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北京市2023年高考物理模拟题汇编-08交变电流、传感器
一、单选题
1．（2023·北京石景山·统考一模）交流发电机的示意图如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴逆时针匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为。下列说法正确的是（ ）
A．此交流电的频率为100Hz
B．此发电机电动势的有效值为20V
C．当线圈平面转到图示位置时产生的电流为0
D．当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率最大
2．（2023·北京·模拟预测）A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流，则两电热器的电功率之比等于（ ）
A． B． C． D．
3．（2023·北京·模拟预测）一交流电压的表达式为(V)，由该表达式可知（ ）
A．t=0.01s时，用电压表测该电压时电压表的示数为0
B．该交流电压的周期为0.02s
C．将该电压加在100Ω的电阻两端，电阻消耗的电功率为50 W
D．时，该交流电压的瞬时值为50 V
4．（2023·北京·模拟预测）手机无线充电技术越来越普及，如图甲所示是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈匝数比，两个线圈中所接电阻的阻值均为。当ab间接上的正弦交变电源后，受电线圈中产生交变电流给手机充电，这时手机两端的电压为5V，充电电流为2A。若把装置线圈视为理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．充电时，送电线圈中的电流为
B．充电时，间电压
C．的值为
D．充电时，送电线圈的输入功率为
5．（2023·北京·模拟预测）如图甲所示，理想变压器原线圈接入图乙所示的交变电压，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。原、副线圈的匝数之比为10：1，V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。则（ ）
A．t=0.01s时，电压表V1的示数U1此时为零
B．滑片P向下滑动过程中，I1U1的数值变大
C．滑片P向下滑动过程中，的数值变大
D．滑片P向下滑动过程中，R消耗的功率变大
6．（2023·北京东城·汇文中学校考一模）实验室有一个变压器，一侧线圈的标记为200匝，另一侧线圈匝数无标记，小明对它进行了实验探究。他用200匝的线圈作为原线圈，用匝数未知（记为N）的线圈作为副线圈，如图1所示，分别测量不同输入电压对应的输出电压，测量结果如表1所示；将原副线圈互换，如图2所示，重复上述操作，测量结果如表2所示。实验过程中电源、电压表均正常工作。
表1 表2
第1组 第2组 第3组 第4组
输入电压U1 (V) 4.0 1.9 输入电压U1’ (V) 8.2 6.1
输出电压U2 (V) 8.0 3.7 输出电压U2’ (V) 3.2 2.3
电压比U1/U2 0.50 0.51 电压比U1’/U2’ 2.56 2.65
分析表中数据，以下推理正确的是（ ）A．若线圈的200匝标识是准确的，则匝数N多于400匝
B．按图1实验时变压器没有损耗，按图2实验时变压器有损耗
C．按图1实验时两侧线圈中电流频率相同，按图2实验时频率不同
D．若使用直流电源进行以上实验，能够较好的得到
7．（2023·北京·模拟预测）图1所示为可拆变压器的零部件，其中铁芯B可以安装在铁芯A的横梁上以形成闭合铁芯；原、副线圈的匝数分别为n1和n2，将它们分别套在铁芯A的两臂上，则如图2所示。某同学为测量原线圈的电阻，将多用电表的欧姆挡调到合适挡位，用两表笔接触原线圈的两接线柱，等指针稳定后读数，读数完毕后将两表笔与接线柱脱开；之后使原线圈与正弦式交流电源相连，并测得原、副线圈的电压分别为U1和U2。下列说法正确的是（ ）
A．两表笔与接线柱接触瞬间，有比稳定时更大的电流通过欧姆表
B．两表笔与接线柱脱开瞬间，有比稳定时更大的电流流过原线圈
C．若铁芯B没有安装在铁芯A上，
D．无论铁芯B是否安装铁芯A上，
8．（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）由交流发电机、定值电阻R、交流电流表组成的闭合回路如图所示。线圈ABCD逆时针方向转动，下列说法正确的是（ ）
A．线圈转动过程中AD、BC边产生感应电动势
B．线圈转动到图中位置时，感应电流方向为ADCBA
C．线圈匀速转动时，交流电流表指针左右摆动
D．线圈转动到中性面的瞬间，电路中的电流最大
9．（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）常用的温差发电装置的主要结构是半导体热电偶。如图所示，热电偶由N型半导体和P型半导体串联而成，N型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，P型半导体的载流子是空穴，空穴带正电且电荷量等于元电荷e、若两种半导体相连一端和高温热源接触，而另一端A、B与低温热源接触，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，最终在A、B两端形成稳定的电势差，且电势差的大小与高温热源、低温热源间的温度差有确定的函数关系。下列说法正确的是（ ）
A．B端是温差发电装置的正极
