2025全国版高考物理一轮基础知识练--第13章 交变电流　电磁波　传感器（含答案）

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2026全国版高考物理一轮
第13章　交变电流　电磁波　传感器
第1节　交变电流的产生与描述
正弦式交变电流的产生及变化规律T3、4、5 ◆ 交变电流四值的理解与应用T1、2、6、7
考法领航·物理本质 明晰规律　思维回归
(2023辽宁,4,4分)如图,空间中存在水平向右的匀强磁场,一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动,且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是 (　　)
A B C D
五年高考
1.★(2024广东,1,4分)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该交流电的频率为100 Hz
B.通过电阻电流的峰值为0.2 A
C.电阻在1秒内消耗的电能为1 J
D.电阻两端电压表达式为u=10·sin (100πt) V
2.★★(2024河北,4,4分)R1、R2为两个完全相同的定值电阻,R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍),R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示,则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　)
　
A.2∶3　　　　B.4∶3
C.2∶　　　　D.5∶4
3.★★★(2024山东,8,3分)如图甲所示,在-d≤x≤d,-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域),边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时,线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化,线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分,则变化后磁场的区域可能为 (　　)
三年模拟
4.★★(2025届广东一调)如图是某同学自制的一个手摇交流发电机。大轮带动小轮及线圈绕转轴匀速转动,线圈角速度为100π rad/s,线圈是由漆包线绕制而成的边长为0.1 m的正方形线圈,共100匝,总阻值为1 Ω。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为0.03 T的匀强磁场,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2 Ω的小灯泡。发电时小灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是(　　)
A.图示位置时,穿过线圈的磁通量为0
B.图示位置时,回路中的电动势处于最大值
C.流过灯泡的电流方向每秒变化100次
D.灯泡两端电压的有效值为2 V
5.★★(2024届华师一附模拟)如图所示,直线MN右侧空间存在着匀强磁场,abc为匀质金属导线制成的正三角形线框,线框关于MN对称放置并绕MN以角速度ω匀速转动,线框中电动势的最大值为em。从图示位置开始计时,a、b两点间的电势差随时间变化的图像是 (　　)
　　　
6.★★★(2025届四川成都七中月考)如图所示,在竖直平面内有一半圆形区域,O点为其圆心,AOD为半圆的水平直径,区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场。在A、D两点各固定一颗水平的光滑钉子,一个由细软导线制成的闭合导线框ACDE挂在两颗钉子上,在导线框的E处有一个动滑轮,动滑轮下面挂重物,使导线处于绷紧状态。设导线框的电阻为r,半圆区域的半径为R,从t=0时刻开始,将导线上的C点绕圆心O以恒定角速度ω从A点沿圆弧移动到D点,此过程中不考虑导线中电流产生的磁场。在C点从A移动到D的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.导线框中的感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向
B.导线框中产生的焦耳热为
C.通过导线框横截面的电荷量为
D.导线框中感应电动势随时间t的变化关系式为e=ωBR2 cos ωt
7.(考法训练)(2024届江苏前黄高级中学一模)一种振动发电装置的示意图如图甲所示,半径r=0.10 m、匝数N=20的线圈套在永磁体槽中,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B=0.20 T,线圈的电阻R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的灯泡L,外力推动线圈框架的P端,使线圈的速度v随时间t变化的规律如图丙所示,v取向右为正方向。求:
(1)线圈运动过程中产生的最大感应电动势的大小Em;
(2)线圈运动一个周期内,线圈中产生的热量Q;
(3)0~2 s时间内流过线圈的电荷量。
第2节　变压器　远距离输电
实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
变压器及其相关实验T1、2、4、5、7 ◆ 远距离输电T3、6
考法领航·新颖情境 突破情境　模型建构
(2024届华南师大附中月考)“日”字形的理想变压器如图甲所示,当原线圈ab通以交变电流时,线圈中的磁通量只有通过右侧铁芯,剩余部分通过中间的“铁芯桥”。当原线圈ab中通以如图乙所示的交变电流时,电压表V与电流表A2的示数分别为11 V、5 A。已知定值电阻的阻值R=22 Ω,各电表均为理想电表,则下列说法正确的是(　　)
A.原线圈ab中的输入电压U=220 sin 50πt V
B.
