2021年高考物理真题和模拟题分类汇编专题11 交变电流传感器（含答案解析）

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1、专题专题 11 交变电流交变电流 传感器传感器 选择题选择题 1. (2021 浙江卷)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 m U相同，则实线所对应的交流电的有效值 U 满足( ) A. 2 m U U B. 2 2 m U U C. 2 2 m U U D. 2 2 m U U 2. (2021 湖南卷)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为 12 :nn，输入端C、D接入电压有 效值恒定的交变电源，灯泡 L1、L2的阻值始终与定值电阻 0 R的阻值相同。在滑动变阻器R 的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内， 下列说

2、法正 确的是( ) A. L1先变暗后变亮，L2一直变亮 B. L1先变亮后变暗，L2一直变亮 C. L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗 D. L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗 3. (2021 河北卷)如图，发电机矩形线圈长为2L、宽为 L，匝数为 N，放置在磁感应强度 大小为 B 的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为 0 n、 1 n和 2 n，两个副线圈分 别接有电阻 1 R和 2 R，当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为 I，不计线 圈电阻，下列说法正确的是( ) A. 通过电阻 2 R的电流为 1 2 n I n B. 电阻 2 R两端的电压为 21 1 n

3、IR n C. 0 n与 1 n的比值为 2 1 2NBL IR D. 发电机的功率为 2 12 0 2()NBLI nn n 4. (2021 春 浙江卷)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 Um C. 流过电阻的电荷 2 2BL R D. 电阻产生的焦耳热 2 m U BL R 5. (2021 广东卷)某同学设计了一个充电装置， 如图所示， 假设永磁铁的往复运动

4、在螺线管中 产生近似正弦式交流电，周期为 0.2s，电压最大值为 0.05V，理想变压器原线圈接螺线管， 副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为 160，下列说法正确的是( ) A. 交流电的频率为 10Hz B. 副线圈两端电压最大值为 3V C. 变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关 D. 充电电路的输入功率大于变压器的输入功率 6. (2021 北京通州一模)在匀强磁场中， 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴 OO匀速转 动， 如图甲所示。 产生的交变电流 i随时间 t变化的规律如图乙所示。 下列说法正确的是( ) A. t = 0时，线框中磁通量的变化率为零 B. t = 0.01 s

5、时，穿过线框的磁通量最大 C. 线框旋转的角速度大小为 50 rad/s D. 若线框的电阻为 0.4 ，则线框的热功率为 5 W 7. (2021 四川泸州三模)钳形电流表是一种测量交变电流的仪表， 其工作原理如图所示。 当通 有交变电流的单匝导线从环形铁芯中间穿过时，与绕在铁芯上的线圈相连的交流电流表 A 指针会发生偏转。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，已知 n2=500 匝，当用该表测 50 Hz 的正弦式交变电流时，则( ) A. A表中通过的交变电流频率为 100Hz B. 若 A 表中示数为 50 mA 时，导线中被测电流为 25A C. 若导线中通 10A的恒定电流时，A表的示数

6、为 20 mA D. 若只增大线圈匝数 n2，则 A 表的示数将变小 8. (2021 北京海淀一模)如图 6 所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为 2：1，原线圈接在 cos() m uUt 的交流源上，副线圈接一定值电阻 0 R和滑动变阻器 R，电流表、电压表 均为理想交流电表。当滑动变阻器 R 的滑片 P 由 a 端向 b 端缓慢滑动时，下列说法中正确 的是 A电流表 1 A、 2 A的示数之比为 2：1 B电压表 1 V、 2 V的示数之比为 1：2 C滑动变阻器 R 消耗的功率可能先增大后减小 D原线圈的输入功率可能减小 9. (2021 河北唐山一模)如图所示，理想变压器的初级线圈

7、连接电压恒定的交流电源，初、次 级线圈均接入阻值为 R 的负载电阻。当电键 S断开时，与初级线圈连接的电压表 V1的示数 为 U1，与次级线圈连接的电压表 V2的示数为 U2，则以下判断中正确的是( ) A. 电键断开时，初级线圈中的输入电流为 2 1 2 U U R B. 交流电源的电压为 22 12 1 UU U C. 电键闭合时，电压表 V1的示数减小 D. 电键闭合时，交流电源输出功率减小 10. (2021 上海普陀一模)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，b 是原线圈 的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻 R10，其余电阻均不计。从某时 刻开始在 c、d

