吉林省白城四中2019-2020学年高二下学期物理网上阶段检测试卷
一、单选题
1．（2019高二下·峨山月考）关于传感器，下列说法正确的是（ ）
A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C．干簧管是能够感知电场的传感器
D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
【答案】A
【知识点】传感器
【解析】【解答】传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，A符合题意；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，B不符合题意；干簧管是能够感知磁场的传感器，C不符合题意；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】传感器可以将非电学量转化为电学量的仪器；热电阻是将热学量转化为电学量；干簧器是感知磁场的传感器；半导体热敏电阻的阻值随温度升高而变小。
2．（2020高二下·吉林月考）铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，如图所示，在下落过程中，下列判断中正确的是（ ）
A．金属环机械能守恒
B．金属环动能的增加量小于其重力势能的减少量
C．金属环的机械能先减小后增大
D．磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力
【答案】B
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】A．当环从静止下落过程中，由于磁通量变大，导致环中出现感应电流，受到安培阻力，安培力做负功，所以环的机械能不守恒，A不符合题意；
BC．当环从静止下落过程中，受到安培阻力，则除了重力作功外，还有安培力做功，导致下落过程中减小的重力势能，部分用来增加动能，还有部分用来产生内能，所以环的机械能在减少，B符合题意，C不符合题意；
D．当环从静止下落过程中，受到安培阻力，由作用力与反作用力关系可得环对磁铁的作用力，使得磁铁对桌面的压力大于其自身的重力，但环落到棒中间时环对磁铁的作用力为零，因为那个时刻不切割磁感线，所以环落到棒中间的时，磁铁对桌面的压力等于其自身的重力，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】由于感应电流的产生所以金属环的机械能减小；重力势能的减小量等于电能和动能的增加量；利用平衡结合安培力方向可以判别磁铁对桌面压力和重力的大小关系。
3．（2020高二下·吉林月考）如图所示，当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈C向右摆动，则ab的运动情况是（ ）
A．向左或向右做匀速运动 B．向左或向右做减速运动
C．向左或向右做加速运动 D．只能向右做匀加速运动
【答案】B
【知识点】电磁感应中的电路类问题；电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】线圈C向右摆动，说明穿过线圈的磁通量减小，也就是螺线管中的电流是减小的，也就是ab产生的感应电动势逐渐减小，则ab必做减速运动；
故答案为：B．
【分析】利用磁通量的变化结合导线ab的速度大小变化。
4．（2020高二下·吉林月考）长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图甲所示．长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：i＝Imsin ωt，i－t图象如图乙所示．规定沿长直导线向上的电流为正方向．关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是( )
A．由顺时针方向变为逆时针方向
B．由逆时针方向变为顺时针方向
C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向
D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向
【答案】D
【知识点】电磁感应中的图像类问题
【解析】【解答】据图乙可知，在四分之一周期内，电流变大，据右手螺旋定则可知，矩形线圈所处的磁场垂直面向里变大，即导致穿过线圈中的磁通量减大，由楞次定律可知，产生的感应电流方向为逆时针；同理分析可知，在T/4 3T/4时间内，矩形线圈产生的电流方向为顺时针；在3T/ T时间内矩形线圈产生的感应电流方向逆时针；ABC不符合题意，D符合题意．
故答案为：D．
【分析】利用电流变化可以判别周围磁感应强度的大小和方向；结合楞次定律可以判别线圈感应电流的方向。
5．（2020高二下·吉林月考）用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是( )
A．Ua＜Ub＜Uc＜Ud B．Ub＜Ua＜Ud＜Uc
C．Ua＝Ub＜Uc＝Ud D．Ua＜Ub＜Ud＜Uc
【答案】D
【知识点】电磁感应中的电路类问题
【解析】【解答】线框进入磁场后切割磁感线，a、b产生的感应电动势是c、d电动势的一半，而不同的线框的电阻不同，设a线框电阻为4r，b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r则有：
故Ua
【分析】利用动生电动势结合欧姆定律判别电压的大小。
6．（2018高二下·博兴期中）如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（温度越高其阻值越小），电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器.当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小
C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小
【答案】D
【知识点】电路动态分析
【解析】【解答】当传感器 所在处出现火情时，热敏电阻R2的阻值减小，则外电路总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大；由U=E-Ir可知，路端电压减小，则图中报警器两端的电压U将减小；因总电流增大，则 两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过 中的电流 减小．D符合题意．
故答案为：D．
【分析】本题属于电路动态变化分析问题，分析思路是：外电阻变化电路总电流变化路端电压变化根据串、并联电路电压、电流关系分析各用电器电流或电压的变化。