C.
D.电流表A1的示数为2.5 A
考法点睛　用所学知识解决未曾接触过的理想变压器的相关问题。
五年高考
1.★★(2024海南,9,4分)(多选)如图,电动汽车充电站的理想变压器输入电压为10 kV,输出电压为220 V,每台充电桩输入电流为16 A,设原、副线圈匝数分别为n1、n2,输入正弦交流电的频率为50 Hz,则下列说法正确的是(　　)
A.交流电的周期为0.02 s
B.原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶500
C.输出的最大电压为220 V
D.若10台充电桩同时使用,输入功率为35.2 kW
2.★★★(2022湖北,9,4分)(多选)近年来,基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用,其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝。接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下,穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,忽略其他损耗,下列说法正确的是 (　　)
A.接收线圈的输出电压约为8 V
B.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1
C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
3.★★★(2022福建,6,6分)(多选)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6 V,定值电阻R1=R2=20 Ω,小灯泡L1、L2的规格均为“6 V　1.8 W”,理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ,两电路都稳定工作时,(　　)
A.L1与L2一样亮
B.L2比L1更亮
C.R1上消耗的功率比R2的大
D.R1上消耗的功率比R2的小
三年模拟
4.★★(2025届福建泉州一模)(多选)交流发电机供电模型如图所示,矩形闭合导线框abcd处于匀强磁场中,与原、副线圈匝数比值为k的理想变压器相连,变压器副线圈接有一只小灯泡。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω匀速转动,初始时刻线框平面与磁场方向平行。已知小灯泡的实际功率为P,不计线框、输电线路的电阻,不考虑灯丝电阻随温度的变化。下列说法正确的是 (　　)
A.初始时刻穿过线框的磁通量最大
B.初始时刻线框产生的感应电动势最大
C.若角速度变为ω,小灯泡的实际功率为P
D.若匝数比值变为k,小灯泡的实际功率为P
5.★★(2024届四川成都七中三模)图甲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乙所示的正弦式交流电压,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,电压表为理想交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体。闭合开关后,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.0.5×10-2 s时电压表的示数为5 V
B.电压表的示数始终为2.5 V
C.原线圈中的电流方向每秒改变50次
D.若=,则可以实现燃气灶点火
6.★★★(2024届湖南衡阳二模)(多选)宁夏至湖南±800 kV特高压直流输电工程是我国首个“沙戈荒”风光电基地外送电特高压工程。±800 kV指两根导线对地之间的电压分别为正800 kV和负800 kV,两根导线之间的电压是1 600 kV。受端在湖南建设衡阳换流站,以500千伏接入湖南电网交流系统。输电线路流程可简化为如图所示,若直流输电线的总电阻为10 Ω,不计变压器与整流等造成的能量损失,直流变交流时,有效值不变。当输电功率为8.0×109 W时,下列说法正确的是 (　　)
A.输电线路中的电流为5×103 A
B.衡阳换流站的输入功率为7.75×109 W
C.衡阳换流站的输入电压为±800 kV
D.若保持输送功率不变,用±500 kV输电,衡阳换流站的输入功率比用±800 kV输电时减小1×109 W
7.(2024届重庆八中一诊)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,小胡采用了如图所示的可拆式变压器和电路图进行探究。
(1)小胡将图中变压器的左侧线圈接线柱0、8(代表800匝)与低压直流电源12 V挡相连,与右侧线圈0、2(代表200匝)接线柱相连的电压表示数最可能是　　　。
A.48.0 V　　　B.3.0 V　　　C.0 V
(2)小胡正确选材并接线后,记录如表所示四组实验数据。
第一组 第二组 第三组 第四组
N1/匝 100 100 100 200
N2/匝 200 400 400 400
U1/V 1.85 0.91 1.81 3.65
U2/V 4.00 4.00 8.00 8.00
若仅探究匝数N2对电压U1的影响,应该分析第一组和第　　　组数据;分析表中数据可知,N1一定是　　　(填“原”或“副”)线圈的匝数。
微专题30　含变压器电路的动态分析
考法领航·物理本质 明晰规律　思维回归
