2021届一轮高考物理：交变电流、传感器习题(含)答案

2021届一轮高考物理：交变电流、传感器习题（含）答案*交变电流、传感器*
1、(双选)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R
1为定值电阻，R
2
为光敏电
阻。

光强增大时，R
2的阻值减小，R
3
为滑动变阻器，平行板电容器与定值电阻
R
1
并联，闭合开关，下列判断正确的是( )
A.仅增加光照强度时，电容器所带电荷量将减小
B.仅减弱光照强度时，电源的输出功率一定减小
C.仅将滑动变阻器的滑片向上移动时，电容器贮存的电场能将减小
D.仅将滑动变阻器的滑片向下移动时，电源的效率将增大
2、如图所示，虚线框内为漏电保护开关的原理示意图，变压器A处用火线和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器，B处有一个输电线圈，一旦线圈B中有电流，经过电流放大器后便能推动继电器切断电源，如果甲、乙、丙、丁四人分别以图示方式接触电线(裸露部分)，甲、乙、丙站在木凳上，则下列说法正确的是()
A．甲不会发生触电事故，继电器不会切断电源
B．乙会发生触电事故，继电器不会切断电源
C．丙会发生触电事故，继电器会切断电源
D．丁会发生触电事故，继电器会切断电源
3、(多选)如图甲所示，标有“220 V40 W”的电灯和标有“20 μF300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表。

交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关S，下列判断正确的是()
甲乙
A．t＝T
2时刻，V的示数为零
B．电灯恰正常发光
C．电容器有可能被击穿
D．交流电压表V的示数保持110 2 V不变
4、有一种调压变压器的构造如图所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间加上输入电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压．图中A为交流电流表，V为交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C、D两端接正弦交流电源，变压器可视为理想变压器，则下列说法正确的是()
A．当R3不变，滑动触头P顺时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小B．当R3不变，滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小C．当P不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变小，电压表读数变小
D．当P不动，滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变大
5、(2019·临沂市一模)
(多选)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L1和L2是两个完全相同的灯泡。

原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是()
甲乙
A．交流电压的频率为50 Hz
B．电压表的示数为11 V
C．当照射R的光强增大时，电流表的示数变大
D．若L1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小
6、(多选)霍尔传感器测量转速的原理图如图所示，传感器固定在圆盘附近，圆盘上固定4个小磁体，在a、b间输入方向由a到b的恒定电流，圆盘转动时，每当磁体经过霍尔元件，传感器c、d端输出一个脉冲电压，检测单位时间内的脉冲数可得到圆盘的转速。

关于该测速传感器，下列说法中正确的有()
A．在图示位置时刻d点电势高于c点电势
B．圆盘转动越快，输出脉动电压峰值越高
C．c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转速的4倍
D．增加小磁体个数，传感器转速测量更准确
*7、某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则()
A．电感L1的作用是通高频
B．电容C2的作用是通高频
C．扬声器甲用于输出高频成分
D．扬声器乙用于输出高频成分
*8、(多选)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。

下列判断正确的是()
A．电压表的读数为NBSωR 2(R＋r)
B．当线圈由图示位置转过30°的过程中，通过电阻R的电荷量为
NBS 2(R＋r)
C．在线圈转过一周的过程中，电阻R上产生的焦耳热为N2B2S2ωRπ4(R＋r)2
D．当线圈由图示位置转过30°时，通过电阻R的电流为
NBSω2(R＋r)
*9、如图，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2．2 A．以下判断正确的是()
A．变压器输入功率为484 W
B．通过原线圈的电流的有效值为0．6 A
C．通过副线圈的电流的最大值为2．2 A
D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3
*10、(多选)如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原、副线圈中的电流。

下列说法中正确的是()
A．保持U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小
B．保持U1不变，S由a切换到b，则I2减小
C．保持U1不变，S由b切换到a，则I1增大
D．保持U1不变，S由a切换到b，则变压器的输入功率增大
*11、图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是()
A．电流表的示数为10 A
B．线圈转动的角速度为50π rad/s
C．0．01 s时线圈平面与磁场方向平行
D．0．02 s时电阻R中电流的方向自右向左
12、思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。