7．（2020高二下·吉林月考）用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落，在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图像应该是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【知识点】楞次定律
【解析】【解答】磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体进入线圈的过程，穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律可知感应磁场方向向下，当磁体离开线圈的过程，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知感应磁场方向向上，所以磁体进入和穿出线圈时感应电流方向相反；当磁铁完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，磁铁会加速运动，当到达线圈底部时，磁通量变化率大于磁铁进入线圈时位置，依据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知到达底部的感应电流较大，A符合题意，B、C、D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】利用楞次定律可以判别感应电流的方向；结合速度的快慢可以判别感应电流变化的快慢。
8．（2020高二下·吉林月考）一交流电压为u＝100 sin (100πt)V，由此表达式可知( )
A．用电压表测该电压其示数为50 V
B．该交流电压的周期为0.02 s
C．将该电压加在“100 V 100 W”的灯泡两端，灯泡的实际功率小于100 W
D．t＝ s时，该交流电压的瞬时值为50 V
【答案】B
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【解答】A．交变电压的表达式为u=100 sin100πt V，可知最大值为100 V，又是正弦式电流，则电压的有效值：U=100V，A不符合题意；
B．由公式 ，则有周期T=0.02s．B符合题意；
C．由于电压的有效值为100V，则该电压加在100V的灯泡两端，灯泡正常发光，功率为100W；C不符合题意；
D．将t= s代入瞬时表达式，则有交流电压的瞬时值为100V．D不符合题意；
故答案为：B．
【分析】电压表读数为有效值．先根据最大值求有效值，求得电压表读数；通过瞬时表达式与交电流的ω=2π/T ，可求出周期；运用瞬时表达式求出有效值，从而利用电功率的公式P=U2 /R 求出电功率；直接根据瞬时表达式代入数据求解．
二、多选题
9．（2017高二下·济南期中）在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（ ）
A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
【答案】C,D
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】解：A、由于发电厂的输出电压不变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，故A错误．
B、由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的输出功率增大，又升压变压器的输出电压U2不变，
根据P=UI，可知输电线上的电流I线增大，根据U损=I线R，输电线上的电压损失增大，根据降压变压器的输入电压U3=U2﹣U损可得，降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故B错．
C、根据 ，又输电线上的电流增大，电阻不变，所以输电线上的功率损失增大，故C正确．
D、根据η= = ，发电厂的输出电压不变，输电线上的电阻不变，所以输电线上损耗的功率占总功率的比例随着发电厂输出功率的增大而增大．故D正确．
故选：CD．
【分析】正确解答本题需要掌握：理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系．理想变压器电压和匝数关系．
10．（2018高三上·瓦房店月考）在如图所示的虚线框内有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁感应强度随时间变化规律如图所示．边长为l、电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中，磁场方向垂直于线框平面，此时线框ab边的发热功率为P，则下列说法正确的是( )
A．磁感应强度 B．线框中感应电流为
C．线框cd边的发热功率为P D．a端电势高于b端电势
【答案】B,C
【知识点】电功率和电功；楞次定律；法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】由图看出，在每个周期内磁感应强度随时间均匀增大，线圈产生大小恒定的感应电流，设感应电流的大小为I，则有对ab边，P=I2 R，得I=2 ；由闭合电路欧姆定律得，感应电动势为 E=IR=2 ；根据法拉第电磁感应定律得： ；由图知， ；联立以上三式得： ，A不符合题意，B符合题意。正方形四边的电阻相等，电流相等，则发热功率相等，都为P，C符合题意。由楞次定律判断得知，线圈中感应电流方向沿逆时针，则a端电势低于b端电势。D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】磁场强度发生变化，闭合电路中的磁通量发生改变，利用楞次定律判断电流的流向，利用法拉第电磁感应定律求解电压、电流的大小，进而求出cd的发热功率。
11．（2020高二下·吉林月考）如图所示，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小，理想变压器原、 副线圈的匝数比为10:1，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1= 110 sin100πt（V），则（ ）
A．电压表的示数为11 V
B．在天逐渐变黑的过程中，电流表A2的示数变小
C．在天逐渐变黑的过程中，电流表A1的示数变大
D．在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小
【答案】B,D
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为110 V，根据电压之比等于线圈匝数之比可知，副线圈的电压的最大值为11 V，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为U= V=11V，A不符合题意；在天变黑的过程中，光照变弱，R阻值增大；电路的总电阻减大，由于电压是由变压器决定的，输出的电压不变，所以次级电流变小，电流表A2的示数变小；由于次级电流减小，则初级电流也减小，即电流表A1的示数变小，B符合题意，C不符合题意；由于变压器的输入和输出的功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由P=UI可知，输出的功率要减小，故输入的功率也要减小，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】利用表达式电压的最大值结合匝数之比可以求出输出电压的大小；利用负载电阻的变化结合欧姆定律可以判别输出电流的变化；结合匝数之比可以判别输入电流和输入功率的变化。
