★2019年高考物理总复习(教科版)试题第十一章 交变电流 传感器 综合检测 Word版含解析

1、交变电流传感器综合检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第17小题只有一个选项正确,第812小题有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得 0分)1.如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与交流电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框平面处于竖直面内.下述说法正确的是(d)a.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零b.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大c.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最小d.若使线框转动的角速度增大一倍,那么

2、通过电流表电流的有效值也增大一倍解析:交流电流表测量的是有效值,所以电流表有示数,故a错误;线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量为零,感应电动势最大,感应电流也最大,通过电流表的电流瞬时值最大,故b,c错误;根据em= nbs可知,增大一倍,em也增大一倍,根据i=可知,通过电流表电流的有效值也增大一倍,故d正确.2.一正弦交变电流随时间变化的规律如图所示,由图可知(c)a.该交变电流的瞬时值表达式为i=10sin 25t(a)b.该交变电流的频率为50 hzc.该交变电流的方向每秒钟改变50次d.该交变电流通过阻值为2 的电阻时,此电阻消耗的功率为200 w解析:由图像知t=0.04 s,

3、im=10 a,则= rad/s=50 rad/s,所以电流瞬时值的表达式为i=10sin 50t(a),故a错误;频率f= 25 hz,故b错误;一个周期内电流方向改变2次,该交变电流的方向每秒钟改变50次,故c正确;电流有效值i= a=5 a,将该交变电流通过阻值r=2 的电阻,电阻消耗的功率p=i2r=100 w,故d错误.3.如图(甲)所示,在匀强磁场中有一个n=10匝的闭合矩形线圈绕轴匀速转动,转轴o1o2垂直于磁场方向,线圈电阻为5 ,从图(甲)所示位置开始计时,通过线圈平面的磁通量随时间变化的图像如图(乙)所示,则(a)a.线圈转动过程中消耗的电功率为102 wb.在t=0.2

4、s时,线圈中的感应电动势为零,且电流改变一次方向c.所产生的交变电流感应电动势的瞬时值表达式为e=10sin 5t (v)d.线圈从图示位置转过90°时穿过线圈的磁通量变化最快解析:感应电动势峰值em=nbs=nbs·=nm·=10×0.2× v= 10 v,感应电动势的有效值e= v=5 v,线圈转动过程中消耗的电功率p= w=102 w,故a正确;t=0.2 s时,磁通量为0,线圈中的感应电动势最大,电流方向不变,故b错误;= rad/s= 5 rad/s,因为线圈从垂直中性面开始计时,所以交变电流感应电动势的瞬时值表达式为e=10cos

5、5t(v),故c错误;线圈从图示位置转过90°时,磁通量最大,磁通量变化率为0,故d错误.4.已知某交变电流在一个周期内的波形如图所示,则该电流通过一阻值为10 的电阻时的发热功率是(d)a.16 wb.18 wc.22.5 w d.28 w解析:由电流热效应可得2×(12r×0.2+22r×0.3)=i2r×1,解得i2=2.8 a2,电阻的热功率p=i2r=28 w.5.如图(甲)所示,为一种调光台灯电路示意图,它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度.给该台灯接220 v的正弦交流电电压后加在灯管两端的电压如图(乙)所示,则此时交流电压

6、表的示数为(c)a.220 v b.110 v c.110 v d.55 v解析:设电压表示数即灯管两端电压的有效值为u,将交流电电压与直流电电压分别加在电阻r两端,分析一个周期内产生的热量,交流电电压产生的热量q=×+×=t,直流电电压产生的热量q=t,解得u=110 v.6.如图(甲)所示,阻值为r=4 的矩形金属线框与理想电流表、理想变压器原线圈构成回路,标有“12 v36 w”字样的灯泡l与理想变压器的副线圈构成回路,灯泡l恰能正常发光,理想变压器原、副线圈的匝数之比为31,矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律如图(乙)所

7、示,则(d)a.理想变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=40sin 100t(v)b.理想电流表a的示数为 ac.t=0.01 s时,矩形金属线框平面与磁场方向平行d.灯泡l与理想变压器的副线圈构成的回路中的电流方向每秒改变100次解析:灯泡正常发光,故副线圈两端的电压为u2=12 v,根据=得u1= u2=36 v,输入端的最大电压为em=36 v,又= rad/s=100 rad/s,故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=36sin 100t(v),故a错误;通过副线圈的电流为i2= a=3 a,根据=得,i1=1 a,故电流表的示数为1 a,故b错误;t=0.01 s时,由(乙)图可知

8、,产生的感应电动势最小,线框在中性面位置,即矩形金属线框平面与磁场方向垂直,故c错误;由(乙)图可知,周期为0.02 s,在一个周期内电流方向改变2次,则1 s内电流改变的次数为100次,故d正确.7.如图所示为理想变压器,三个灯泡l1, l2, l3都标有“4 v4 w”,灯泡l4标有“4 v8 w”,若它们都能正常发光,则变压器原、副线圈匝数比n1n2和ab间输入电压为(b)a.21,16 v b.21,20 vc.12,16 v d.12,20 v解析:l2,l3并联后与l4串联,灯泡正常发光,可得u2=8 v;p2=4 w+4 w+8 w=16 w,根据输入功率等于输出功率u1i1=p

