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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
粤题风向 物理本质 明晰规律 思维回归
(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√2·sin (100πt) V
答案 D
考法点睛 对交变电流的产生原理及过程、表达式、有效值的求解等进行联动考查。
五年高考
1.★★(2024新课标,20,6分)(多选)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90°时,线圈中 ( )
A.电流最小
B.电流最大
C.电流方向由P指向Q
D.电流方向由Q指向P
答案 BD
2.★★(2022广东,4,4分)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n
不同的两线圈,n>n,二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点O的距离相
1 2
等,且均连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁铁,绕O点在该平面内匀速转动
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时,两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响,下列说法
正确的是 ( )
A.两线圈产生的电动势的有效值相等
B.两线圈产生的交变电流频率相等
C.两线圈产生的电动势同时达到最大值
D.两电阻消耗的电功率相等
答案 B
3.★★(2024河北,4,4分)R、R为两个完全相同的定值电阻,R两端的电压随时间周期性
1 2 1
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√3倍),R两端的电压随
2
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Q∶Q为(
1 2
)
A.2∶3 B.4∶3
C.2∶√3 D.5∶4
答案 B
4.★★(2023湖南,9,5分)(多选)某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所示。大轮与小
轮通过皮带传动(皮带不打滑),半径之比为4∶1,小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是
由漆包线绕制而成的边长为L的正方形,共n匝,总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应
强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动,带动小轮及线圈绕转轴转动,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R的灯泡。假设发电
时灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是 ( )
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A.线圈转动的角速度为4ω
B.灯泡两端电压有效值为3√2nBL2ω
C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈,则灯泡
4√2nBL2ω
两端电压有效值为
3
D.若仅将小轮半径变为原来的两倍,则灯泡变得更亮
答案 AC
三年模拟
5.★★(2025届汕头潮南开学联考)风力发电风车通过风轮机带动发电机转子转动实现
发电。如图所示为交流发电机示意图,矩形线圈ABCD绕垂直于匀强磁场的轴OO'沿逆时
针方向匀速转动,发电机的电动势随时间变化的规律为e=30 sin (100πt) V,外电路接有
阻值R=10 Ω的定值电阻,线圈电阻不计,下列说法正确的是 ( )
A.电流变化的周期为0.01 s
B.线圈在图示位置时,产生的电动势为30 V
C.线圈在图示位置时,磁通量最大
D.电流表的示数为3 A
答案 B
6.★★(2024届东华高级中学联考)如图甲所示,把小灯泡与教学用发电机相连接,匀速转
动手柄带动线圈在两磁极之间转动,产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示,小
灯泡正常发光。下列说法正确的是 ( )
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A.线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度
B.线圈转动产生的电动势e有效值为6√2 V
C.手柄匀速转动的角速度为100π rad/s
