初动能的，可得汽车的初动能为：
根据动能定理和牛顿第二定律可得：
解得：
答：（1）线框转动方向如图1所示，图示位置中的电流方向为从到；
（2）此时产生的感应电动势为；
（3）制动过程中汽车行驶的最大距离为。
22．（2024 海淀区校级模拟）新型电动汽车在刹车时，电动机的线圈会充当“发电机”角色，由车轮带动来回收能量。为研究方便，发电机可抽象为如图1所示模型：两磁极间匀强磁场的磁感应强度大小为、长方形线圈面积为，重数为，整个线圈都处于磁场中，可绕转轴自由转动，线圈外接有阻值为的纯电阻负载，忽略线圈的电阻。电动汽车的质量为。
（1）若电动汽车刹车时受到的地面摩擦等阻力与发电机线圈转动提供的刹车制动力相比可以忽略，即该模型中，刹车时汽车受到的阻力完全由线圈转动导致，汽车失去的动能全部用来发电。
设在汽车刹车过程中某一时刻，线圈平面和磁场恰好平行，已知此时线圈转动角速度为，汽车在水平路面上的瞬时速度为，求此时：
发电机工作回路中电功率的大小；
汽车线圈提供的制动力的大小。
（2）若电动汽车受到地面摩擦阻力恒为，线圈提供的制动力与线圈转动的角速度成正比，比例系数为。经过时间，汽车的速度由减为0。
在图2中定性作出汽车刹车过程中速度随时间的变化图线；
求汽车减速过程中发电机线圈转过的圈数。
【答案】（1）发电机工作回路中电功率的大小为；
汽车线圈提供的制动力的大小为。
（2）汽车刹车过程中速度随时间的变化图线见解析；
汽车减速过程中发电机线圈转过的圈数为。
【解答】（1）由于该时刻线圈平面和磁场恰好平行，则线圈产生的电动势为
回路的电流为
发电机工作回路中电功率的大小为
解得
由于汽车失去的动能全部用来发电，则有
解得汽车线圈提供的制动力的大小为
（2）根据牛顿第二定律可得
由于线圈提供的制动力与线圈转动的角速度成正比，可知随着汽车做减速运动，角速度逐渐减小，线圈提供的制动力逐渐减小，汽车的加速度逐渐减小，所以汽车做加速度逐渐减小的减速运动，则汽车刹车过程中速度随时间的变化图线如图所示
汽车减速过程中，根据动量定理可得
其中
解得线圈转过的角度为
则汽车减速过程中发电机线圈转过的圈数为
答：（1）发电机工作回路中电功率的大小为；
汽车线圈提供的制动力的大小为。
（2）汽车刹车过程中速度随时间的变化图线见解析；
汽车减速过程中发电机线圈转过的圈数为。
23．（2024 光明区校级模拟）如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的直径为、匝数的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图乙所示），线圈所在位置的磁感应强度大小均为，线圈内阻为，它的引出线接有的小灯泡，外力推动线圈框架的端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小灯泡，从时刻开始计时，线圈运动的速度随时间变化的规律如图丙所示，摩擦等损耗不计，求：
（1）电压表的示数；
（2）时外力的大小。
【答案】（1）电压表的示数为；
（2）时外力的大小为。
【解答】（1）由图丙可得，。根据电磁感应定律得电动势最大值
电动势的有效值
电流的有效值
电压表的示数
代入数据解得
（2）时，根据闭合电路欧姆定律得电流强度
此时线圈的速度最大而加速度为零，则根据平衡条件和安培力表达式得
解得
答：（1）电压表的示数为；
（2）时外力的大小为。
24．（2024 南通一模）如图所示，一个小型交流发电机输出端连接理想变压器，原、副线圈匝数分别为、，副线圈连接电阻。交流发电机的线圈匝数为，电动势瞬时值的表达式为，发电机线圈电阻不计。求：
（1）通过发电机线圈磁通量的最大值；
（2）变压器原线圈中电流的有效值。
【答案】（1）通过发电机线圈磁通量的最大值为；
（2）变压器原线圈中电流的有效值为。
【解答】（1）设匀强磁场的磁感应强度大小为，线圈面积为；
感应电动势的最大值
磁通量的最大值
联立解得；
（2）设变压器原、副线圈上电压的有效值为、则
根据理想变压器电压与匝数比的关系
变压器原线圈的输入电压
根据理想变压器的功率关系
代入数据联立解得。
答：（1）通过发电机线圈磁通量的最大值为；
（2）变压器原线圈中电流的有效值为。
25．（2024 四川一模）电动晒衣杆方便实用，在日常生活中得到广泛应用。如图所示，一理想变压器，原、副线圈的匝数比为，原线圈两端接入正弦交流电源，电压为，副线圈接有一个交流电流表和一个电动机。当开关接通后，电动机带动质量为的晾衣杆以速度匀速上升，此时电流表读数为，重力加速度为。求：
（1）电动机的输入功率；
（2）电动机线圈电阻。
【答案】（1）电动机的输入功率为；
（2）电动机线圈电阻为。
【解答】（1）根据公式，得，则电动机的输入功率为
（2）电动机线圈电阻消耗的功率为，又，得
答：（1）电动机的输入功率为；
（2）电动机线圈电阻为。