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阶段滚动检测卷(五)　电磁感应　交变电流　传感器
(时间:75分钟　分值:100分)
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2025·河北沧州模拟)如图所示为一小型交流发电机示意图,线圈与电阻R构成闭合回路,将两磁极间的磁场视为匀强磁场,图示时刻线圈平面恰与磁场方向垂直。当线圈绕OO'轴按图示方向匀速转动时,下列说法正确的是(　　)
A.图示时刻通过电阻R的电流最大
B.图示时刻电阻R中的电流方向由a指向b
C.从图示时刻开始,线圈转过90°时,电阻R中的电流方向由b指向a
D.从图示时刻开始,线圈转过90°时,电阻R中的电流方向将发生改变
2.如图甲所示,某同学做自感现象的实验。自感线圈L的直流电阻为RL, A1和A2是完全相同的两个小灯泡,R为滑动变阻器,现调节滑动变阻器R的阻值大于RL的阻值。在实验时,先闭合开关S,待稳定状态后又突然断开S,下列说法正确的是 (　　)
A.在闭合S瞬间,因为R的阻值大于RL的阻值,所以A1灯先亮
B.在突然断开S瞬间,A1先熄灭,A2会闪亮一下再熄灭
C.在突然断开S瞬间,A2灯会闪亮一下,然后与A1灯一起熄灭
D.若将自感线圈L换成如图乙的双线绕法线圈,则观察到的自感现象会更明显
3.(2025·山东济南高三开学考)如图所示,空间区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=1 T,OO'为磁场的右边界。磁场内一匝数n=10的正方形闭合金属导线框平行于纸面放置,线框边长L=1 m,其右边与磁场边界重合。t=0时刻线框从图示位置开始逆时针(俯视)绕OO'以角速度ω=10 rad/s匀速转动,此过程中感应电动势E随时间t变化的图像正确的是(　　)
A.A B.B C.C D.D
4.(2025·河北邯郸一模)如图所示,一理想变压器原、副线圈接有三盏完全相同的正常工作时电阻R=8 Ω的灯泡。当变压器原线圈A、B端输入电压u=48sin(100πt) V 时,三盏灯均正常发光。则灯泡的额定功率为(　　)
A.32 W B.16 W C.8 W D.4 W
5.(2025·山东临沂模拟)发电机的示意图如图所示,发电机矩形线框ABCD的匝数为N,面积为S,线框的电阻为r,线框所在位置的磁场可视为匀强磁场,磁感应强度大小为B,定值电阻的阻值为R,采用换向器实现电流的导出。若线框从图示位置开始以角速度ω绕轴OO'匀速转动,下列说法正确的是(　　)
A.图示位置线框中的电动势最大,为NBSω
B.线框转动一圈,通过电阻R的电流方向改变两次
C.线框转动一圈,通过电阻R的电荷量为
D.线圈转动一圈,克服安培力做功为
6.如图所示,平行金属导轨与水平面间的夹角为θ,电阻不计,与阻值为R的定值电阻相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面,磁感应强度大小为B。有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得平行于导轨平面的大小为v的初速度向上运动,最远到达a'b'位置,滑行的距离为s,导体棒的电阻为R,与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。则下列说法正确的是(　　)
A.上滑过程中导体棒受到的最大安培力为
B.上滑过程中产生的焦耳热为mv2-mgssin θ
C.上滑过程中导体棒克服安培力做的功为mv2
D.上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2-mgssin θ
7.如图所示,一光滑轨道固定在架台上,轨道由倾斜和水平两段组成,倾斜段的上端连接一电阻R=0.5 Ω,两轨道间距d=1 m,水平部分两轨道间有一竖直向下、磁感应强度大小B=0.5 T的匀强磁场。一质量为m=0.5 kg、长为l=1.1 m、电阻忽略不计的导体棒,从轨道上距水平面h1=0.8 m高处由静止释放,通过磁场区域后从水平轨道末端水平飞出,落地点与水平轨道末端的水平距离x2=
0.8 m,水平轨道距水平地面的高度h2=0.8 m。通过计算可知(g取10 m/s2,不计空气阻力)(　　)