( )
(2)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。

( ) (3)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变。

( )
(4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。

( )
(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。

( ) 13、如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r＝0．10 m、匝数n＝20匝的线圈套在永久磁铁槽中，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)．在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝0．20 T，线圈的电阻为R1＝0．50 Ω，它的引出线接有R2＝9．5 Ω的小电珠L．外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠．当线圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正)．求：
(1)线圈运动时产生的感应电动势E的大小；
(2)线圈运动时产生的感应电流I的大小；
(3)每一次推动线圈运动过程中作用力F的大小；
(4)该发电机的输出功率P．
2021届一轮高考物理：交变电流、传感器习题（含）答案*交变电流、传感器*
1、(双选)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R
1为定值电阻，R
2
为光敏电
阻。

光强增大时，R
2的阻值减小，R
3
为滑动变阻器，平行板电容器与定值电阻
R
1
并联，闭合开关，下列判断正确的是( )
A.仅增加光照强度时，电容器所带电荷量将减小
B.仅减弱光照强度时，电源的输出功率一定减小
C.仅将滑动变阻器的滑片向上移动时，电容器贮存的电场能将减小
D.仅将滑动变阻器的滑片向下移动时，电源的效率将增大
【解析】选C、D。

仅增加光照强度，则R
2
电阻变小，总电阻变小，总电流变大，
电源内阻分压变大，路端电压变小，则通过R
3的电流变小，通过R
1
的电流变大，
则R
1
的分压变大，电容器电压变大，带电荷量增加，A错误；仅减弱光照强度，
R
2
电阻变大，电源的输出功率由内、外电阻关系决定，因其大小关系不确定，所以不能判断电源输出功率的变化，B错误；滑动变阻器的滑片向上移动时电阻减小，外电阻变小，路端电压变小，则电容器的电压变小，贮存的电场能减小，C正确；滑动变阻器的滑片向下移动时电阻增大，外电阻增大，路端电压增大，则电源效率增大，D正确。

2、如图所示，虚线框内为漏电保护开关的原理示意图，变压器A处用火线和零线平行绕制成线圈，然后接到用电器，B处有一个输电线圈，一旦线圈B中有电流，经过电流放大器后便能推动继电器切断电源，如果甲、乙、丙、丁四人分别以图示方式接触电线(裸露部分)，甲、乙、丙站在木凳上，则下列说法正确的是()
A．甲不会发生触电事故，继电器不会切断电源
B．乙会发生触电事故，继电器不会切断电源
C．丙会发生触电事故，继电器会切断电源
D．丁会发生触电事故，继电器会切断电源
解析：选AD．图中甲、乙站在木凳上(人与地绝缘)接触火线时，火线和零线中电流大小、方向不变，线圈A产生的总磁通量为零，线圈B中不产生感应电流，继电器不会切断电源，甲、乙不会发生触电事故，故A正确，B错误；当丙双手分别与火线和零线触电时(人与地绝缘)，火线和零线中电流大小相等、方向相反，线圈A产生的总磁通量为零，线圈A中不会产生感应电流，故继电器不会切断电源，C错误；当丁图中“手－地”接触时，会导致一部分电流通过大地，火线和零线中电流方向、大小不等，线圈A产生的总磁通量不为零，即磁通量变大，故会在线圈B中产生感应电流，经放大后便能推动继电器切断电源，故D正确．
3、(多选)如图甲所示，标有“220 V40 W”的电灯和标有“20 μF300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表。

交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关S，下列判断正确的是()
甲乙
A．t＝T
2时刻，V的示数为零
B．电灯恰正常发光
C．电容器有可能被击穿
D．交流电压表V的示数保持110 2 V不变
BC[交流电压表V的示数应是电压的有效值220 V，故A、D错误；电压的有效值恰等于电灯的额定电压，电灯正常发光，B正确；电压的峰值220 2
V≈311 V，大于电容器的耐压值，故电容器有可能被击穿，C正确。

]
4、有一种调压变压器的构造如图所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间加上输入电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压．图中A为交流电流表，V为交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C、D两端接正弦交流电源，变压器可视为理想变压器，则下列说法正确的是()
A．当R3不变，滑动触头P顺时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小B．当R3不变，滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变小C．当P不动，滑动变阻器滑动触头向上滑动时，电流表读数变小，电压表读数变小
D．当P不动，滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变大
解析：选A．当R3不变，P顺时针转动时，n MN减小，由U CD
U MN＝n CD
n MN，知U MN
减小，则电压、电流表读数均减小，A项正确，同理知B项错误；当P不动时，
匝数n MN不变，输出电压U MN不变，滑片向上滑动，根据串反并同，得电压表示数变大，电流表示数变小，C项错误，同理知D项也错误．
5、(2019·临沂市一模)
(多选)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L1和L2是两个完全相同的灯泡。