8、 两端加上如图乙所示的交变电压。则下列说法中正确的有( ) A.当单刀双掷开关与 a 连接时，电压表的示数为 22V B.当单刀双掷开关与 b 连接时，在 t0.01s 时刻，电流表示数为 4.4A C.当单刀双掷开关由 a 拨向 b 时，副线圈输出电压的频率变为 25Hz D.当单刀双掷开关由 a 拨向 b 时，原线圈的输入功率变小 11. (2021 上海普陀一模)如图甲所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一匝数为 n，面 积为 S，总电阻为 r 的矩形线圈 abcd 绕轴 OO做角速度为 的匀速转动，矩形线圈在转动 中可以保持和外电路电阻 R 形成闭合电路，回路中接有一理想交流电流

9、表.图乙是线圈转动 过程中产生的感应电动势 e 随时间 t 变化的图象，下列说法中正确的是 A.从 t1到 t3这段时间穿过线圈磁通量的变化量为 2nBS B.从 t3到 t4这段时间通过电阻 R 的电荷量为 Nbs/R C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为 nBS D.电流表的示数为 12. (2021 广西柳州一模)某变压器原、副线圈匝数比为 55：8，原线圈所接交流电源按图示 规律变化，副线圈接有负载。下列判断正确的是( ) A. 交流电源频率为 50Hz B. 原副线圈中电流之比为 55：8 C. 变压器输入、输出功率之比为 8：55 D. 输出电压的最大值为 32V 13(2021

10、北京东城一模)图 1 表示某压敏电阻的阻值 R 随压力 F 变化的情况，将它平放在 电梯地板上并接入图 2 所示的电路中， 在其受压面上放一物体， 即可通过电路中数字电流表 的示数 I 来探查电梯的运动情况。电梯静止时数字电流表示数为 I0。下列说法正确的是 A若示数 I 不变说明电梯正在匀速运动 B若示数 I 在增大说明电梯的速度在增大 C若示数 I I0说明电梯可能在加速向上运动 D若示数为 I0说明电梯一定处于静止状态 14(2021 北京东城一模)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。产生的交变电动势图像如图 2 所示，则 At0.005 s 时线

11、框的磁通量变化率为零 Bt0.01 s 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 311 V D线框产生的交变电动势频率为 100 Hz 专题专题 11 交变电流交变电流 传感器传感器 选择题选择题 1. (2021 浙江卷)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 m U相同，则实线所对应的交流电的有效值 U 满足( ) A. 2 m U U B. 2 2 m U U C. 2 2 m U U D. 2 2 m U U 答案 D 解析： 因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为 2 = 22 mm UU U 有效值 由图可知， 在

12、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 2 2 m U U 故选 D。 2. (2021 湖南卷)如图，理想变压器原、副线圈匝数比为 12 :nn，输入端C、D接入电压有 效值恒定的交变电源，灯泡 L1、L2的阻值始终与定值电阻 0 R的阻值相同。在滑动变阻器R 的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内， 下列说法正 确的是( ) A. L1先变暗后变亮，L2一直变亮 B. L1先变亮后变暗，L2一直变亮 C. L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗 D. L1先

13、变亮后变暗，L2先变亮后变暗 答案 A 解析： 副线圈的总电阻为 200 111 appb RRRRR 解得 0000 2 000 2 appbappb appb RRRRRRRR R RRRRRR 则滑动变阻器 R 的滑片从 a 端滑到 b 端过程中，副线圈的总电阻选增大后减小，根据等效 电阻关系有 1 22 2 12121 2 2 1222 2 1 = n U UnnUn RR n InIn I n 等 则等效电阻先增大后减小，由欧姆定律有1 0 U I RR 等 ， 1 21 2 n II n 1 I先减小后增大， 2 I先减小后增大，则 1 L先变暗后变亮，根据 110 UUI R，

14、2 21 1 n UU n 由于 1 I先减小后增大，则副线圈的电压 2 U先增大后减小，通过 L2的电流为 2 2 0 L pb U I RR 则滑动变阻器 R 的滑片从 a 端滑到 b 端过程中， pb R 逐渐减小，副线圈的电压 2 U增大过程 中 2L I增大；在副线圈的电压 2 U减小过程中，通过 R0的电流为 0 2 0 R ap U I RR ap R 逐渐增大，则 0 R I 越来越小，则 0 22LR III 则 1 L先变暗后变亮， 2 L一直变亮；故选 A。 3. (2021 河北卷)如图，发电机矩形线圈长为2L、宽为 L，匝数为 N，放置在磁感应强度 大小为 B 的匀强