12．（2019高二下·梅河口月考）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a，b所示，则( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合
B．曲线a，b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
【答案】A,C
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】t＝0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A项正确；图中a、b对应的周期之比为2∶3，因此线圈转速之比na∶nb＝ ∶ ＝3∶2，B项错误；a线表示的交流电动势的频率为fa＝ ＝25 Hz，C项正确；a线对应线圈相应的电动势的最大值Eam＝NBS· ，由图象知Eam＝15 V，b线对应线圈相应的电动势的最大值Ebm＝NBS· ，因此 ＝ ＝ ，Ebm＝10 V，有效值Eb＝ V＝5 V，D项错误．
故答案为：AC
【分析】一个周期线圈过中性面两次；利用周期可以求出转速之比；利用周期可以求出频率的大小；利用峰值可以求出有效值的大小。
三、填空题
13．（2020高二下·吉林月考）如图是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态。
（1）门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比 （选填“增大”或“减小”）；
（2）门打开时 （选填“红”或“绿”）灯亮。
【答案】（1）减小
（2）红
【知识点】电路动态分析
【解析】【解答】(1)当门打开时， 受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可得总电流增大， 两端的电压为
所以 两端的电压 减小；(2)根据欧姆定律通过 的电流减小，根据并联分流可得通过 的电流增大，线圈产生的磁场增强，吸引衔铁，红灯亮。
【分析】（1）利用负载电阻的变化结合电路的动态分析可以判别电压的大小变化；
（2）利用门打开时电流增大电磁铁起作用则红灯亮。
14．（2020高二下·吉林月考）如图所示，先后以速度v1和v2(v1＝2v2)，匀速地把同一线圈从同一位置拉出有界匀强磁场的过程中，在先后两种情况下：
（1）线圈中的感应电流之比I1∶I2＝ .
（2）线圈中产生的热量之比Q1∶Q2＝ .
（3）拉力做功的功率之比P1∶P2＝ .
【答案】（1）2：1
（2）2：1
（3）4：1
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】根据 ，求出线圈中的感应电动势之比，再求出感应电流之比．根据焦耳定律 ，求出线圈中产生的热量之比．根据 和平衡条件，求出外力大小之比．根据 求解外力功率之比．（1）根据 ，得感应电流 ，可知感应电流 ，所以感应电流之比 ；（2）由焦耳定律得：热量 ，可知 ，则热量之比为2：1，（3）匀速运动时，作用在线圈上的外力大小等于安培力大小， ，可知 ，则知 ，外力功率 ，则得 ．
【分析】（1）利用电动势结合欧姆定律可以求出感应电流之比；
（2）利用焦耳定律可以求出热量之比；
（3）利用拉力和安培力平衡结合速率大小可以求出功率之比。
四、解答题
15．（2020高二下·吉林月考）发电机转子是边长为0.2m的正方形，线圈匝数为100匝，内阻为8Ω，初始位置如图所示，以ad、bc中点连线为轴以600
r/min的转速在磁感应强度为 T的匀强磁场中转动，灯泡电阻为24Ω，则：
（1）从图示位置开始计时，写出感应电动势的瞬时值表达式；
（2）灯泡的实际消耗功率为多大？
【答案】（1）解：线圈转动的角速度ω＝20π rad/s
感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝80V
瞬时值表达式e＝80sin (20πt) V
（2）解：感应电动势的有效值E＝ V＝40 V，电流为
灯泡实际消耗的功率P＝I2R＝75 W
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】（1）利用角速度和电动势的最大值可以求出对应的表达式；
（2）利用欧姆定律结合热功率的表达式可以求出功率的大小。
16．（2020高二下·吉林月考）如图所示，光滑导轨MN、PQ在同一水平面内平行固定放置，其间距d＝1 m，右端通过导线与阻值RL＝8 Ω的小灯泡L相连，CDEF矩形区域内有方向竖直向下、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场，一质量m＝50 g、阻值为R＝2 Ω的金属棒在恒力F作用下从静止开始运动s＝2 m后进入磁场恰好做匀速直线运动．(不考虑导轨的电阻，金属棒始终与导轨垂直并保持良好接触)．求：
（1）恒力F的大小；
（2）小灯泡发光时的电功率．
【答案】（1）解：对导体棒由动能定理得Fs＝ mv2
因为导体棒进入磁场时恰好做匀速直线运动
所以F＝BId＝B d
代入数据，根据以上两式方程可解得F＝0.8 N
v＝8 m/s
（2）解：小灯泡发光时的功率PL＝ ·RL＝5.12 W
本题综合考察了导体棒在磁场中的运动以及产生的电路知识，导体棒进入磁场后恰好匀速运动，说明受力平衡，说明拉力和产生的安培力大小相等方向相反，故可求出拉力大小，和进入磁场时的速度，小灯泡的发光功率可根据公式 ,可得
【知识点】动能定理的综合应用；电功率和电功
【解析】【分析】（1）利用动能定理结合平衡条件可以求出恒力的大小；
（2）利用功率的表达式可以求出灯泡发光的功率的大小。
17．（2020高二下·吉林月考）交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05 m2，线圈转动的频率为50
Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ T．为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示．求：
（1）发电机的输出电压；
（2）变压器原、副线圈的匝数比；
（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数．
【答案】（1）解：线圈转动产生的电动势最大值为：