9、2得u1= v=16 v,所以uab= u1+ul1=(16+4) v=20 v,故原、副线圈匝数比n1n2=168=21,故b正确.8.冬季雨雪冰冻天高压电线容易覆冰,为清除高压输电线上的冰凌,有人设想利用电流的热效应除冰.若在正常供电时,高压线上送电电压为u,电流为i,热损耗功率为p;除冰时,输电线上的热损耗功率需变为4p.输电功率和输电线电阻认为是不变的,则除冰时(cd)a.输电电流为 b.输电电压为2uc.输电电压为 d.输电电流为2i解析:根据p=i2r,输电线上的热损失功率变为原来的4倍,电流增加为原来的2倍,即为2i;由p=ui知,则输送电压变为,故c,d正确.9.如图所示,导体

10、棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上,圆环通过电刷与导线c,d相接.c,d两个端点接在匝数比为n1n2=101的理想变压器原线圈两端,变压器副线圈接一滑动变阻器r0.匀强磁场的磁感应强度为b,方向竖直向下,导体棒ab长为l(电阻不计),绕与ab平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)oo以角速度匀速转动.如果滑动变阻器的阻值为r时,通过电流表的电流为i,则(ad)a.滑动变阻器上消耗的功率为p=100i2rb.变压器原线圈两端的电压u1=10irc.取ab在环的最低端时t=0,则导体棒ab中感应电流的表达式是i=isin td.ab沿环转动过程中受到的最大安培力f=b

11、il解析:由=得i2=10i,变阻器上消耗的功率p=r=100i2r,故a正确;副线圈的电压u2=i2r=10ir,由=知变压器原线圈两端的电压u1= 10u2=100ir,故b错误;ab在最低点时,ab棒与磁场垂直,此时的感应电动势最大,感应电流最大,所以棒ab中感应电流的表达式为i= icos t,故c错误;ab在最低点时,感应电流最大,最大值为i,此时的安培力也是最大的,最大安培力为f=bil,故d正确.10.如图所示,一理想变压器原线圈匝数n1=500,副线圈匝数n2=100,原线圈中接一交流电源,交流电源电压u=220sin 100t(v),副线圈中接一电动机,内阻为10 ,电流表a

12、2示数为1 a.电表对电路的影响忽略不计,则下列说法正确的是(cd)a.此交变电流的频率为100 hzb.此电动机输出功率为44 wc.电流表a1示数为0.2 ad.如果电动机被卡住而不损坏,则电源的输出功率变为原来的4.4倍解析:=100,频率f= hz=50 hz,故a错误;原线圈两端电压的有效值为u1= v=220 v,由=,得u2=u1=×220 v=44 v,输给电动机的电功率p入=u2i2=44×1 w=44 w,电动机内阻消耗的功率p损=r=12×10 w=10 w,电动机的输出功率p出=p入-p损=34 w,故b错误;根据变压器输入功率等于输出功率

13、即u1i1=u2i2,得i1= a=0.2 a,故c正确;如果电动机被卡住而不损坏,电源输出功率p2= w=193.6 w,电源的输出功率为原来的=4.4倍,故d正确.11.如图所示,理想变压器为降压变压器,原线圈通过灯泡l1与正弦交变电流相连,副线圈通过导线与两个相同的灯泡l2和l3相连,开始时开关s处于断开状态.当s闭合后,所有灯泡都能发光.下列说法中正确的是(ab)a.灯泡l1和l2中的电流有效值可能相等b.灯泡l2两端的电压变小c.灯泡l1变亮,灯泡l2的亮度不变d.变压器原线圈的输入功率不变解析:降压变压器n1>n2,则i1<i2,当s接通后,i1等于灯泡l1的电流,i2

14、是灯泡l2和l3的电流之和,则灯泡l1,l2中的电流有效值可能相等,故a正确;当s闭合后,变压器输出端负载电阻变小,输出功率变大,输出电流变大,变压器的输入功率等于输出功率,所以变压器的输入功率变大,输入电流变大,灯泡l1的电压增大变亮,原线圈电压减小,匝数不变,故副线圈电压减小,灯泡l2两端的电压变小,变暗,故b正确,故c,d错误.12.图(甲)是交流发电机的示意图,发出的电能直接输出到理想变压器的原线圈,为理想交流电压表.变压器的副线圈接有三个支路,每个支路接有相同规格的小灯泡l1,l2和l3,且l2串有理想电感器l,l3串有电容器c.发电机两磁极 n,s间的磁场可视为水平方向的匀强磁场.