15、磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为 0 n、 1 n和 2 n，两个副线圈分 别接有电阻 1 R和 2 R，当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为 I，不计线 圈电阻，下列说法正确的是( ) A. 通过电阻 2 R的电流为 1 2 n I n B. 电阻 2 R两端的电压为 21 1 n IR n C. 0 n与 1 n的比值为 2 1 2NBL IR D. 发电机的功率为 2 12 0 2()NBLI nn n 答案 BC 解析： 由题知理想电流表读数为 I，则根据欧姆定律 U1= IR1 根据变压器电压与匝数的关系有 00 11 nU nU ， 00 22 nU nU 代入

16、数据有 U0= 0 1 1 n IR n ，U2= 2 1 1 n IR n 再由欧姆定律有 U2= I2R2 可计算出 I2= 21 12 n R I n R 综上可知， B正确； 由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有 Emax= NB2L2，U0= max 2 E = 2NBL 2 由选项 AB知：U0= 0 1 1 n IR n 则 2 0 11 2nNBL nIR C正确；故选 BC。 4. (2021 春 浙江卷)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

17、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 Um C. 流过电阻的电荷 2 2BL R D. 电阻产生的焦耳热 2 m U BL R 【答案】BD 【解析】 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，则选项 A 错误； B由图乙可知，电动势的最大值为 Um ，选项 B 正确； C线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为 2 2EBL qI tt RRR 则金属框转过一周流过电阻的电荷量为 2 4 2 BL qq R D因为 2 m UB L 则 2 m U BL 金属框转过一周电阻产生焦耳热 2 22 () 2 2 = m

18、m U U BLU QT RRR 选项 D正确。 故选 BD。 5. (2021 广东卷)某同学设计了一个充电装置， 如图所示， 假设永磁铁的往复运动在螺线管中 产生近似正弦式交流电，周期为 0.2s，电压最大值为 0.05V，理想变压器原线圈接螺线管， 副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为 160，下列说法正确的是( ) A. 交流电的频率为 10Hz B. 副线圈两端电压最大值为 3V C. 变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关 D. 充电电路的输入功率大于变压器的输入功率 答案 B 解析： 由理想变压器原理可知 11 22 Un Un 解得，副线两端的最大电压为 2 21 1 3V n U

19、U n 故 B 正确；故选 B。 6. (2021 北京通州一模)在匀强磁场中， 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴 OO匀速转 动， 如图甲所示。 产生的交变电流 i随时间 t变化的规律如图乙所示。 下列说法正确的是( ) A. t = 0时，线框中磁通量的变化率为零 B. t = 0.01 s 时，穿过线框的磁通量最大 C. 线框旋转的角速度大小为 50 rad/s D. 若线框的电阻为 0.4 ，则线框的热功率为 5 W 【答案】D 【解析】t = 0时，线框中磁通量的变化率最大，因为图乙中的感应电流最大，选项 A 错误； t = 0.01 s 时，感应电流也是最大的，故此时穿过线框的

20、磁通量为 0，选项 B 错误； 由乙可知， 周期 T=0.02s， 所以线框旋转的角速度大小为 = 2 T =100 rad/s， 选项 C 错误； 由图乙可知，交流电的最大值是 5A，有效值为 5 2 A，若线框的电阻为 0.4 ，则线框的热 功率 P=I2R=( 5 2 )2 0.4W=5 W，选项 D 正确。 7. (2021 四川泸州三模)钳形电流表是一种测量交变电流的仪表， 其工作原理如图所示。 当通 有交变电流的单匝导线从环形铁芯中间穿过时，与绕在铁芯上的线圈相连的交流电流表 A 指针会发生偏转。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗，已知 n2=500 匝，当用该表测 50 Hz 的正弦

21、式交变电流时，则( ) A. A表中通过的交变电流频率为 100Hz B. 若 A 表中示数为 50 mA 时，导线中被测电流为 25A C. 若导线中通 10A的恒定电流时，A表的示数为 20 mA D. 若只增大线圈匝数 n2，则 A 表的示数将变小 【答案】BD 【解析】 A钳形电流表不改变电流的频率，故 A错误； B分析题意可知，原线圈的匝数：n1=1匝，副线圈匝数：n2=500匝，根据变压器原、副线 圈电流与匝数成反比可知，若 G 中通过的电流为 50mA，则导线中的被测电流为 25A，故 B 正确； C若导线中通过的是 10A的恒定电流，变压器不工作，副线圈中无感应电流，G 中没有