由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得输出电压的有效值为
（2）解：由于电动机的额定电压为220V，所以变压器的匝数比由变压器的电压关系得：
得
（3）解：根据P入=P出=2×1.1×104W
再根据P入=U1 I1
解得
【知识点】变压器原理；交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】（1）利用电动势最大值的表达式结合有效值可以求出发电机的输出电压；
（2）利用匝数之比和电压的关系可以求出匝数之比；
（3）利用功率的表达式可以求出电流表的读数。
吉林省白城四中2019-2020学年高二下学期物理网上阶段检测试卷
一、单选题
1．（2019高二下·峨山月考）关于传感器，下列说法正确的是（ ）
A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C．干簧管是能够感知电场的传感器
D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
2．（2020高二下·吉林月考）铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，如图所示，在下落过程中，下列判断中正确的是（ ）
A．金属环机械能守恒
B．金属环动能的增加量小于其重力势能的减少量
C．金属环的机械能先减小后增大
D．磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力
3．（2020高二下·吉林月考）如图所示，当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈C向右摆动，则ab的运动情况是（ ）
A．向左或向右做匀速运动 B．向左或向右做减速运动
C．向左或向右做加速运动 D．只能向右做匀加速运动
4．（2020高二下·吉林月考）长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图甲所示．长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：i＝Imsin ωt，i－t图象如图乙所示．规定沿长直导线向上的电流为正方向．关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是( )
A．由顺时针方向变为逆时针方向
B．由逆时针方向变为顺时针方向
C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向
D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向
5．（2020高二下·吉林月考）用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是( )
A．Ua＜Ub＜Uc＜Ud B．Ub＜Ua＜Ud＜Uc
C．Ua＝Ub＜Uc＝Ud D．Ua＜Ub＜Ud＜Uc
6．（2018高二下·博兴期中）如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（温度越高其阻值越小），电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器.当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小
C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小
7．（2020高二下·吉林月考）用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落，在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图像应该是（ ）
A． B．
C． D．
8．（2020高二下·吉林月考）一交流电压为u＝100 sin (100πt)V，由此表达式可知( )
A．用电压表测该电压其示数为50 V
B．该交流电压的周期为0.02 s
C．将该电压加在“100 V 100 W”的灯泡两端，灯泡的实际功率小于100 W
D．t＝ s时，该交流电压的瞬时值为50 V
二、多选题
9．（2017高二下·济南期中）在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（ ）
A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
10．（2018高三上·瓦房店月考）在如图所示的虚线框内有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁感应强度随时间变化规律如图所示．边长为l、电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中，磁场方向垂直于线框平面，此时线框ab边的发热功率为P，则下列说法正确的是( )
A．磁感应强度 B．线框中感应电流为
C．线框cd边的发热功率为P D．a端电势高于b端电势
11．（2020高二下·吉林月考）如图所示，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小，理想变压器原、 副线圈的匝数比为10:1，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1= 110 sin100πt（V），则（ ）
A．电压表的示数为11 V
B．在天逐渐变黑的过程中，电流表A2的示数变小
C．在天逐渐变黑的过程中，电流表A1的示数变大
D．在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小
12．（2019高二下·梅河口月考）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a，b所示，则( )
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合
B．曲线a，b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
三、填空题
13．（2020高二下·吉林月考）如图是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态。
（1）门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比 （选填“增大”或“减小”）；
（2）门打开时 （选填“红”或“绿”）灯亮。
14．（2020高二下·吉林月考）如图所示，先后以速度v1和v2(v1＝2v2)，匀速地把同一线圈从同一位置拉出有界匀强磁场的过程中，在先后两种情况下：
（1）线圈中的感应电流之比I1∶I2＝ .