B．热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相反
C．温差发电装置供电时不需要消耗能量
D．可以利用热电偶设计一种测量高温热源温度的传感器
10．（2023·北京·模拟预测）据统计交通事故逐年增加，造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务。酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，则以下说法正确的是（ ）
A．U越大，表示c越小
B．U越大，表示c越大
C．检测到驾驶员喝了酒时，U的示数变小
D．U越大，表示检测到驾驶员喝酒越少
11．（2023·北京·模拟预测）某同学在研究性学习活动中自制电子秤，原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电压表示数为0；当电压示数为时，电子称量物体质量为m，设变阻器总电阻R，电源电动势为E，电源内阻r可忽略不计，限流电阻阻值为R0，且R=R0，不计一切摩擦和其他阻力（ ）
A．当电压示数为时电子秤称量物体质量为2m
B．当电压示数为时电子秤测量物体质量为3m
C．该电子秤可称量物体的最大质量为4m
D．该电子秤电压表各刻度对应的质量是均匀的
12．（2023·北京·模拟预测）如图所示，某同学设计了一个加速度计：较重的滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接；R为变阻器，轻质滑动片与变阻器接触良好；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，将电压表指针的零点调到表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在电阻中间位置。已知滑动片与电阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数指向零点，说明物体一定做匀速直线运动
B．电压表向右偏且示数不变，说明物体一定向左做匀加速直线运动
C．电压表向左偏且示数增大，说明物体加速度一定向右且增大
D．电压表示数增大了一倍，说明物体的加速度变为原来的一半
13．（2023·北京·模拟预测）某压敏电阻的阻值R随压力F变化的规律如图甲所示，将它水平放在电梯地板上并接入如图乙所示的电路中，在其受压面上放一物体m，即可通过电路中电流表A的示数I来研究电梯的运动情况。已知电梯静止时电流表的示数为I0。下列说法正确的是（ ）
A．若示数I=I0，则电梯一定处于静止状态
B．若示数I保持不变，则电梯一定做匀速运动
C．若示数I在增大，则电梯的速度在增大
D．若示数I>I0，则电梯可能在减速向下运动
二、解答题
14．（2023·北京平谷·统考一模）如图所示，位于竖直平面内的矩形金属线圈，可绕过和边中点且垂直于磁场方向的轴匀速转动。已知矩形线圈边和边的长度，边和边的长度，匝数匝，线圈的总电阻。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷同的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度。在外力驱动下线圈绕轴转动的角速度。计算中取。求：
（1）通过电阻R的电流最大值；
（2）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热；
（3）线圈由图示位置（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量。
参考答案：
1．D
【详解】A．根据
解得
故A错误；
B．根据
解得
故B错误；
CD．当线圈平面转到图示位置时处于与中性面垂直的位置，易知磁通量的变化率最大，产生的电流最大。故C错误；D正确。
故选D。
2．C
【详解】通过电热器A的电流有效值为IA，则有
解得
则电热器A的电功率为
通过电热器B的电流有效值为
则电热器B的电功率为
则有
故选C。
3．B
【详解】A.电压表的示数为有效值， t=0.01s时，用电压表测量该电压时电压表的示数为100V，A错误；
B. 该交流电压的周期为
B正确；
C. 将该电压加在100Ω的电阻两端，电阻消耗的电功率为
C错误；
D. 时，该交流电压的瞬时值为
D错误。
故选B。
4．C
【详解】A．设通过送电线圈和受电线圈的电流分别为I1、I2，根据理想变压器的电流关系
故A错误；
BC．根据理想变压器电压与匝数关系有
、、、
整理可得
、
联立解得
、、
故B错误，C正确；
D．充电时，送电线圈的输入功率为
故D错误。
故选C。
5．B
【详解】A．电压表的读数为交流电的有效值，所以一直是
A错误；
B．滑片P向下滑动中，副线圈回路的总电阻值较小，回路中电流I2增大，电压U2不变，则有I2U2增大，由理想变压器的输入功率等于输出功率，所以I1U1的数值变大，B正确；
C．滑片P向下滑动中，副线圈回路的总电阻值变小，回路中电流I2增大，副线圈的输出电压U2不变，可知的数值变小，C错误；
D．由电功率公式，可得R消耗的功率则有
由上式可知，电压U2不变，滑片P向下滑动中，随R的减小，R消耗的功率PR变小，D错误。
故选B。
6．A
【详解】B．观察表1表2数据可以发现，一定有一表数据不准确，引起误差的原因是发生了漏磁，假设1准确，2不准确，则对2数据分析，发生漏磁，磁通量变化增大，感应电流增大，感应电动势也增大，可实际数据是减小（小于理论值）所以假设错误，即表1数据错误，表2数据准确，则按图1实验时变压器有损耗，按图2实验时变压器没有损耗，所以B错误；
A．由理想变压器原副线圈与匝数关系式