22、电 流通过，故 C 错误； D根据变流比 n1I1=n2I2 若只增大线圈匝数 n2，I1、n1不变，则钳形电流表的示数 I2将变小，故 D正确。 故选 BD。 8. (2021 北京海淀一模)如图 6 所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为 2：1，原线圈接在 cos() m uUt 的交流源上，副线圈接一定值电阻 0 R和滑动变阻器 R，电流表、电压表 均为理想交流电表。当滑动变阻器 R 的滑片 P 由 a 端向 b 端缓慢滑动时，下列说法中正确 的是 A电流表 1 A、 2 A的示数之比为 2：1 B电压表 1 V、 2 V的示数之比为 1：2 C滑动变阻器 R 消耗的功率可能先增大后减小

23、 D原线圈的输入功率可能减小 【答案】C 【解析】 根据理想变压器的电流规律可知： 12 21 1 2 In In ， 即电流表 A1、 A2的示数之比为 1： 2，选项 A 错误；再根据电压规律为 11 22 2 1 Un Un ，即电压表 V1、V2的示数之比为 2：1， 选项 B 错误； 当滑动变阻器的滑片 P 由 a 端向 b 端滑动时，变阻器的电阻变小，故副线圈的电流变大， 如果把 R0看成副线圈的内电阻，则当 R=R0时，变阻器消耗的电功率才最大，故 R 消耗的电 功率可能会先增大后减小，选项 C 正确； 由于副线圈的电流变大，则原线圈的电流也会变大，故原线圈输入的电功率也会变大，

24、选项 D 错误。 9. (2021 河北唐山一模)如图所示，理想变压器的初级线圈连接电压恒定的交流电源，初、次 级线圈均接入阻值为 R 的负载电阻。当电键 S断开时，与初级线圈连接的电压表 V1的示数 为 U1，与次级线圈连接的电压表 V2的示数为 U2，则以下判断中正确的是( ) A. 电键断开时，初级线圈中的输入电流为 2 1 2 U U R B. 交流电源的电压为 22 12 1 UU U C. 电键闭合时，电压表 V1的示数减小 D. 电键闭合时，交流电源输出功率减小 【答案】BC 【解析】 A设初级线圈中的电流为 I1，理想变压器原副线圈功率相等，可得 2 2 1 1 U U I R

25、 化简可得， 2 2 1 1 U I U R ，A错误； B原线圈中电阻 R两端电压为 2 2 1 1 U UI R U 故交流电源的电压为 2 2 1 1 2 1 U U U UU U B正确； C电键闭合时，副线圈电阻减小，电流增大，原线圈电流随之增大，原线圈所接电阻 R两 端电压增大，原线圈电压减小，即电压表 V1的示数减小，C正确； D电键闭合时，交流电源输出功率 1 PUI，由于电流增大，功率增大，D错误。 故选 BC。 10. (2021 上海普陀一模)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，b 是原线圈 的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻 R10，其余电

26、阻均不计。从某时 刻开始在 c、d 两端加上如图乙所示的交变电压。则下列说法中正确的有( ) A.当单刀双掷开关与 a 连接时，电压表的示数为 22V B.当单刀双掷开关与 b 连接时，在 t0.01s 时刻，电流表示数为 4.4A C.当单刀双掷开关由 a 拨向 b 时，副线圈输出电压的频率变为 25Hz D.当单刀双掷开关由 a 拨向 b 时，原线圈的输入功率变小 【答案】AB 【解析】 A.当单刀双掷开关与 a 连接时，变压器原副线圈的匝数比为 101，输入电压 220V 故根据变压比公式 可得输出电压为 22V，电压表的示数为 22V，故 A 正确； B.当单刀双掷开关与 b 连接时，

27、变压器原副线圈的匝数比为 51，输入电压 U1220V，故 根据变压比公式，输出电压为 44V，根据欧姆定律，电流表的示数即为输出电流的有效值 故 B 正确； C.由图象可知，交流电的周期为，所以交流电的频率为 当单刀双掷开关由 a 拨向 b 时， 变压器不会改变电流的频率， 所以副线圈输出电压的频率为 50Hz。故 C 错误； D.当单刀双掷开关由 a 拨向 b 时，根据变压比公式，输出电压增加，故输出电流增加，故输 入电流也增加，则原线圈的输入功率变大，故 D 错误。 故选 AB。 11. (2021 上海普陀一模)如图甲所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一匝数为 n，面 积为 S