(等效电阻法的应用)一同学设计了一个稳压的电路如图所示,理想变压器的原线圈通过输电导线与电压有效值为U0的交流电源相连,输电导线的阻值为r,在副线圈上并联了用电器R0(阻值不变)、滑动变阻器R。通过调节滑片P模拟电网负载变化,副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头Q调节,根据负载的变化调节Q,改变副线圈接入电路的匝数,从而实现用电器两端的电压稳定,U0不变,当滑片P向上移动时,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表V的示数变大
B.变压器铁芯中的磁通量变化率变大
C.原线圈中的电流减小,副线圈两端电压增大
D.为保证用电器R0两端电压不变,可以将触头Q上移
考法点睛　若原线圈中电阻发生变化,利用等效电阻法能否快速解题
五年高考
1.★★(2023北京,7,3分)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12 V的正弦交流电源,副线圈接额定电压为3.8 V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5 V。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3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
2.★★(2023天津,6,5分)(多选)“西电东送”是我国重要的战略工程,从西部发电厂到用电量大的东部区域需要远距离输电。图为远距离交流输电的示意图,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,T1的原线圈接有电压有效值恒定的交变电源,R为输电导线的电阻,T2的副线圈并联多个用电器,下列说法正确的是 (　　)
A.T1的输出电压等于T2的输入电压
B.T1的输出功率大于T2的输入功率
C.用电器增多后,R消耗的功率减小
D.用电器增多后,T2的输出电压降低
3.★★★(2024重庆,9,5分)(多选)小明设计了台灯的两种调光方案,电路图分别如图甲、乙所示,图中额定电压为6 V的灯泡电阻恒定,R为滑动变阻器,理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220 V的交流电,滑片P可调节灯泡L的亮度,P在R最左端时,甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作,则 (　　)
　
A.n1∶n2=110∶3
B.当P滑到R中点时,图甲中L功率比图乙中的小
C.当P滑到R最左端时,图甲所示电路比图乙更节能
D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大
三年模拟
4.★★(2025届浙江七彩阳光联盟开学考)如图为理想的可调式自耦变压器,铁芯上只有一组线圈,将其两端接在A、B间作为原线圈,副线圈是线圈的一部分,接有定值电阻R0和滑动变阻器R,U1、U2分别为原、副线圈两端电压,其大小均可调节,I1、I2分别为原、副线圈中的电流,则 (　　)
A.U1不变,当P顺时针转动一小角度,U2变小
B.U1不变,当P'向下移动时,U2变小
C.U2不变,当P顺时针转动一小角度,I1变大
D.U2不变,当P'向下移动时,I1变小
5.★★★(2025届湖南长沙市一中月考)如图所示,理想变压器原线圈与理想交流电流表A1和发电机连接,其中发电机部分由长为L、电阻不计的导体棒以及两个半径也为L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ω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、与金属圆环所在平面平行、磁感应强度大小为B的匀强磁场。变压器副线圈接有阻值为R的定值电阻、电阻箱RP,以及理想交流电压表V1、V2、V3和理想交流电流表A2,初始时调节电阻箱接入电路的阻值使其大小等于R,此时电路能正常工作,之后再次调节电阻箱使其接入电路的阻值等于2R,已知n1∶n2=1∶2。上述过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.电流表A1的示数减小,电流表A2的示数增大
B.电压表V1的示数不变,电压表V3的示数增大
C.电压表V2的示数为BL2ω
D.电阻箱消耗的电功率增大
6.★★★(2025届山东部分学校联考)(多选)一含有理想变压器的电路如图所示,a、b之间接入电压有效值恒为U的交变电流,图中R0、R1、R2均为定值电阻,且R1、R2的阻值相等。已知两个副线圈的匝数相等,图中电表均为理想电表。最初开关S断开,现将S闭合,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表示数减小
B.电流表示数减小
C.电阻R1的电功率减小
D.原线圈的输出功率增大
7.(考法训练)(2024届山东平度一中期末)(多选)如图所示,一输出电压为U的恒压交流电源和理想变压器原线圈间接有一光敏电阻R,光敏电阻的阻值随光照强度变强而减小,副线圈接有一电阻恒为RL的灯泡L,已知变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=1∶3。当光照强度由强变弱时,下列说法正确的是 (　　)
A.灯泡的亮度由亮变暗
B.流过光敏电阻和灯泡的电流之比为1∶3