原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是()
甲乙
A．交流电压的频率为50 Hz
B．电压表的示数为11 V
C．当照射R的光强增大时，电流表的示数变大
D．若L1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小
ABC[由题图乙可知交流电压周期T＝0.02 s，所以频率为f＝1
T＝50 Hz，故A
正确；原线圈接入电压的最大值是220 2 V，所以原线圈接入电压的有效值是U＝220 V，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，所以副线圈两端电压是11 V，
所以电压表的示数为11 V，故B正确；R阻值随光强增大而减小，根据I＝U R知
副线圈电流增加，副线圈输出功率增加，根据能量守恒定律，可知原线圈输入功率也增加，原线圈电流增加，所以电流表的示数变大，故C正确；当L1的灯丝烧断后，变压器的输入电压不变，根据变压比公式，输出电压也不变，故电压表读数不变，故D错误。

]
6、(多选)霍尔传感器测量转速的原理图如图所示，传感器固定在圆盘附近，圆盘上固定4个小磁体，在a、b间输入方向由a到b的恒定电流，圆盘转动时，每当磁体经过霍尔元件，传感器c、d端输出一个脉冲电压，检测单位时间内的脉冲数可得到圆盘的转速。

关于该测速传感器，下列说法中正确的有()
A．在图示位置时刻d点电势高于c点电势
B．圆盘转动越快，输出脉动电压峰值越高
C．c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转速的4倍
D．增加小磁体个数，传感器转速测量更准确
CD[霍尔元件有电子或空穴导电，根据左手定则，载流子向上表面偏转，即c 点，所以d点电势不一定高于c点，故A项错误；最终电子或空穴在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，设霍尔元件的长、宽、厚分别为l1、l2、l3，电子
或空穴定向移动的速度为v，有q U
l2＝q v B，所以U＝B v l2，输出脉冲电压峰值
与圆盘转动快慢无关，故B项错误；当小磁体靠近霍尔元件时，就是会产生一个脉冲电压，因此c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转动频率的4倍，即为转速的4倍，故C项正确；当增加小磁体个数，传感器c、d端输出一个脉冲电压频率变高，那么传感器转速测量更准确，故D项正确。

]
*7、某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则()
A．电感L1的作用是通高频
B．电容C2的作用是通高频
C．扬声器甲用于输出高频成分
D．扬声器乙用于输出高频成分
解析：选BD．电感线圈有通低频、阻高频的作用，因此A项错误；电容器有通高频、阻低频的作用，因此B项正确；由此可以判断，扬声器甲主要用于输出低频成分，扬声器乙用于输出高频成分，C项错误，D项正确．
*8、(多选)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应
强度为B 的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R 。

下列判断正确的是( )
A ．电压表的读数为NBSωR 2(R ＋r )
B ．当线圈由图示位置转过30°的过程中，通过电阻R 的电荷量为
NBS 2(R ＋r ) C ．在线圈转过一周的过程中，电阻R 上产生的焦耳热为N 2B 2S 2ωRπ4(R ＋r )2
D ．当线圈由图示位置转过30°时，通过电阻R 的电流为
NBSω2(R ＋r ) AD [电动势的最大值E m ＝NBSω，有效值E ＝
E m 2＝NBSω2，电压表的示数为路端电压的有效值，解得U ＝R R ＋r E ＝NBSωR 2(R ＋r )
，A 正确；线圈由题图所示位置转过30°的过程中，通过电阻R 的电荷量q ＝
NΔΦR ＋r ＝N (BS －BSsin 60°)R ＋r ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1－32NBS R ＋r
，B 错误；在线圈转过一周的时间内电阻R 上产生的热量Q ＝U 2R ·2πω＝N 2B 2S 2ωRπ(R ＋r )2，C 错误；电流的最大值为I m ＝E m R ＋r ＝NBSωR ＋r
，电流的瞬时值表达式为i ＝I m sin ωt ，从题图所示位置转过30°时，ωt ＝π6，此时的电流为i ＝I m 2
＝NBSω2(R ＋r )
，D 正确。