15、线圈绕垂直于磁场的水平轴oo沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图(乙)所示.以下判断正确的是(bc)a.图(甲)线圈位置叫中性面,此时所产生的感应电动势最大,电压表示数为10 vb.线圈转动的角速度为100 rad/s,0.02 s时线圈内电流的流向是dcbac.如果灯泡l1恰好正常发光,那么l2,l3两小灯泡都能发光但比l1要暗d.增大线圈的转动速度,l1,l2,l3三个小灯泡的亮度均不会变化解析:图(甲)线圈位置与中性面垂直,产生的感应电动势最大,电压表示数为有效值,u= v=10 v,故a错误;线圈转动的角速度为= = rad/s=100 rad/

16、s,0.02 s时线圈内电流的流向与0时刻线圈内电流的流向相同,根据右手定则知电流流向是dcba,故b正确;由于线圈有感抗,电容有容抗,所以灯泡l2,l3两端的电压比灯泡l1两端的电压小,则l2,l3两小灯泡都能发光但比l1要暗,故c正确;增大线圈的转速,则频率增大,感抗增大,容抗减小,且变压器的输出电压增大,则灯泡l1变亮,灯泡l2亮度变化情况无法判断,灯泡l3变亮,故d错误.二、非选择题(共52分)13.(6分)热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图(甲)所示,由热敏电阻r1作为传感器制作的自动报警器电路图如图(乙)所示,为了使温度过高时报警器铃响,c应与 (填“a”或“b”)连接;若使报警的

17、报警温度提高些,应将p向 (填“左”或“右”)移动. 解析:根据图(甲)中曲线的趋势可以得出,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时发送报警信息,则热敏电阻阻值小,通过电磁铁的电流大,衔铁被吸附,触点与a接通时,报警器所在电路应接通,故开关c应该接在a处,若使报警的报警温度提高些,应使电路中电阻增大,则滑动变阻器的滑片p向左移动.答案:a左评分标准:每空3分.14.(9分)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器r(电阻会随所受

18、压力大小发生变化的可变电阻),显示体重大小的仪表a(实质是理想的电流表)组成,压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 pa,且已知压力传感器r的电阻与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 v,请回答:压力f/n0250500750100012501500电阻r/300270240210180150120(1)把r写成关于f的函数关系式,r= . (2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘上示数为 ma处. (3)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为 20 ma,这个人的重量

19、是 n. 解析:(1)f=0时,r=300 ;当f=1 000 n时,r=180 ,所以= =-,得r=300-f.(2)f=0时,r=300 ,由闭合电路欧姆定律有i=1.6×10-2 a=16 ma,即该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘 16 ma处.(3)由闭合电路欧姆定律有r= =240 ,由表中数据得,f=500 n,则此人的重量是500 n.答案:(1)300-f(2)16(3)500评分标准:每空3分.15.(8分)如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕oo轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈匝数n=40,电阻r=0.1 ,长l1=0.05 m,

20、宽l2=0.04 m,角速度=100 rad/s,磁场的磁感应强度b=0.2 t.线圈两端外接电阻r=9.9 的用电器和一个交流电流表.求:(1)线圈中产生的最大感应电动势;(2)电流表的读数;(3)用电器上消耗的电功率.解析:(1)em=nbs=nbl1l2=1.6 v.(2分)(2)im=0.16 a,(2分)电流表读数为有效值i=0.11 a.(2分)(3)p=i2r=0.12 w.(2分)答案:(1)1.6 v(2)0.11 a(3)0.12 w16.(8分)如图所示,理想变压器的原线圈接在220 v、50 hz的正弦交流电源上,线圈接有一理想二极管(正向电阻为零,反向电阻为无穷大)和

21、一阻值为10 的电阻,已知原副线圈的匝数比为21.(1)二极管的耐压值至少为多少伏?(2)电阻r上1 s内产生的焦耳热为多少?(3)通过电阻r的电流的有效值为多少?(结果保留三位有效数字)解析:(1)原线圈两端电压有效值u1=220 v由=得,u2=u1=110 v(1分)则副线圈两端电压最大值u2m=110 v.(1分)即二极管耐压值为156 v.(2)交变电流的周期t= s=0.02 s,则1 s内有50个周期由于二极管只允许正向电流通过,故1 s内只有0.5 s有电流通过电阻.(1分)电阻r上1 s内产生的焦耳热q=t=×0.5 j=605 j.(2分)(3)设通过电阻r的电流

22、的有效值为i,根据焦耳定律有·=i2rt(2分)解得i=× a=7.78 a.(1分)答案:(1)156 v(2)605 j(3)7.78 a17.(10分)如图所示,n=50匝的矩形线圈abcd,边长ab=20 cm,ad= 25 cm,放在磁感应强度b=0.4 t的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的oo轴以n=3 000 r/min的转速匀速转动,线圈电阻r=1 ,外电路电阻r=9 ,t=0时线圈平面与磁感线平行,ab边正好转出纸外,cd边转入纸里.(1)在图中标出t=0时感应电流的方向;(2)写出线圈感应电动势的瞬时表达式;(3)线圈转一圈外力做功多少?解析:(1)根据右手定则得出感应电流的方向是adcb,如图.(2分)(2)n=3 000 r/min=50 r/s,所以线圈的角速