D.t=0时刻,线圈位于中性面
答案 D
7.★★(2024届河源中学三模)如图所示,纸面内有一“凹”字形单匝金属线框,置于垂直
于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,线框的总电阻为R,边长如图所示。线
框绕ab轴做角速度为ω的匀速圆周运动。则从图示位置 ( )
A.转动90°时回路中电流方向发生改变
B.转动180°的过程中通过线框截面的电荷量为零
C.转动90°时回路中感应电动势大小为3BL2ω
5√2BL2ω
D.转动过程中电流的有效值为
2R
答案 C
8.★★★(2024届佛山质量检测一)(多选)海浪发电的原理是海浪带动浪板上下摆动,从而
驱动发电机转子转动,其中浪板和转子的连接装置使转子只能单方向转动。若转子带动
线圈逆时针转动,并向外输出电流,则下列说法正确的是 ( )
A.线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大
B.线圈转动到如图所示位置时a端电势低于b端电势
C.线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的部分受到的安培力方向向上
D.该发电机单位时间内能输出的最大电能与浪板面积的大小有关
答案 CD
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第 2 节 变压器 远距离输电
粤题风向 物理本质 明晰规律 思维回归
(2024届广东一模)如图所示为高铁供电流程的简化图,牵引变电所的理想变压器将电压为U的高
1
压电进行降压;动力车厢内的理想变压器再把电压降至U,为动力系统供电,此时动力系统的电流
4
为I,发电厂的输出电流为I;若变压器的匝数n=n,则下列关系式正确的是 ( )
4 1 2 3
A.U∶U=n∶n B.U∶U=n∶n C.I∶I=n∶n D.I∶I=n∶n
1 4 1 4 1 4 4 1 1 4 1 4 1 4 4 1
答案 D
考法点睛 远距离输电中一定要注意输电线电阻的影响,前端的输出电压不等于后端的输入电压。
五年高考
1.★★(2023广东,6,4分)用一台理想变压器对电动汽车充电。该变压器原、副线圈的匝
数比为1∶2,输出功率为8.8 kW,原线圈的输入电压u=220√2 sin (100πt) V。关于副
线圈输出电流的有效值和频率正确的是 ( )
A.20 A,50 Hz B.20√2 A,50 Hz
C.20 A,100 Hz D.20√2 A,100 Hz
答案 A
2.★★(2021广东,7,4分)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0.2 s,电压最大值为0.05 V。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1∶60。下列说法正确的是 (
)
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
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
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3.★★(2022山东,4,3分)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V
电压,匝数为n的原线圈中电压随时间变化为u=U cos (100πt)。单匝线圈绕过铁芯连
1 m
接交流电压表,电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 Ω 的电阻R接在BC两端时,功率为
12 W。下列说法正确的是 ( )
A.n为1 100,U为220 V
1 m
B.BC间线圈匝数为120,流过R的电流为1.4 A
C.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为100 Hz
D.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A, 周期为0.02 s
答案 D
三年模拟
4.★★(2023届大湾区一模)我国是全球唯一掌握特高压直流输电技术的国家。如图是
特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分),则以下说法正确的是 (
)
A.题中描述的“特高压直流输电”,说明变压器可以直接对直流电进行变压
B.变压器在升压过程中电流的频率随着电压的增大而升高
C.在输电功率一定条件下,输电电压提高到十倍,线路损耗功率将降低为原来的一百分之
一
D.在图中,用户接入电路的用电器越多,流过n的电流越大,由匝数比等于电流的反比可知,
4
流过电阻r的电流变小
答案 C
5.★★(2025届广州高三上学期阶段练习)图(a)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(b)所示的正弦交流电压,并加在一台理想变压器的原线圈上,变压器