（2）线圈中产生的热量之比Q1∶Q2＝ .
（3）拉力做功的功率之比P1∶P2＝ .
四、解答题
15．（2020高二下·吉林月考）发电机转子是边长为0.2m的正方形，线圈匝数为100匝，内阻为8Ω，初始位置如图所示，以ad、bc中点连线为轴以600
r/min的转速在磁感应强度为 T的匀强磁场中转动，灯泡电阻为24Ω，则：
（1）从图示位置开始计时，写出感应电动势的瞬时值表达式；
（2）灯泡的实际消耗功率为多大？
16．（2020高二下·吉林月考）如图所示，光滑导轨MN、PQ在同一水平面内平行固定放置，其间距d＝1 m，右端通过导线与阻值RL＝8 Ω的小灯泡L相连，CDEF矩形区域内有方向竖直向下、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场，一质量m＝50 g、阻值为R＝2 Ω的金属棒在恒力F作用下从静止开始运动s＝2 m后进入磁场恰好做匀速直线运动．(不考虑导轨的电阻，金属棒始终与导轨垂直并保持良好接触)．求：
（1）恒力F的大小；
（2）小灯泡发光时的电功率．
17．（2020高二下·吉林月考）交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05 m2，线圈转动的频率为50
Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝ T．为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示．求：
（1）发电机的输出电压；
（2）变压器原、副线圈的匝数比；
（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数．
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】传感器
【解析】【解答】传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，A符合题意；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，B不符合题意；干簧管是能够感知磁场的传感器，C不符合题意；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】传感器可以将非电学量转化为电学量的仪器；热电阻是将热学量转化为电学量；干簧器是感知磁场的传感器；半导体热敏电阻的阻值随温度升高而变小。
2．【答案】B
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】A．当环从静止下落过程中，由于磁通量变大，导致环中出现感应电流，受到安培阻力，安培力做负功，所以环的机械能不守恒，A不符合题意；
BC．当环从静止下落过程中，受到安培阻力，则除了重力作功外，还有安培力做功，导致下落过程中减小的重力势能，部分用来增加动能，还有部分用来产生内能，所以环的机械能在减少，B符合题意，C不符合题意；
D．当环从静止下落过程中，受到安培阻力，由作用力与反作用力关系可得环对磁铁的作用力，使得磁铁对桌面的压力大于其自身的重力，但环落到棒中间时环对磁铁的作用力为零，因为那个时刻不切割磁感线，所以环落到棒中间的时，磁铁对桌面的压力等于其自身的重力，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】由于感应电流的产生所以金属环的机械能减小；重力势能的减小量等于电能和动能的增加量；利用平衡结合安培力方向可以判别磁铁对桌面压力和重力的大小关系。
3．【答案】B
【知识点】电磁感应中的电路类问题；电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】线圈C向右摆动，说明穿过线圈的磁通量减小，也就是螺线管中的电流是减小的，也就是ab产生的感应电动势逐渐减小，则ab必做减速运动；
故答案为：B．
【分析】利用磁通量的变化结合导线ab的速度大小变化。
4．【答案】D
【知识点】电磁感应中的图像类问题
【解析】【解答】据图乙可知，在四分之一周期内，电流变大，据右手螺旋定则可知，矩形线圈所处的磁场垂直面向里变大，即导致穿过线圈中的磁通量减大，由楞次定律可知，产生的感应电流方向为逆时针；同理分析可知，在T/4 3T/4时间内，矩形线圈产生的电流方向为顺时针；在3T/ T时间内矩形线圈产生的感应电流方向逆时针；ABC不符合题意，D符合题意．
故答案为：D．
【分析】利用电流变化可以判别周围磁感应强度的大小和方向；结合楞次定律可以判别线圈感应电流的方向。
5．【答案】D
【知识点】电磁感应中的电路类问题
【解析】【解答】线框进入磁场后切割磁感线，a、b产生的感应电动势是c、d电动势的一半，而不同的线框的电阻不同，设a线框电阻为4r，b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r则有：
故Ua
【分析】利用动生电动势结合欧姆定律判别电压的大小。
6．【答案】D
【知识点】电路动态分析