解得
所以A正确；
C．交流电的频率由电源决定，与变压器的匝数无关，所以C错误；
D．直流电在线圈中产生的磁场，线圈有磁通量，但是磁通量不变，则在副线圈中不会产生感应电流，所以无法完成实验，则D错误；
故选A。
7．C
【详解】A．两表笔与接线柱接触瞬间，整个闭合回路立马有电流，但由于线圈的自感作用，产生的感应电流阻碍原电流的增大，此时的实际电流比稳定时通过欧姆表的电流小，故A错误；
B．两表笔与接线柱脱开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈中会产生感应电动势，但由于线圈没有形成闭合回路，所以此时原线圈没有电流流过，故B错误；
C．若铁芯B没有安装在铁芯A上，则漏磁较大，副线圈两端的电压比没有漏磁的情况下小得多，所以有
故C正确；
D．只有把铁芯B安装到铁芯A上时，形成闭合磁路，没有漏磁时，才有
故D错误。
故选C。
8．B
【详解】A．线圈转动过程中AD、BC边没有切割磁感线，故它们不产生感应电动势，选项A错误；
B．对于DC边，利用右手定则可知，线圈转动到图中位置时，DC边向上运动，故感应电流方向为由D到C，所以整个线圈的感应电流为ADCBA，选项B正确；
C．线圈匀速转动时，线圈产生的是交流电，而交流电流表测量的是其有效值，有效值是不变的，故其指针稳定，不会左右摆动，选项C错误；
D．线圈转动到中性面的瞬间，AB和DC边不切割磁感线，故电路中的电流最小，选项D错误。
故选B。
9．D
【详解】A．N型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，B端聚集电子，所以B端是温差发电装置的负极，故A错误；
B．热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相同，故B错误；
C．根据能量守恒，温差发电装置供电时需要消耗热量，故C错误，
D．可以利用热电偶设计一种测量高温热源温度的传感器，故D正确。
故选D。
10．B
【详解】AB．图中酒精传感器与R、R0串联，电压表测R0两端的电压，U越大，说明电路中电流越大，酒精传感器的电阻减小，由题意可知：酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度c成正比，可知，c越大，故A错误，B正确；
C．检测到驾驶员喝了酒时，c增大，减小，电路中总电阻减小，电路中电流增大，则U的示数增大，故C错误；
D．由上分析可知，U越大，c增大，表示检测到驾驶员喝酒越多。故D错误。
故选B。
11．B
【详解】AB．当电压示数为时，则
解得
变阻器总电阻R=R0，设滑动变阻器R总长为L，则弹簧被压缩 则
当电压示数为时，则
解得
则弹簧被压缩L，则
则
m′=3m
选项A错误，B正确；
C．由以上分析可知，该电子秤可称量物体的最大质量为3m，选项C错误；
D．因电压表读数
而
（x为滑动片以上部分的长度）且
即
可知m与U并非线性关系，则该电子秤电压表各刻度对应的质量不是均匀的，选项D错误。故选B。
12．C
【详解】A．因为两个电池的电动势均恒为E，内阻不计，所以滑动片在变阻器的中间位置时
电压表示数指向零点，则滑块受到的合力为0，所以滑块处于静止或匀速直线运动状态，故A错误；
B．电压表向右偏，则表明
又因示数不变，则表明滑动片处在电阻偏右的某个位置，此时滑块所受合力向左，即加速度向左，所以物体可能向左匀加速直线运动或者向右匀减速直线运动，故B错误；
C．电压表向左偏，表明
因示数增大，则表明滑动片在电阻偏左的部分不断向左移动，此时滑块所受合力向右且增大，所以物体加速度一定向右且增大，故C正确；
D．设滑块偏离中间位置x距离时，设电阻器总长度为L，单位长度的电阻为r，则
流过电阻器的电流为
电压表的示数为
U=Ixr
由牛顿第二定律得
2kx=ma
由以上各式解得
所以电压表示数与加速度成正比，故D错误。
故选C。
13．D
【详解】A．若示数为I0，说明m对压敏电阻的压力与静止时相同，即m的合外力为零，电梯可能处于静止状态也可能处于匀速运动状态，故A错误.
B．由图可知压敏电阻的阻值与受到的压力有关，若示数I不变，说明压敏电阻的阻值保持不变，压敏电阻受到的压力不变，对于m受到的支持力不变，m的合外力恒定，故m可能做匀变速直线运动，也可能做匀速运动，故B错误.
C．若示数I在增大，说明压敏电阻的阻值在减小，由图可知，压力越大，阻值越小，所以压敏电阻受到的压力在逐渐增大，由上述条件只能判断压敏电阻受到的合外力在变化，由于不能确定合外力方向，故无法确定电梯速度如何变化，故C错误.
D．对应电流表示数为I0，压敏电阻受到的压力等于m的重力，当I＞I0时，电路中电流比静止时变大，说明压敏电阻阻值变小，压力增大，压力大于重力，m的合外力向上，加速度方向向上，如果电梯正在上升，则为加速上升，如果电梯正在下降，则为减速下降，故D正确。
故选D。
14．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）由题意，根据法拉第电磁感应定律，可得线圈中产生感应电动势的最大值为
其中
代入相关数据求得
根据闭合电路欧姆定律，得通过电阻R的电流最大值
（2）线圈中产生感应电流的有效值为
得在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热
联立代入相关数据求得
（3）线圈由图示位置（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量
代入相关已知数据求得
试卷第1页，共3页
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