原、副线圈的匝数分别为n、n,电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大
1 2
于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。为实现点火,变压器原、
副线圈的匝数比应满足 ( )
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n 1 n 1
A. 1> B. 1<
n 1 000 n 1 000
2 2
n √2 n √2
C. 1> D. 1<
n 1 000 n 1 000
2 2
答案 B
6.★★(2024届深圳八校联考)交流发电机的输出电压为U,采用图示理想变压器输电,升
压变压器原、副线圈匝数比为m,降压变压器原、副线圈匝数比为n。增大输电距离,输
电线电阻r随之增大,若要保证负载仍能正常工作,下列做法可行的是( )
A.增大m B.减小m C.增大n D.减小U
答案 B
7.★★(2025届广东六校8月联考)新能源汽车无线充电技术的优点包括安全可靠、充电
场地的空间利用率高、智能化程度高、维护和管理方便等。图甲为某品牌汽车无线充
电装置,供电线圈固定在地面,受电线圈固定在汽车底盘上,当两个线圈靠近时可实现无线
充电,其工作原理如图乙所示。某课外学习小组查阅资料得知,当输入端ab接上380 V正
弦交流电后,电池系统cd端的电压为600 V,电池系统的电流为20 A。若不计线圈及导线
电阻,下列说法正确的是 ( )
A.为保护受电线圈不受损坏,可以在车底板加装金属护板
B.若输入端ab接上380 V恒压直流电,也能正常充电
C.供电线圈和受电线圈匝数比可能为1∶2
D.ab端的输入功率等于12 kW
答案 C
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8.★★★(2024届湖北十堰四校调研)如图所示,理想变压器原线圈所在电路的输入端接
有电压有效值为220 V的正弦交变电流,匝数为30的副线圈2与规格为“12 V 36 W”
的灯泡L 连接,副线圈3与规格为“18 V 54 W”的灯泡L 连接,原线圈与额定电压为40
1 2
V的灯泡L连接。若电路接通时,三个灯泡均正常发光,则下列说法正确的是 ( )
A.原线圈1两端的电压为220 V
B.原线圈1的匝数为450
C.副线圈3的匝数为50
D.通过灯泡L的电流有效值为1 A
答案 B
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微专题 28 含变压器电路的动态分析
五年高考
1.★★★(2024全国甲,19,6分)(多选)如图,理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑
动触头T调节,副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R和R、开关S。S处于闭合状
0 1
态,在原线圈电压U不变的情况下,为提高R的热功率,可以 ( )
0 1
A.保持T不动,滑动变阻器R的滑片向f端滑动
B.将T向b端移动,滑动变阻器R的滑片位置不变
C.将T向a端移动,滑动变阻器R的滑片向f端滑动
D.将T向b端移动,滑动变阻器R的滑片向e端滑动
答案 AC
三年模拟
2.★★(2024届深圳三模)如图所示的电路,理想变压器的原线圈通过理想交流电流表接
在交流电源上,副线圈接有两个完全相同的灯泡L 、L 、定值电阻R、电动机M和理想交
1 2
流电压表。初始状态时开关闭合电动机正常工作,现将开关断开,下列说法正确的是 (
)
A.电流表的示数变大
B.电压表的示数变大
C.灯泡L 变暗
1
D.灯泡L 变暗
2
答案 C
3.★★★(2024届深圳外国语中学模拟九)(多选)如图为一套模拟远距离输电装置的示意
图,图中变压器为理想变压器,电表为理想交流电表。升压变压器的输入端接电压恒定的
交变电源,输电线的总电阻为r,降压变压器输出端接阻值相等的电阻R、R,当开关S闭
1 2
合时,下列说法正确的是 ( )
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A.电压表V 、V 示数均变大
1 2
B.电流表A示数变大
C.交变电源输出功率增大
D.输电线的发热功率增大
答案 BCD
4.★★★(2024届深圳四校联考)如图所示为理想变压器,其原、副线圈匝数比为k,所接
电源为有效值恒定的正弦交流电压,且不计电源内阻。原线圈接有定值电阻R,副线圈接
0
有定值电阻R、R以及滑动变阻器R,四个理想交流电表的连接方式如图所示。现将R
1 3 2 2
的滑片向下滑动少许,电表的示数变化量的绝对值分别为ΔU、ΔU、ΔI、ΔI,则下列
1 2 1 2
说法正确的是 ( )
A.电压表V 的示数减小,电流表A 的示数减小
2 2
B.电压表V 的示数增大,电流表A 的示数增大
1 1
ΔU ΔU 1
C.