【解析】【解答】当传感器 所在处出现火情时，热敏电阻R2的阻值减小，则外电路总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大；由U=E-Ir可知，路端电压减小，则图中报警器两端的电压U将减小；因总电流增大，则 两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过 中的电流 减小．D符合题意．
故答案为：D．
【分析】本题属于电路动态变化分析问题，分析思路是：外电阻变化电路总电流变化路端电压变化根据串、并联电路电压、电流关系分析各用电器电流或电压的变化。
7．【答案】A
【知识点】楞次定律
【解析】【解答】磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体进入线圈的过程，穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律可知感应磁场方向向下，当磁体离开线圈的过程，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知感应磁场方向向上，所以磁体进入和穿出线圈时感应电流方向相反；当磁铁完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，磁铁会加速运动，当到达线圈底部时，磁通量变化率大于磁铁进入线圈时位置，依据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知到达底部的感应电流较大，A符合题意，B、C、D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】利用楞次定律可以判别感应电流的方向；结合速度的快慢可以判别感应电流变化的快慢。
8．【答案】B
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【解答】A．交变电压的表达式为u=100 sin100πt V，可知最大值为100 V，又是正弦式电流，则电压的有效值：U=100V，A不符合题意；
B．由公式 ，则有周期T=0.02s．B符合题意；
C．由于电压的有效值为100V，则该电压加在100V的灯泡两端，灯泡正常发光，功率为100W；C不符合题意；
D．将t= s代入瞬时表达式，则有交流电压的瞬时值为100V．D不符合题意；
故答案为：B．
【分析】电压表读数为有效值．先根据最大值求有效值，求得电压表读数；通过瞬时表达式与交电流的ω=2π/T ，可求出周期；运用瞬时表达式求出有效值，从而利用电功率的公式P=U2 /R 求出电功率；直接根据瞬时表达式代入数据求解．
9．【答案】C,D
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】解：A、由于发电厂的输出电压不变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，故A错误．
B、由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的输出功率增大，又升压变压器的输出电压U2不变，
根据P=UI，可知输电线上的电流I线增大，根据U损=I线R，输电线上的电压损失增大，根据降压变压器的输入电压U3=U2﹣U损可得，降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故B错．
C、根据 ，又输电线上的电流增大，电阻不变，所以输电线上的功率损失增大，故C正确．
D、根据η= = ，发电厂的输出电压不变，输电线上的电阻不变，所以输电线上损耗的功率占总功率的比例随着发电厂输出功率的增大而增大．故D正确．
故选：CD．
【分析】正确解答本题需要掌握：理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系．理想变压器电压和匝数关系．
10．【答案】B,C
【知识点】电功率和电功；楞次定律；法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】由图看出，在每个周期内磁感应强度随时间均匀增大，线圈产生大小恒定的感应电流，设感应电流的大小为I，则有对ab边，P=I2 R，得I=2 ；由闭合电路欧姆定律得，感应电动势为 E=IR=2 ；根据法拉第电磁感应定律得： ；由图知， ；联立以上三式得： ，A不符合题意，B符合题意。正方形四边的电阻相等，电流相等，则发热功率相等，都为P，C符合题意。由楞次定律判断得知，线圈中感应电流方向沿逆时针，则a端电势低于b端电势。D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】磁场强度发生变化，闭合电路中的磁通量发生改变，利用楞次定律判断电流的流向，利用法拉第电磁感应定律求解电压、电流的大小，进而求出cd的发热功率。
11．【答案】B,D