C.当R=RL时,光敏电阻消耗的功率最大,最大功率为
D.当R=时,光敏电阻消耗的功率最大,最大功率为
第3节　电磁振荡与电磁波　传感器
电磁振荡与电磁波T1、3、4 ◆ 传感器及其相关实验T2、5、6、7
1.(2024届广东广雅中学三模)“中国天眼”通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。关于电磁波,下列说法正确的是 (　　)
A.在LC振荡电路中,电容器极板上的电荷量最大时,电路中的电流最小
B.根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围也一定产生变化的电场
C.在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短,速度依次变小
D.紫外线比红外线更容易发生明显的衍射现象
2.(2024浙江6月,7,3分)理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电压为u的交流电源连接,副线圈接有三个支路,如图所示。当S接a时,三个灯泡均发光,若 (　　)
A.电容C增大,L1灯泡变亮
B.频率f增大,L2灯泡变亮
C.RG上光照增强,L3灯泡变暗
D.S接到b时,三个灯泡均变暗
3.(2024届江西九师联盟4月联考)如图甲所示,在LC振荡电路实验中,多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T,如图乙所示,以C为横坐标、T2为纵坐标,将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据,则(　　)
　　
A.电路中的磁场能最大时,电容器极板间电场能最大
B.电容器极板间电场强度增大时,电路中电流正在增大
C.电容器带电荷量最大时,电路中电流最大
D.可由T2-C图像计算线圈的自感系数
4.(2024届广东深圳二模)图甲为测量储罐中不导电液体高度的电路,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中,电容器C可通过开关S与电感线圈L或电源相连。当将开关S从a拨到b时,电感线圈L与电容器C构成的回路中产生的振荡电流如图乙所示。在平行板电容器极板正对面积一定、两极板间距离一定的条件下,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.储罐内的液面降低时,LC回路中振荡电流的频率将变小
B.t1~t2时间内电容器放电
C.t2~t3时间内LC回路中电场能逐渐转化为磁场能
D.该振荡电流的有效值为Im
5.(2024届四川树德中学期中)(多选)为了节能环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统,天亮灯熄、天暗灯亮。如图甲所示,L1、L3为指示灯,L2为照明灯,电源提供的电压有效值U恒定。光控开关可采用光敏电阻和电磁铁来控制,如图乙所示,当线圈中的电流大于I0时,电磁继电器的衔铁将被吸合。光敏电阻是阻值随光照强度增大而减小的元件,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.照明灯L2亮时,L1会变暗
B.照明灯L2亮时,L3会变暗
C.A、B应该接入光控开关的C、F端
D.为了让天色更暗时,路灯才被点亮,滑动变阻器R'接入电路的阻值应适当调小
6.(2022重庆,11,6分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节　　　　　(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻　　　　(填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是　　　　　kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
7.(2023湖南,12,9分)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
图(a)
　　
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是　　　Ω;
(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为　　　　(用R1、R2、R3表示);
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线;
(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200 mV,则F0大小是　　　　N(重力加速度取9.8 m/s2,保留2位有效数字);
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则F1　　　F0(填“>”“=”或“<”)。
第13章　交变电流　电磁波　传感器
第1节　交变电流的产生与描述
正弦式交变电流的产生及变化规律T3、4、5 ◆ 交变电流四值的理解与应用T1、2、6、7
考法领航·物理本质 明晰规律　思维回归
(2023辽宁,4,4分)如图,空间中存在水平向右的匀强磁场,一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动,且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是 (　　)