] *9、如图，将额定电压为60 V 的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S 后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V 和2．2 A ．以下判断正确的是( )
A ．变压器输入功率为484 W
B ．通过原线圈的电流的有效值为0．6 A
C ．通过副线圈的电流的最大值为2．2 A
D ．变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝11∶3
解析：选BD ．变压器的输入功率P 1＝P 2＝I 2U 2＝2．2×60 W ＝132 W ，选项A
错误；由U 1U 2＝n 1n 2得n 1n 2＝U 1U 2＝22060＝113，选项D 正确；由I 1I 2＝n 2n 1得I 1＝n 2n 1
I 2＝311×2．2 A ＝0．6 A ，选项B 正确；根据I ＝I m 2
得副线圈上的电流的最大值I 2m ＝2I 2＝2．2 2 A ，选项C 错误．
*10、(多选)如图所示，电路中的变压器为理想变压器，S 为单刀双掷开关，U 1为加在原线圈两端的交变电压，I 1、I 2分别为原、副线圈中的电流。

下列说法中正确的是( )
A ．保持U 1不变，S 由b 切换到a ，则R 上消耗的功率减小
B ．保持U 1不变，S 由a 切换到b ，则I 2减小
C ．保持U 1不变，S 由b 切换到a ，则I 1增大
D ．保持U 1不变，S 由a 切换到b ，则变压器的输入功率增大
BC [保持U 1不变，S 由b 切换到a 时，副线圈匝数增多，则输出电压U 2增大，电流I 2增大，R 消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故I 1增大；S 由a 切换到b 时，副线圈匝数减少，则输出电压U 2减小，输出电流I 2减小，所以根据P 2＝I 2U 2，P 2减小；又因P 1＝P 2，所以变压器输入功率减小。

由以上分析可知，正确选项为B 、C 。

]
*11、图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N 、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A 为交流电流表，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所
示，以下判断正确的是( )
A ．电流表的示数为10 A
B ．线圈转动的角速度为50π rad/s
C ．0．01 s 时线圈平面与磁场方向平行
D ．0．02 s 时电阻R 中电流的方向自右向左
解析：选AC ．根据i －t 图象可知，电流最大值I m ＝10 2 A ，有效值I ＝I m 2
＝10 A ，选项A 正确；交变电流的周期T ＝2×10－2 s ，角速度ω＝2πT ＝100π rad/s ，
选项B 错误；从图示位置开始转动时，经0．01 s 线圈回到水平状态，线圈平面与磁场方向平行，选项C 正确；根据右手定则，在0．02 s 时，线圈经过一个周期，即在图示位置，电阻R 中的电流方向自左向右，因此选项D 错误．
12、思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。

( )
(2)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。

( )
(3)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变。

( ) (4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。

( ) (5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。

( ) 【答案】（1）× （2）× （3）√ （4）√ （5）×
13、如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r ＝0．10 m 、匝数n ＝20匝的线圈套在永久磁铁槽中，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)．在线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为B ＝0．20 T ，线圈的电阻为R 1＝0．50 Ω，它的引出线接有R 2＝9．5 Ω的小电珠L ．外力推动线圈框架的P 端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠．当线
圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正)．求：
(1)线圈运动时产生的感应电动势E的大小；
(2)线圈运动时产生的感应电流I的大小；
(3)每一次推动线圈运动过程中作用力F的大小；
(4)该发电机的输出功率P．
解析：(1)由x－t图，可得线圈的切割速度
v＝Δx
Δt
＝0．80 m/s．
线圈做切割磁感线运动产生的感应电动势
E＝n·2πrB v＝20×2×3．14×0．10×0．20×0．80 V≈2．0 V．(2)由闭合电路的欧姆定律，感应电流
I＝
E
R1＋R2
＝
2.0
0.50＋9.5
A＝0．20 A．
(3)由于线圈每次运动都是匀速直线运动，由平衡条件F推＝F安，即F推＝nBI·2πr ＝20×0．20×0．20×2×3．14×0．10 N≈0．50 N．
(4)发电机的输出功率即小电珠的电功率
P＝I2R2＝0．202×9．5 W＝0．38 W．
答案：(1)2．0 V(2)0．20 A(3)0．50 N(4)0．38 W。