2021届高考一轮（人教）物理：交变电流、传感器含答案 试卷

2021届高考一轮（人教）物理：交变电流、传感器含答案

复习：交变电流、传感器

1、(双选)如图所示，理想变压器原线圈接电压为220 V的正弦交流电，开关S接1时，原、副线圈的匝数比为11:1，滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω，电压表和电流表均为理想电表．下列说法正确的有(　　)

A．变压器输入功率与输出功率之比为1:1

B．1 min内滑动变阻器上产生的热量为40 J

C．仅将S从1拨到2，电流表示数减小

D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小

2、三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是 (　　)

A.用光束1照射时，不能产生光电子

B.用光束3照射时，不能产生光电子

C.用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多

D.用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大

3、如图所示，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B．直角扇形导线框半径为L、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω逆时针匀速转动．线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是(　　)

A．I＝  B．I＝

C．I＝0  D．I＝

4、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流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方∶Q正等于(　　)

A．1∶  B．∶1　　C．1∶2　　D．2∶1

5、远距离输电的原理图如图所示， 升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2, 电压分别为U1、U2，电流分别为 I1、I2，输电线上的电阻为R．变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是(　　)

A．＝　　　　　　　B．I2＝

C．I1U1＝IR           D．I1U1＝I2U2

6、(多选)如图所示为某小型发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P＝20 kW。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1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻r＝10 Ω。下列说法正确的是(　　)

A．采用高压输电可以增大输电线路中的电流

B．升压变压器的输出电压U2＝2 000 V

C．用户获得的功率为19 kW

D．将P下移，用户获得的电压将增大

7、(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

8、已知类氢结构氦离子(He+)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论可知(　　)

A.氦离子(He+)处于n=1能级时，能吸收45 eV 的能量跃迁到n=2能级

B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子

C.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的波长大

D.若氦离子(He+)从n=2能级跃迁到基态，释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应

9、（双选）有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮．如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电．关于此装置，下列说法正确的是(　　)

A．自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电

B．小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关

C．知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数

D．线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大

10、如图所示为一个经双向可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去。现在电灯上电压的有效值为(　　)

A．Um  B．  C．  D．

11、用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图所示，则(　　)

A．变压器输入功率约为3．9 W

B．输出电压的最大值是110 V

C．变压器原、副线圈匝数比是1∶2

D．负载电流的函数表达式i＝0．05sin A

12、如图所示为某小型发电站的输电示意图，发电站输出U1＝220sin(100πt)V的交流电通过升压变压器升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压器降压给用户供电。图中高压输电线部分总电阻为r，负载端的电压表是理想电压表。下列有关描述正确的是(　　)

A．若开关S1、S2都断开，则电压表示数为零

B．负载端所接收交流电的频率为25 Hz

C．深夜开灯时灯较亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故

D．用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度

13、电压u＝120sin ωt V、频率为50 Hz的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u0＝60 V的霓虹灯的两端．

(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？

(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象．

14、如图所示，矩形线圈边长为ab=20 cm，ad=10 cm，匝数N=100匝，磁场的磁感应强度B=0.01 T。当线圈以50 r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动。求：             

(1)线圈中感应电动势瞬时值表达式。

(2)从线圈开始转动起计时，经0.01 s时感应电动势的瞬时值。

2021届高考一轮（人教）物理：交变电流、传感器含答案

复习：交变电流、传感器

1、(双选)如图所示，理想变压器原线圈接电压为220 V的正弦交流电，开关S接1时，原、副线圈的匝数比为11:1，滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω，电压表和电流表均为理想电表．下列说法正确的有(　　)

A．变压器输入功率与输出功率之比为1:1

B．1 min内滑动变阻器上产生的热量为40 J

C．仅将S从1拨到2，电流表示数减小

D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小

【答案】AC　根据理想变压器的特点可知，变压器的输入功率与输出功率之比为11，A项正确；原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压为U2＝U1＝×220 V＝20 V，则滑动变阻器1 min内产生的热量为Q＝t＝×60 J＝2 400 J，B项错误；若只将S从1拨到2，则原、副线圈的匝数比变大，副线圈的电压减小，副线圈中电流减小，原线圈中电流即电流表示数减小，C项正确；将滑动变阻器滑片向下滑动，接入电路中的阻值变大，副线圈中电流减小，原线圈中电流即电流表的示数变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的示数不变，D项错误．