A B C D
答案　C　
考法点睛　还能如何产生正弦式交变电流
五年高考
1.★(2024广东,1,4分)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该交流电的频率为100 Hz
B.通过电阻电流的峰值为0.2 A
C.电阻在1秒内消耗的电能为1 J
D.电阻两端电压表达式为u=10·sin (100πt) V
答案　D　
2.★★(2024河北,4,4分)R1、R2为两个完全相同的定值电阻,R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍),R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示,则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　)
　
A.2∶3　　　　B.4∶3
C.2∶　　　　D.5∶4
答案　B　
3.★★★(2024山东,8,3分)如图甲所示,在-d≤x≤d,-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域),边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时,线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化,线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分,则变化后磁场的区域可能为 (　　)
答案　C　
三年模拟
4.★★(2025届广东一调)如图是某同学自制的一个手摇交流发电机。大轮带动小轮及线圈绕转轴匀速转动,线圈角速度为100π rad/s,线圈是由漆包线绕制而成的边长为0.1 m的正方形线圈,共100匝,总阻值为1 Ω。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为0.03 T的匀强磁场,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2 Ω的小灯泡。发电时小灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是(　　)
A.图示位置时,穿过线圈的磁通量为0
B.图示位置时,回路中的电动势处于最大值
C.流过灯泡的电流方向每秒变化100次
D.灯泡两端电压的有效值为2 V
答案　C　
5.★★(2024届华师一附模拟)如图所示,直线MN右侧空间存在着匀强磁场,abc为匀质金属导线制成的正三角形线框,线框关于MN对称放置并绕MN以角速度ω匀速转动,线框中电动势的最大值为em。从图示位置开始计时,a、b两点间的电势差随时间变化的图像是 (　　)
　　　
答案　D　
6.★★★(2025届四川成都七中月考)如图所示,在竖直平面内有一半圆形区域,O点为其圆心,AOD为半圆的水平直径,区域内有磁感应强度大小为B、方向垂直于竖直平面向里的匀强磁场。在A、D两点各固定一颗水平的光滑钉子,一个由细软导线制成的闭合导线框ACDE挂在两颗钉子上,在导线框的E处有一个动滑轮,动滑轮下面挂重物,使导线处于绷紧状态。设导线框的电阻为r,半圆区域的半径为R,从t=0时刻开始,将导线上的C点绕圆心O以恒定角速度ω从A点沿圆弧移动到D点,此过程中不考虑导线中电流产生的磁场。在C点从A移动到D的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.导线框中的感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向
B.导线框中产生的焦耳热为
C.通过导线框横截面的电荷量为
D.导线框中感应电动势随时间t的变化关系式为e=ωBR2 cos ωt
答案　D　
7.(考法训练)(2024届江苏前黄高级中学一模)一种振动发电装置的示意图如图甲所示,半径r=0.10 m、匝数N=20的线圈套在永磁体槽中,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B=0.20 T,线圈的电阻R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的灯泡L,外力推动线圈框架的P端,使线圈的速度v随时间t变化的规律如图丙所示,v取向右为正方向。求:
(1)线圈运动过程中产生的最大感应电动势的大小Em;
(2)线圈运动一个周期内,线圈中产生的热量Q;
(3)0~2 s时间内流过线圈的电荷量。
答案　(1)8 V　(2)0.32 J　(3)0
第2节　变压器　远距离输电
实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
变压器及其相关实验T1、2、4、5、7 ◆ 远距离输电T3、6
考法领航·新颖情境 突破情境　模型建构
(2024届华南师大附中月考)“日”字形的理想变压器如图甲所示,当原线圈ab通以交变电流时,线圈中的磁通量只有通过右侧铁芯,剩余部分通过中间的“铁芯桥”。当原线圈ab中通以如图乙所示的交变电流时,电压表V与电流表A2的示数分别为11 V、5 A。已知定值电阻的阻值R=22 Ω,各电表均为理想电表,则下列说法正确的是(　　)
A.原线圈ab中的输入电压U=220 sin 50πt V
B.
C.