A.导体棒进入磁场时的速度为3 m/s
B.导体棒整个运动过程中,电阻R上产生的热量为2 J
C.磁场区域的长度x1为2 m
D.整个过程通过电阻R的电荷量为3 C
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8.风能是一种可再生能源,风力发电具有清洁环保、运营成本低、节省空间、能源独立和减少用水量等优点。如图所示为某风力发电厂向用户供电的线路图,T1、T2分别为升压变压器和降压变压器。已知发电厂的输出电压保持240 V不变,用户端电压为220 V、功率为11 kW,输电线总电阻R=
40 Ω,降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4=10∶1,变压器均为理想变压器,下列说法正确的是(　　)
A.输电线上损耗的功率为100 W
B.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶10
C.发电厂的输出功率为12 kW
D.若用户端的用电器变多,则输电线上损失的功率增大
9.(2025·湖南益阳一模)如图所示,电阻不计、足够长的光滑平行金属导轨竖直放置,间距为L,上端连接定值电阻R,OO'下方存在方向垂直于导轨平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。现将质量为m、电阻为r的金属杆PQ从OO'上方某处由静止释放,金属杆PQ下落过程中始终水平且与导轨接触良好,金属杆从进入磁场至稳定时的位移为x。重力加速度为g,下列说法正确的是(　　)
A.金属杆PQ减少的重力势能全部转化为内能
B.金属杆PQ进入磁场后有可能做变减速运动直至匀速
C.金属杆PQ在磁场中稳定时的速度大小为
D.金属杆进入磁场直至稳定,流过金属杆的电荷量q=
10.如图所示,abcd是位于竖直平面内用粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框,它的下方有一个垂直纸面向外的匀强磁场,MN、PQ为磁场的上下水平边界,两边界间的距离与正方形的边长均为L,线框从某一高度开始下落,恰好能匀速进入磁场。不计空气阻力,以bc边进入磁场时为起点,在线框通过磁场的过程中,线框中的感应电流i、bc两点间的电势差Ubc、线框所受的安培力F、线框产生的焦耳热Q分别随下落高度h的变化关系可能正确的是(　　)
A.A B.B C.C D.D
三、非选择题:本题共5小题,共54分。
温馨提示:此系列题卡,非选择题每空2分,分值不同题空另行标注
11.(7分)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,请回答下列问题。
(1)为弄清灵敏电流表指针摆动方向与电流方向的关系,可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡,含有直流电源,他应选用多用电表的　　　　(1分)(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡,对灵敏电流表进行测试,由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时,指针向右摆动。
(2)该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流表的正接线柱。再将黑表笔　　　　(1分)(选填“短暂”或“持续”)接灵敏电流表的负接线柱。若灵敏电流表的指针向左摆动,说明电流由电流表的　　　　(1分)(选填“正”或“负”)接线柱流入灵敏电流表的。
(3)实验中,该同学将磁体某极向下从线圈上方插入线圈时,发现电流表的指针向右偏转,请在图甲中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁体的极性。(2分)
(4)另一位同学利用图乙所示的实验器材来研究电磁感应现象及判定感应电流方向。在给出的实物图中,已用实线作为导线连接了部分实验电路。请用实线作为导线从箭头1和2处开始完成其余部分电路的连接。(2分)
12.(9分)某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性,制作了一个简易的汽车低油位报警装置。