2、三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是 (　　)

A.用光束1照射时，不能产生光电子

B.用光束3照射时，不能产生光电子

C.用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多

D.用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大

【解析】选A、C。依据波长与频率的关系：λ=，因λ1>λ2>λ3，所以ν1<ν2<ν3；由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而用光束3照射时，一定能产生光电子，故A项正确，B项错误；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：Ekm=hν-W0可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C项正确，D项错误。

3、如图所示，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B．直角扇形导线框半径为L、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω逆时针匀速转动．线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是(　　)

A．I＝  B．I＝

C．I＝0  D．I＝

解析：选B．从图示位置转过90°的过程中，即在0～时间内，线框中的感应电动势为E＝BL2ω，感应电流沿顺时针方向；在转过90°至180°的过程中，即在～时间内，线框中的感应电动势仍为E＝BL2ω，感应电流沿逆时针方向；在转过180°至270°的过程中，即在～时间内，线框中的感应电动势仍为E＝BL2ω，感应电流沿逆时针方向；在转过270°至360°的过程中，即在～T时间内，线框中的感应电动势仍为E＝BL2ω，感应电流沿顺时针方向．根据有效值的定义知I＝．B项正确．

4、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流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方∶Q正等于(　　)

A．1∶  B．∶1　　C．1∶2　　D．2∶1

D　[根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q方＝T；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝·T，所以＝，D正确。]

5、远距离输电的原理图如图所示， 升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2, 电压分别为U1、U2，电流分别为 I1、I2，输电线上的电阻为R．变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是(　　)

A．＝　　　　　　　B．I2＝

C．I1U1＝IR           D．I1U1＝I2U2

解析：选D．根据理想变压器的工作原理得I1U1＝I2U2、＝．U2不是加在R两端的电压，故I2≠，而I1U1等于R上消耗的功率IR与下一级变压器的输入功率之和．只有选项D正确．

6、(多选)如图所示为某小型发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P＝20 kW。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1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻r＝10 Ω。下列说法正确的是(　　)

A．采用高压输电可以增大输电线路中的电流

B．升压变压器的输出电压U2＝2 000 V

C．用户获得的功率为19 kW

D．将P下移，用户获得的电压将增大

BC　[采用高压输电可以减小输电线路中的电流，从而减小输电损耗，选项A错误；电流表的示数为1 A，电流互感器匝数比为1∶10，故输电线路中电流的大小I2＝10 A，根据P＝U2I2可得升压变压器的输出电压U2＝2 000 V，选项B正确；线路损耗的功率Pr＝Ir＝1 kW，故用户获得的功率为19 kW，选项C正确；将P下移，降压变压器原线圈匝数增大，用户获得的电压将减小，选项D错误。]

7、(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＝qvB，所以U＝Bvl2，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。]

8、已知类氢结构氦离子(He+)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论可知(　　)

A.氦离子(He+)处于n=1能级时，能吸收45 eV 的能量跃迁到n=2能级

B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子

C.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的波长大

D.若氦离子(He+)从n=2能级跃迁到基态，释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应

【解析】选C。吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能发生跃迁，从n=1跃迁到n=2，吸收的光子能量为40.8 eV，故A项错误；大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁，能发出3种不同频率的光子，故B项错误；由图可知，n=4和n=3的能级差小于n=3和n=2的能级差，则从n=4跃迁到n=3能级释放的光子能量小于从n=3跃迁到n=2能级辐射的光子能量，所以从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率低，波长大，故C项正确；从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为-13.6-(-54.4)eV=40.8 eV，若能使某金属板发生光电效应，从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为-3.4-(-13.6)eV=10.2 eV<40.8 eV，不一定能使该金属板发生光电效应，故D项错误。