28、，总电阻为 r 的矩形线圈 abcd 绕轴 OO做角速度为 的匀速转动，矩形线圈在转动 中可以保持和外电路电阻 R 形成闭合电路，回路中接有一理想交流电流表.图乙是线圈转动 过程中产生的感应电动势 e 随时间 t 变化的图象，下列说法中正确的是 A.从 t1到 t3这段时间穿过线圈磁通量的变化量为 2nBS B.从 t3到 t4这段时间通过电阻 R 的电荷量为 Nbs/R C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为 nBS D.电流表的示数为 【答案】D 【解析】 试题分析：由图可知，tl 和 t3 这两时刻的磁通量大小为 BS，方向相反；故穿过线圈磁通量 的变化量为 2BS；故 A 错误；从 t3

29、 到 t4 这段时间磁通量的变化为 BS，则平均电动势 ；因此通过电阻 R 的电荷量为；故 B 错 误；t3 时刻电动势 E=NBS；则由法拉第电磁感应定律可知：；则穿过线圈的 磁通量变化率为 BS； 故 C 错误； 电流表的示数为有效值， 则有：； 故 D 正确；故选 D. 考点：法拉第电磁感应定律；交流电的有效值 12. (2021 广西柳州一模)某变压器原、副线圈匝数比为 55：8，原线圈所接交流电源按图示 规律变化，副线圈接有负载。下列判断正确的是( ) A. 交流电源频率为 50Hz B. 原副线圈中电流之比为 55：8 C. 变压器输入、输出功率之比为 8：55 D. 输出电压的最

30、大值为 32V 【答案】A 【解析】 A从图上可以看出，交流电的周期 T=0.02s，所以频率为 50Hz，故 A正确； B电流之比等于原副线圈匝数的反比，即为 8：55，故 B错误； C变压器只能改变交流电的电压，而不能改变频率和功率，即对于理想变压器的输入功率 和输出功率相等，所以 C错误； D原线圈电压的最大值为220 2V，变压器的输入和输出电压之比等于原副线圈匝数比， 所以输出电压的最大值为 8 220 2V32 2V 55 ，所以 D 错误。 故选 A。 13(2021 北京东城一模)图 1 表示某压敏电阻的阻值 R 随压力 F 变化的情况，将它平放在 电梯地板上并接入图 2 所示

31、的电路中， 在其受压面上放一物体， 即可通过电路中数字电流表 的示数 I 来探查电梯的运动情况。电梯静止时数字电流表示数为 I0。下列说法正确的是 A若示数 I 不变说明电梯正在匀速运动 B若示数 I 在增大说明电梯的速度在增大 C若示数 I I0说明电梯可能在加速向上运动 D若示数为 I0说明电梯一定处于静止状态 【答案】C 【解析】因为电梯静止时数字电流表示数为 I0，那么数字电流表示数为 I0时，电梯既可能静 止也可能处于匀速直线运动状态，故选项 D 错误；若示数为 I 且不变，则说明压敏电阻的 大小没变，则压力也没变化，电梯匀速运动时压力可以不变，匀变速直线运动时，压力也可 以不变，选

32、项 A 错误；若 I 在增大，说明压敏电阻在减小，由图 1 可知，压力在增大，根 据力的作用是相互的，则物体受到的支持力压力也在增大，即加速度可能向上在增大，但并 不说明它的速度在增大，也可能是它在减速下降，故选项 B 错误；若示数 II0，则说明压敏 电阻变小，即它受到的压力变大，故它的加速度向上，所以它可能在加速向上运动，选项 C 正确。 14(2021 北京东城一模)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。产生的交变电动势图像如图 2 所示，则 At0.005 s 时线框的磁通量变化率为零 Bt0.01 s 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 311 V D线框产生的交变电动势频率为 100 Hz 【答案】B 【解析】t0.005 s 时线框的电动势最大，根据法拉第电磁感应定律可知，磁通量变化率也 为最大，选项 A 错误；t0.01 s 时，电动势为 0，故线框平面与中性面重合，选项 B 正确； 由图 2 可知，线框产生的交变电动势的最大值为 311 V，有效值为 220V，选项 C 错误；由 图 2 可知， 线框转动的周期为 0.02s， 故线框产生的交变电动势频率为 50 Hz， 选项 D 错误。