(1)该同学首先利用多用电表欧姆“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值,示数如图甲所示,则此时热敏电阻的阻值为RT=　　　　kΩ。
(2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系,设计了如图乙所示的实验电路,定值电阻R0=2.0 kΩ,则在闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于最　　　　(1分)(选填“左”或“右”)端;在某次测量中,若毫安表A1的示数为2.25 mA,A2的示数为1.50 mA,两电表可视为理想电表,则热敏电阻的阻值为　　　　kΩ。
(3)经过多次测量,该同学得到热敏电阻阻值随温度的变化关系图像如图丙所示,可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越　　　　(1分)(选填“快”或“慢”)。
(4)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示,其中电源电动势E=6.0 V,定值电阻R=1.8 kΩ,长为l=50 cm的热敏电阻下端紧靠在油箱底部,不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥2.4 mA时报警器开始报警,若测得报警器报警时油液(热敏电阻)的温度为30 ℃,油液外热敏电阻的温度为70 ℃,由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为　　　　
(3分)cm。
13.(10分)(2024·黑龙江哈尔滨模拟)某物理兴趣小组在实验室模拟的风力发电机发电输电简易模型,如图所示,风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈,在磁感应强度大小B=0.1 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO',以角速度ω= rad/s匀速转动。其中矩形线圈匝数为N=750,面积为0.2 m2,线圈总电阻r=2 Ω,小灯泡电阻R=8 Ω,电流表为理想电表,求:
(1)(5分)交流电流表的示数;
(2)(5分)线圈从图示位置转过60°过程中,通过电流表的电荷量。
14.(12分)(2025·广东华南师大附中等四校联考)如图所示,虚线MN左、右两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小分别为B和2B,左侧磁场的方向垂直纸面向里,右侧磁场的方向垂直纸面向外。现有一用软导线制成的单匝闭合圆形线圈,半径为R,电阻率为ρ,导线的横截面积为S,线圈平面垂直磁场放置,MN过线圈圆心。现用力向两侧缓慢拉动线圈,线圈的上、下两边经过时间t后合到一起。求线圈在上述过程中:
(1)(7分)感应电流的平均值I和方向;
(2)(5分)通过导线横截面的电荷量q。
15.(16分)(2025·四川成都开学考)如图,两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为L,处在方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,导轨上静置一质量为m、长度为L的金属棒,金属棒与导轨始终保持良好接触且电阻均忽略不计,图中电源电动势为E、内阻为r,电容器的电容为C,定值电阻的阻值为R,首先将开关S接1,当金属棒达到最大速度后,再将开关S接2,直到金属棒达到稳定,整个过程中金属棒始终在导轨上,求:
(1)(5分)开关S接1的瞬间,金属棒的加速度大小;
(2)(5分)开关S接1后,金属棒从静止开始至达到最大速度的过程中,R上产生的焦耳热;
(3)(6分)开关S接2后,金属棒达到稳定时的速度大小。
阶段滚动检测卷(五)　电磁感应　交变电流 传感器
1.C　[图示时刻线圈位于中性面,通过电阻R的电流为零,故A、B错误;线圈转过90°时,由右手定则知电阻R中的电流方向由b指向a,此时通过电阻R的电流最大,电流方向不发生改变,故C正确,D错误。]