D.电流表A1的示数为2.5 A
答案　D　
考法点睛　用所学知识解决未曾接触过的理想变压器的相关问题。
五年高考
1.★★(2024海南,9,4分)(多选)如图,电动汽车充电站的理想变压器输入电压为10 kV,输出电压为220 V,每台充电桩输入电流为16 A,设原、副线圈匝数分别为n1、n2,输入正弦交流电的频率为50 Hz,则下列说法正确的是(　　)
A.交流电的周期为0.02 s
B.原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶500
C.输出的最大电压为220 V
D.若10台充电桩同时使用,输入功率为35.2 kW
答案　AD　
2.★★★(2022湖北,9,4分)(多选)近年来,基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用,其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝。接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下,穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,忽略其他损耗,下列说法正确的是 (　　)
A.接收线圈的输出电压约为8 V
B.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1
C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
答案　AC　
3.★★★(2022福建,6,6分)(多选)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6 V,定值电阻R1=R2=20 Ω,小灯泡L1、L2的规格均为“6 V　1.8 W”,理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ,两电路都稳定工作时,(　　)
A.L1与L2一样亮
B.L2比L1更亮
C.R1上消耗的功率比R2的大
D.R1上消耗的功率比R2的小
答案　BC　
三年模拟
4.★★(2025届福建泉州一模)(多选)交流发电机供电模型如图所示,矩形闭合导线框abcd处于匀强磁场中,与原、副线圈匝数比值为k的理想变压器相连,变压器副线圈接有一只小灯泡。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω匀速转动,初始时刻线框平面与磁场方向平行。已知小灯泡的实际功率为P,不计线框、输电线路的电阻,不考虑灯丝电阻随温度的变化。下列说法正确的是 (　　)
A.初始时刻穿过线框的磁通量最大
B.初始时刻线框产生的感应电动势最大
C.若角速度变为ω,小灯泡的实际功率为P
D.若匝数比值变为k,小灯泡的实际功率为P
答案　BC　
5.★★(2024届四川成都七中三模)图甲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乙所示的正弦式交流电压,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,电压表为理想交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体。闭合开关后,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.0.5×10-2 s时电压表的示数为5 V
B.电压表的示数始终为2.5 V
C.原线圈中的电流方向每秒改变50次
D.若=,则可以实现燃气灶点火
答案　B　
6.★★★(2024届湖南衡阳二模)(多选)宁夏至湖南±800 kV特高压直流输电工程是我国首个“沙戈荒”风光电基地外送电特高压工程。±800 kV指两根导线对地之间的电压分别为正800 kV和负800 kV,两根导线之间的电压是1 600 kV。受端在湖南建设衡阳换流站,以500千伏接入湖南电网交流系统。输电线路流程可简化为如图所示,若直流输电线的总电阻为10 Ω,不计变压器与整流等造成的能量损失,直流变交流时,有效值不变。当输电功率为8.0×109 W时,下列说法正确的是 (　　)
A.输电线路中的电流为5×103 A
B.衡阳换流站的输入功率为7.75×109 W
C.衡阳换流站的输入电压为±800 kV
D.若保持输送功率不变,用±500 kV输电,衡阳换流站的输入功率比用±800 kV输电时减小1×109 W
答案　AB　
7.(2024届重庆八中一诊)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,小胡采用了如图所示的可拆式变压器和电路图进行探究。
(1)小胡将图中变压器的左侧线圈接线柱0、8(代表800匝)与低压直流电源12 V挡相连,与右侧线圈0、2(代表200匝)接线柱相连的电压表示数最可能是　　　。
A.48.0 V　　　B.3.0 V　　　C.0 V
(2)小胡正确选材并接线后,记录如表所示四组实验数据。
第一组 第二组 第三组 第四组
N1/匝 100 100 100 200
N2/匝 200 400 400 400
U1/V 1.85 0.91 1.81 3.65
U2/V 4.00 4.00 8.00 8.00
若仅探究匝数N2对电压U1的影响,应该分析第一组和第　　　组数据;分析表中数据可知,N1一定是　　　(填“原”或“副”)线圈的匝数。
答案　(1)C　(2)二　副
微专题30　含变压器电路的动态分析
考法领航·物理本质 明晰规律　思维回归