9、（双选）有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮．如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电．关于此装置，下列说法正确的是(　　)

A．自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电

B．小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关

C．知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数

D．线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大

解析：选AC．摩擦轮带动线圈在磁场中绕垂直于磁感线的轴转动，产生交流电，故A正确；行驶速度会影响感应电动势的大小，所以影响灯泡的亮度，故B错误；摩擦轮和后轮属于皮带传动，具有相同的线速度，如果知道了半径关系，就能知道角速度关系，也就能知道转速关系，故C正确；线圈匝数不影响穿过线圈的磁通量的变化率的大小，故D错误．

10、如图所示为一个经双向可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去。现在电灯上电压的有效值为(　　)

A．Um  B．  C．  D．

D　[从u­t图象上看，每个周期正弦波形的有效值U1＝，根据有效值的定义：T＝××2＋0，解得：U＝，D正确。]

11、用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图所示，则(　　)

A．变压器输入功率约为3．9 W

B．输出电压的最大值是110 V

C．变压器原、副线圈匝数比是1∶2

D．负载电流的函数表达式i＝0．05sin A

解析：选A．由题图可知通过负载的电流最大值为Im＝0．05 A，周期T＝0．02 s，故电流的函数表达式i＝Imsint＝0．05sin 100πt (A)，D错误；理想变压器匝数比等于电压比，即 n1∶n2＝U1∶U2＝2∶1，C错误；输出电压U2＝110 V，其最大值U2m＝U2＝110 V，B错误；理想变压器输入功率等于输出功率，即输入功率P＝I2U2＝×110 W≈3．9 W，A正确．

12、如图所示为某小型发电站的输电示意图，发电站输出U1＝220sin(100πt)V的交流电通过升压变压器升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压器降压给用户供电。图中高压输电线部分总电阻为r，负载端的电压表是理想电压表。下列有关描述正确的是(　　)

A．若开关S1、S2都断开，则电压表示数为零

B．负载端所接收交流电的频率为25 Hz

C．深夜开灯时灯较亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故

D．用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度

C　[开关都断开时降压变压器空载，其副线圈两端有电压，电压表示数不为零，选项A错误；变压器不能改变交流电的频率，故负载端所接收交流电的频率还是50 Hz，选项B错误；深夜大部分用户已关灯，干路中电流减小，线路损耗电压也减小，用户得到的电压升高，故此时开灯较亮，选项C正确；用电高峰时，负载增多，负载电阻减小，干路中电流增大，因此输电线路上损耗电压增大，导致降压变压器的输入电压降低，为提高负载电压，可增大降压变压器副线圈的匝数，使负载电压提高，选项D错误。]

13、电压u＝120sin ωt V、频率为50 Hz的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u0＝60 V的霓虹灯的两端．

(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？

(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象．

解析：(1)如图所示，画出一个周期内交变电流的u－t图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1

当u＝u0＝60 V时，

由u＝120sin ωt V求得：t1＝ s

再由对称性知一个周期内能发光的时间为：

t＝T－4t1＝ s－4× s＝ s

再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：

t＝× s＝2 400 s．

(2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有 s(如图中t2～t3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为 s远大于 s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉．

答案：(1)2 400 s　(2)见解析

14、如图所示，矩形线圈边长为ab=20 cm，ad=10 cm，匝数N=100匝，磁场的磁感应强度B=0.01 T。当线圈以50 r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动。求：             

(1)线圈中感应电动势瞬时值表达式。

(2)从线圈开始转动起计时，经0.01 s时感应电动势的瞬时值。

【解析】(1)根据角速度与转速的关系

ω=2πn=100π rad/s

感应电动势的最大值

Em=NBSω=NB···ω=2π V≈6.28 V

刚开始转动时，线圈平面与中性面的夹角φ0=

所以线圈中感应电动势的瞬时值表达式为

e=Emsin(ωt+φ0)=6.28sinV。

(2)将t=0.01 s代入感应电动势的瞬时值表达式，得e=-3.14 V。

【答案】(1)e=6.28sin V

(2)-3.14 V