2.C　[在闭合S瞬间,因为自感,所以A2灯先亮,故A错误;滑动变阻器R的阻值大于RL的阻值,则电路稳定后,A1灯所在支路的电流大于A2灯所在支路的电流,则突然断开S瞬间,A2会闪亮一下,但A1、A2灯同时熄灭,故B错误,C正确;由于两个线圈的绕向相同,但电流方向相反,所以其磁场方向相反,两者磁场强度相同,相互抵消,所以螺线管内没有磁场,没有自感现象,故D错误。]
3.B　[线圈产生的电动势最大值为Em=nBSω=10×1×12×10 V=100 V,线圈转动的周期为T==s,在0~= s内,线圈产生的电动势为e=Emsin ωt=100sin(10t) V,在= s~= s内,线圈处于磁场外部,产生的电动势一直为0;在= s~T= s内,线圈产生的电动势为e=Emsin ωt=100sin(10t)V,故B正确。]
4.B　[设灯泡正常工作时的电流为I,则原线圈的电流为I1=I,副线圈的电流为I2=2I,变压器匝数比为==2,设原线圈两端的电压为U1,副线圈两端的电压为U2=IR,则有=,解得U1=2U2=2IR,由题知,A、B端输入电压u=48sin(100πt) V,则AB端输入电压的有效值为U==24 V,在原线圈回路中有U=IR+U1,可得I=,则灯泡的额定功率为P=I2R=16 W,故B正确。]
5.C　[图示位置穿过线框中的磁通量最大,但磁通量变化率为0,感应电动势为0,故A错误;由于采用换向器实现电流的导出,由图可知线框转动一圈,通过电阻R的电流方向不发生变化,线框转动半圈时,通过电阻R的电荷量为q1=Δt=Δt==,则线框转动一圈,通过电阻R的电荷量为q=2q1=,故B错误,C正确;线框中的电动势最大值为Em=NBSω,则电动势有效值为E==,根据功能关系可知,线圈转动一圈,克服安培力做功为W克=T=·=,故D错误。]
6.D　[刚开始上滑时导体棒的速度最大,产生的感应电动势最大,感应电流最大,导体棒受到的安培力最大,则有F=IlB=lB=,故A错误;根据能量守恒定律,上滑过程中减少的动能转化为重力势能、摩擦热和焦耳热,则产生的焦耳热为Q=mv2-mgs(sin θ+μcos θ),故B错误;上滑过程中导体棒克服安培力做的功等于回路产生的焦耳热,则有W克安=Q=mv2-mgs(sin θ+μcos θ)7.C　[设导体棒进入磁场时的速度为v0,根据动能定理有mgh1=m,解得v0=4 m/s,故A错误;导体棒从水平轨道水平飞出做平抛运动,则水平方向有x2=vt,竖直方向有h2=gt2,联立代入数据解得v=2 m/s,导体棒通过磁场区域过程中,根据能量守恒定律有Q=m-mv2,解得Q=3 J,则导体棒整个运动过程中,电阻R上产生的热量为3 J,故B错误;导体棒通过磁场区域过程中,根据动量定理有t1=Bdq=mv0-mv,又有q=t1==,联立代入数据解得q=2 C,x1=2 m,故C正确,D错误。]
8.BCD　[根据题意,由公式P=UI可得,降压变压器副线圈的电流为I4== A=50 A,则输电线上的电流为I3=I4=5 A,输电线上损耗的功率为P损=R=1 000 W,故A错误;输电线上损耗的电压为ΔU=I3R=200 V,降压变压器输入端电压为U3=U用=2 200 V,则升压变压器输出端电压为U2=
U3+ΔU=2 400 V,升压变压器的匝数比===,故B正确;升压变压器输入端电流为I1=I2,又有I2=I3,解得I1=50 A,则发电厂的输出功率为P=U1I1=12 000 W=12 kW,故C正确;若用户端的用电器变多,则降压变压器的输出功率增大,输入电流增大,输电线上损失的功率增大,故D正确。]
9.BC　[金属杆PQ减少的重力势能转化为金属杆的动能和回路的内能,故A错误;当金属杆进入磁场恰能匀速运动时,有mg=LB,解得v0=,若金属杆PQ进入磁场时的速度大于v0,则进入磁场后做变减速运动直至匀速,故B、C正确;金属杆进入磁场直至稳定,流过金属杆的电荷量q=Δt=Δt==,故D错误。]