(等效电阻法的应用)一同学设计了一个稳压的电路如图所示,理想变压器的原线圈通过输电导线与电压有效值为U0的交流电源相连,输电导线的阻值为r,在副线圈上并联了用电器R0(阻值不变)、滑动变阻器R。通过调节滑片P模拟电网负载变化,副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头Q调节,根据负载的变化调节Q,改变副线圈接入电路的匝数,从而实现用电器两端的电压稳定,U0不变,当滑片P向上移动时,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表V的示数变大
B.变压器铁芯中的磁通量变化率变大
C.原线圈中的电流减小,副线圈两端电压增大
D.为保证用电器R0两端电压不变,可以将触头Q上移
答案　D　
考法点睛　若原线圈中电阻发生变化,利用等效电阻法能否快速解题
五年高考
1.★★(2023北京,7,3分)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12 V的正弦交流电源,副线圈接额定电压为3.8 V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5 V。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3.8 V小灯泡并联起来接入副线圈
答案　B　
2.★★(2023天津,6,5分)(多选)“西电东送”是我国重要的战略工程,从西部发电厂到用电量大的东部区域需要远距离输电。图为远距离交流输电的示意图,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,T1的原线圈接有电压有效值恒定的交变电源,R为输电导线的电阻,T2的副线圈并联多个用电器,下列说法正确的是 (　　)
A.T1的输出电压等于T2的输入电压
B.T1的输出功率大于T2的输入功率
C.用电器增多后,R消耗的功率减小
D.用电器增多后,T2的输出电压降低
答案　BD　
3.★★★(2024重庆,9,5分)(多选)小明设计了台灯的两种调光方案,电路图分别如图甲、乙所示,图中额定电压为6 V的灯泡电阻恒定,R为滑动变阻器,理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220 V的交流电,滑片P可调节灯泡L的亮度,P在R最左端时,甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作,则 (　　)
　
A.n1∶n2=110∶3
B.当P滑到R中点时,图甲中L功率比图乙中的小
C.当P滑到R最左端时,图甲所示电路比图乙更节能
D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大
答案　AC　
三年模拟
4.★★(2025届浙江七彩阳光联盟开学考)如图为理想的可调式自耦变压器,铁芯上只有一组线圈,将其两端接在A、B间作为原线圈,副线圈是线圈的一部分,接有定值电阻R0和滑动变阻器R,U1、U2分别为原、副线圈两端电压,其大小均可调节,I1、I2分别为原、副线圈中的电流,则 (　　)
A.U1不变,当P顺时针转动一小角度,U2变小
B.U1不变,当P'向下移动时,U2变小
C.U2不变,当P顺时针转动一小角度,I1变大
D.U2不变,当P'向下移动时,I1变小
答案　A　
5.★★★(2025届湖南长沙市一中月考)如图所示,理想变压器原线圈与理想交流电流表A1和发电机连接,其中发电机部分由长为L、电阻不计的导体棒以及两个半径也为L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ω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、与金属圆环所在平面平行、磁感应强度大小为B的匀强磁场。变压器副线圈接有阻值为R的定值电阻、电阻箱RP,以及理想交流电压表V1、V2、V3和理想交流电流表A2,初始时调节电阻箱接入电路的阻值使其大小等于R,此时电路能正常工作,之后再次调节电阻箱使其接入电路的阻值等于2R,已知n1∶n2=1∶2。上述过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.电流表A1的示数减小,电流表A2的示数增大
B.电压表V1的示数不变,电压表V3的示数增大
C.电压表V2的示数为BL2ω
D.电阻箱消耗的电功率增大
答案　C　
6.★★★(2025届山东部分学校联考)(多选)一含有理想变压器的电路如图所示,a、b之间接入电压有效值恒为U的交变电流,图中R0、R1、R2均为定值电阻,且R1、R2的阻值相等。已知两个副线圈的匝数相等,图中电表均为理想电表。最初开关S断开,现将S闭合,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表示数减小
B.电流表示数减小
C.电阻R1的电功率减小
D.原线圈的输出功率增大
答案　AC　
7.(考法训练)(2024届山东平度一中期末)(多选)如图所示,一输出电压为U的恒压交流电源和理想变压器原线圈间接有一光敏电阻R,光敏电阻的阻值随光照强度变强而减小,副线圈接有一电阻恒为RL的灯泡L,已知变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=1∶3。当光照强度由强变弱时,下列说法正确的是 (　　)
A.灯泡的亮度由亮变暗
B.流过光敏电阻和灯泡的电流之比为1∶3
C.当R=RL时,光敏电阻消耗的功率最大,最大功率为
D.当R=时,光敏电阻消耗的功率最大,最大功率为
答案　AD　
第3节　电磁振荡与电磁波　传感器
电磁振荡与电磁波T1、3、4 ◆ 传感器及其相关实验T2、5、6、7