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为110 V，根据电压之比等于线圈匝数之比可知，副线圈的电压的最大值为11 V，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为U= V=11V，A不符合题意；在天变黑的过程中，光照变弱，R阻值增大；电路的总电阻减大，由于电压是由变压器决定的，输出的电压不变，所以次级电流变小，电流表A2的示数变小；由于次级电流减小，则初级电流也减小，即电流表A1的示数变小，B符合题意，C不符合题意；由于变压器的输入和输出的功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由P=UI可知，输出的功率要减小，故输入的功率也要减小，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】利用表达式电压的最大值结合匝数之比可以求出输出电压的大小；利用负载电阻的变化结合欧姆定律可以判别输出电流的变化；结合匝数之比可以判别输入电流和输入功率的变化。
12．【答案】A,C
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】t＝0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A项正确；图中a、b对应的周期之比为2∶3，因此线圈转速之比na∶nb＝ ∶ ＝3∶2，B项错误；a线表示的交流电动势的频率为fa＝ ＝25 Hz，C项正确；a线对应线圈相应的电动势的最大值Eam＝NBS· ，由图象知Eam＝15 V，b线对应线圈相应的电动势的最大值Ebm＝NBS· ，因此 ＝ ＝ ，Ebm＝10 V，有效值Eb＝ V＝5 V，D项错误．
故答案为：AC
【分析】一个周期线圈过中性面两次；利用周期可以求出转速之比；利用周期可以求出频率的大小；利用峰值可以求出有效值的大小。
13．【答案】（1）减小
（2）红
【知识点】电路动态分析
【解析】【解答】(1)当门打开时， 受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可得总电流增大， 两端的电压为
所以 两端的电压 减小；(2)根据欧姆定律通过 的电流减小，根据并联分流可得通过 的电流增大，线圈产生的磁场增强，吸引衔铁，红灯亮。
【分析】（1）利用负载电阻的变化结合电路的动态分析可以判别电压的大小变化；
（2）利用门打开时电流增大电磁铁起作用则红灯亮。
14．【答案】（1）2：1
（2）2：1
（3）4：1
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】根据 ，求出线圈中的感应电动势之比，再求出感应电流之比．根据焦耳定律 ，求出线圈中产生的热量之比．根据 和平衡条件，求出外力大小之比．根据 求解外力功率之比．（1）根据 ，得感应电流 ，可知感应电流 ，所以感应电流之比 ；（2）由焦耳定律得：热量 ，可知 ，则热量之比为2：1，（3）匀速运动时，作用在线圈上的外力大小等于安培力大小， ，可知 ，则知 ，外力功率 ，则得 ．
【分析】（1）利用电动势结合欧姆定律可以求出感应电流之比；
（2）利用焦耳定律可以求出热量之比；
（3）利用拉力和安培力平衡结合速率大小可以求出功率之比。
15．【答案】（1）解：线圈转动的角速度ω＝20π rad/s
感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝80V
瞬时值表达式e＝80sin (20πt) V
（2）解：感应电动势的有效值E＝ V＝40 V，电流为
灯泡实际消耗的功率P＝I2R＝75 W
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】（1）利用角速度和电动势的最大值可以求出对应的表达式；
（2）利用欧姆定律结合热功率的表达式可以求出功率的大小。
16．【答案】（1）解：对导体棒由动能定理得Fs＝ mv2
因为导体棒进入磁场时恰好做匀速直线运动
所以F＝BId＝B d
代入数据，根据以上两式方程可解得F＝0.8 N
v＝8 m/s
（2）解：小灯泡发光时的功率PL＝ ·RL＝5.12 W
本题综合考察了导体棒在磁场中的运动以及产生的电路知识，导体棒进入磁场后恰好匀速运动，说明受力平衡，说明拉力和产生的安培力大小相等方向相反，故可求出拉力大小，和进入磁场时的速度，小灯泡的发光功率可根据公式 ,可得
【知识点】动能定理的综合应用；电功率和电功
【解析】【分析】（1）利用动能定理结合平衡条件可以求出恒力的大小；
（2）利用功率的表达式可以求出灯泡发光的功率的大小。
17．【答案】（1）解：线圈转动产生的电动势最大值为：
由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得输出电压的有效值为
（2）解：由于电动机的额定电压为220V，所以变压器的匝数比由变压器的电压关系得：
得
（3）解：根据P入=P出=2×1.1×104W
再根据P入=U1 I1
解得
【知识点】变压器原理；交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】（1）利用电动势最大值的表达式结合有效值可以求出发电机的输出电压；
（2）利用匝数之比和电压的关系可以求出匝数之比；
（3）利用功率的表达式可以求出电流表的读数。