10.ABD　[设正方形线框每条边的电阻为R,进入磁场时速率为v。正方形线框进入磁场第一个L过程中,只有bc边切割磁感线,由右手定则可知,线框中电流方向为逆时针方向,设为正方向,大小为i1=,b、c两点间的电势差为Ubc=BLv,正方形线框所受安培力为F1=i1LB==mg,由左手定则知方向向上。线框产生的焦耳热为Q=·4Rt=·4R·=h,由于v为定值,所以进入磁场过程,电流i、Ubc、F都恒定不变,Q随下降高度h均匀增大;正方形线框离开磁场过程中,线框所受安培力继续被重力平衡,所以速度还是v。ad边在切割磁感线,由右手定则可知,线框中电流方向为顺时针,与进入磁场过程方向相反,则为负值,其大小为i2=,与i1等大反向。b、c两点间的电势差为Ubc=Blv,正方形线框所受安培力为F2=i2LB==mg,与F1相同。线框产生的焦耳热为Q=·4Rt=·4R·=(h-L),随位移继续均匀增大,故A、B、D正确。]
11.答案　(1)欧姆　(2)短暂　负　(3)见解析图(a) (4)见解析图(b)
解析　(1)根据题意可知,实验要使用电表内部某一挡,含有直流电源,只有多用电表的欧姆挡有电源,所以需要选用多用电表欧姆挡对灵敏电流表进行测试。
(2)灵敏电流表量程太小,欧姆表内部电源电压相对较大,若电流超过电流表量程,长时间通电会损坏电流表,故应短暂接触灵敏电流表的负接线柱;欧姆表红表笔连接电源的负极,灵敏电流表的指针向左摆动,说明电流从电流表的负接线柱流入。
(3)电流表的指针向右偏转,说明电流从正接线柱流入电流表,感应电流的磁场方向向下,根据楞次定律可知,原磁场方向向上,故插入的磁铁下端为S极,如图(a)所示。
(4)将线圈L2与电流表串联形成回路,将电源、开关、滑动变阻器、线圈L1串联形成另一个回路,实物图如图(b)所示。
12.答案　(1)1.9　(2)左　3.0　(3)慢　(4)10
解析　(1)由多用电表欧姆挡的读数规则可知,此时热敏电阻的阻值为RT=19×100 Ω=1.9 kΩ。
(2)滑动变阻器采用分压式接法,为保护电路安全,在开关闭合前应将滑动变阻器的滑片P置于最左端;由于RT和R0并联,故有I1R0=I2RT
代入数据解得RT=3.0 kΩ。
(3)由题图丙可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高而逐渐减小,从曲线的斜率可以看出,图线斜率越来越小,故该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越慢。
(4)设警戒液面到油箱底部的距离为x,温度为30 ℃时热敏电阻的阻值为RT1=1.5 kΩ,则在油液内的热敏电阻的阻值为R1=RT1
同理,可得油液外的热敏电阻的阻值为R2=RT2
其中RT2=0.5 kΩ,由闭合电路欧姆定律有
E=I(R+R1+R2)
将E=6 V、I=2.4 mA、R=1.8 kΩ代入可得x=10 cm。
13.答案　(1)1.5 A　(2)0.75 C
解析　(1)线圈转动产生交变电流的电动势最大值为
Em=NBωS=750×0.1××0.2 V=15 V
电动势的有效值为E== V=15 V
交流电流表的示数为I== A=1.5 A。
(2)线圈从图示位置转过60°过程中,通过电流表的电荷量为
q=Δt=Δt=Δt==
= C=0.75 C。
14.答案　(1)　沿线圈逆时针方向　(2)
解析　(1)该过程中磁通量的变化量为
ΔΦ=2B×0.5πR2-B×0.5πR2=0.5BπR2
由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势的平均值为
=
线圈的电阻为r=ρ=ρ×
根据闭合电路欧姆定律可得感应电流的平均值为=
联立解得=
根据楞次定律可知,感应电流方向为沿线圈逆时针方向。
(2)由电流的定义式=,可得电荷量q=t,
解得q=。
15.答案　(1)　(2) (3)
解析　(1)开关接1的瞬间,金属棒的速度为零,由闭合电路欧姆定律可知E=I(R+r),对金属棒,由牛顿第二定律有ILB=ma,解得a=。
(2)分析可知开关接1后,金属棒速度最大时有
E=BLvm
金属棒从开始运动到速度达到vm
由动量定理有ILBΔt=mvm
其中q=IΔt,该过程电源消耗的电能
E电=EIΔt=qE
整个系统由能量守恒定律可知E电=Q焦+m
电阻R上产生的焦耳热QR=Q焦
联立解得QR=。
(3)开关接2后,金属棒产生的电动势等于电容器两端电压时达到稳定速度,设为v',则UC=BLv'
此时电容器的电荷量QC=CUC
从开关S开始接2到金属棒速度达到稳定,由动量定理有
-BQCL=mv'-mvm,联立解得v'=。

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