1.(2024届广东广雅中学三模)“中国天眼”通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。关于电磁波,下列说法正确的是 (　　)
A.在LC振荡电路中,电容器极板上的电荷量最大时,电路中的电流最小
B.根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围也一定产生变化的电场
C.在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短,速度依次变小
D.紫外线比红外线更容易发生明显的衍射现象
答案　A　
2.(2024浙江6月,7,3分)理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电压为u的交流电源连接,副线圈接有三个支路,如图所示。当S接a时,三个灯泡均发光,若 (　　)
A.电容C增大,L1灯泡变亮
B.频率f增大,L2灯泡变亮
C.RG上光照增强,L3灯泡变暗
D.S接到b时,三个灯泡均变暗
答案　A　
3.(2024届江西九师联盟4月联考)如图甲所示,在LC振荡电路实验中,多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T,如图乙所示,以C为横坐标、T2为纵坐标,将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据,则(　　)
　　
A.电路中的磁场能最大时,电容器极板间电场能最大
B.电容器极板间电场强度增大时,电路中电流正在增大
C.电容器带电荷量最大时,电路中电流最大
D.可由T2-C图像计算线圈的自感系数
答案　D　
4.(2024届广东深圳二模)图甲为测量储罐中不导电液体高度的电路,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中,电容器C可通过开关S与电感线圈L或电源相连。当将开关S从a拨到b时,电感线圈L与电容器C构成的回路中产生的振荡电流如图乙所示。在平行板电容器极板正对面积一定、两极板间距离一定的条件下,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.储罐内的液面降低时,LC回路中振荡电流的频率将变小
B.t1~t2时间内电容器放电
C.t2~t3时间内LC回路中电场能逐渐转化为磁场能
D.该振荡电流的有效值为Im
答案　C　
5.(2024届四川树德中学期中)(多选)为了节能环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统,天亮灯熄、天暗灯亮。如图甲所示,L1、L3为指示灯,L2为照明灯,电源提供的电压有效值U恒定。光控开关可采用光敏电阻和电磁铁来控制,如图乙所示,当线圈中的电流大于I0时,电磁继电器的衔铁将被吸合。光敏电阻是阻值随光照强度增大而减小的元件,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.照明灯L2亮时,L1会变暗
B.照明灯L2亮时,L3会变暗
C.A、B应该接入光控开关的C、F端
D.为了让天色更暗时,路灯才被点亮,滑动变阻器R'接入电路的阻值应适当调小
答案　BD　
6.(2022重庆,11,6分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节　　　　　(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻　　　　(填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是　　　　　kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
答案　(1)可变电阻R1　远大于　(2)1.2
7.(2023湖南,12,9分)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
图(a)
　　
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是　　　Ω;
(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为　　　　(用R1、R2、R3表示);
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线;
(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200 mV,则F0大小是　　　　N(重力加速度取9.8 m/s2,保留2位有效数字);
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则F1　　　F0(填“>”“=”或“<”)。
答案　(1)1 000　(2)　(3)见解析
(4)0.018(0.017或0.018)　(5)>
解析　(1)欧姆表选择“×100”挡,由题图(b)可知读数为1 000 Ω。
(2)由题图(a)可知,要使电压传感器示数为0,上、下两条支路中R1和R2的分压应相等,即=,可得RF=。
(3)根据题表中数据描点作图,注意使图线通过尽量多的点,如图所示。
(4)由图可得200 mV的电压对应砝码的质量约为1.8 g,则F0=mg≈0.018 N。
(5)非理想毫伏表测得的电压偏小,即要达到相同的电压,所需压力会偏大,则F1>F0。
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