1∶ 2=
ΔI ΔI k2
2 1
ΔU ΔU
D. 1∶ 2 =k2
ΔI ΔI
1 2
答案 D
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第 3 节 电磁振荡与电磁波 传感器
1.★★(2024届广州三模)“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衍射现象
答案 A
2.★★★(2024届深圳二模)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为C的电容器置于储罐中,电容器可通过开关S与电感
为L的电感线圈或电源相连。当开关从a拨到b时,由电感线圈与电容器构成的回路中
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.储罐内的液面高度降低时,LC振荡电路振荡电流的频率将变小
B.t~t内电容器放电
1 2
C.t~t内LC振荡电路中电场能逐渐转化为磁场能
2 3
D.该振荡电流的有效值为√2I
m
答案 C
3.★★★(2025届揭阳开学考试)直流电阻不计的电感为L的电感线圈和电容为C的电容
器连接如图所示,LC振荡电路的振荡周期为0.08 s,开关S先与a闭合,稳定后将开关S与
b闭合并记为t=0时刻,下列说法正确的是 ( )
A.t=0.06 s时,电容器下极板带负电
B.t=0.05 s时,回路中电流沿逆时针方向
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C.t=0.14 s时,线圈的自感电动势最大
D.拔出线圈中的铁芯,LC振荡电路的振荡周期会减小
答案 D
4.(2024广东,12,9分)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟
踪演示装置。实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源。
图甲是光照方向检测电路。所用器材有:电源E(电动势3 V);电压表 和 (量程均有3
V和15 V,内阻均可视为无穷大);滑动变阻器R;两个相同的光敏电阻R 和R ;开关S;手电
G1 G2
筒;导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏
电阻,电池板固定在电动机转轴上,控制单元与检测电路的连接未画出,控制单元对光照方
向检测电路无影响。
请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表
间的实物图连线。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于 端,用手电筒的光斜照射到R 和R ,使R 表面的光照
G1 G2 G1
强度比R 表面的小。
G2
②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置。 的示数如图丙所示,读数U为 V。
1
的示数U为1.17 V。由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (填“较
2
大”或“较小”)。
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③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到R 和R 。
G1 G2
②闭合S,并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此
时两电压表的示数U<U,图乙中的电动机带动电池板 (填“逆时针”或“顺时
1 2
针”)转动,直至 时停止转动,电池板正对手电筒发出的光。
答案 (1)如图所示
(2)①b ②1.60 较大 (3)②逆时针 U=U
1 2
5.(2024届广州三模)某同学利用热敏电阻自制了一个简易温度计,其内部电路装置如图
甲所示,使用的器材有:直流电源(E=6.0 V,内阻不计)、毫安表(量程15 mA,内阻不计)、电
阻箱R、热敏电阻R、开关S 和S 、导线若干。该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线
t 1 2 t
如图乙所示。
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(1)根据图甲电路图用笔代替导线,把图丙补充完整;
(2)先断开关S ,将电阻箱的阻值调到 (选填“最大值”或“最小值”),然后将开
1
关S 接至a端,闭合开关S ,逐渐调节电阻箱的阻值,根据图乙把毫安表改装为温度计;
2 1
(3)将开关S 接至b端,闭合开关S ,该温度计便可正常使用。毫安表示数如图丁所示,则通
2 1
过毫安表的电流为 mA,温度为 ℃;
(4)当温度计使用一段时间后,其电源有一定程度的老化,现依旧使用图甲电路对老化后的
电源电动势和内阻进行测量,将开关S 接至a端,测得两组毫安表和电阻箱R的示数为
2
I=6.0 mA,R=850 Ω;I=4.0 mA,R=1 300 Ω,此时电源内阻为 Ω。
1 1 2 2
答案 (1)见解析 (2)最大值 (3)7.5 50 (4)50
解析 (1)如图所示
(2)为保证电路安全,先断开关S ,将电阻箱的阻值调到最大值,然后将开关S 接至a端,闭
1 2
合开关S ,逐渐调节电阻箱的阻值,根据图乙把毫安表改装为温度计。
1
E 6
(3)通过毫安表的电流为I=7.5 mA,可得此时热敏电阻阻值为R= = Ω=800
t I 7.5×10-3
Ω=0.8 kΩ,结合图乙可知,此时温度为50 ℃。
(4)根据闭合电路的欧姆定律有E'=I(R+r)、E'=I(R+r),解得电源内阻为r=50 Ω。
1 1 2 2
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