2024高考物理一轮复习限时检测11交变电流传感器含解析新人教版

PAGEPAGE12第十一章交变电流传感器综合过关规范限时检测满分：100分考试时间：90分钟一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．(2024·邹城高三模拟)如图所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)过程是沟通发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接，下列说法正确的是(C)A．图(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变更率最大B．从图(b)起先计时，线圈中电流i随时间t变更的关系是i＝ImsinωtC．当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向变更D．当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a[解析]图(a)中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变更率为0，选项A错误；图(b)不是中性面，从线圈在中性面位置起先计时的表达式才是i＝Imsinωt，选项B错误；当线圈转到图(c)位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小为零，电流方向将变更，选项C正确；当线圈转到图(d)位置时，磁通量最小，磁通量的变更率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为b→a，选项D错误。2．(2024·北京市高考适应性考试)如图所示，志向变压器的原线圈接在u＝220eq\r(2)sin100πt(V)的沟通电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为41，电流表、电压表均为志向电表，下列说法正确的是(C)A．原线圈的输入功率为220eq\r(2)WB．电流表的读数为1AC．电压表的读数为55VD．通过电阻R的交变电流频率是100Hz[解析]原线圈两端电压的有效值为220V，由公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，副线圈两端电压的有效值为55V，电压表的读数指的就是有效值，所以电压表的读数为55V，C正确；由欧姆定律I2＝eq\f(U2,R)得副线圈中电流为1A，由公式eq\f(I2,I1)＝eq\f(n1,n2)得原线圈中电流为eq\f(1,4)A，即电流表读数为eq\f(1,4)A，B错误；原线圈的输入功率P1＝U1I1＝220×eq\f(1,4)W＝55W，A错误；由电源的瞬时值表达式知角速度w＝100πrad/s，交变电流频率f＝eq\f(w,2π)＝50Hz，D错误。3．(2024·广东惠州模拟)如图甲所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一矩形单匝线圈，其面积为S，总电阻为r，线圈两端外接一电阻R和一个志向沟通电流表。若线圈绕对称轴OO′以角速度ω做匀速转动，图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变更的图象，下列说法正确的是(D)A．在t1～t3时间内，穿过线圈平面的磁通量的变更量为BSB．在t3～t4时间内，通过电阻R的电荷量eq\f(BS,R)C．在t3时刻穿过线圈平面的磁通量的变更率为2BSωD．在t3时刻电流表的示数为eq\f(BSω,\r(2)R＋r)[解析]由题图可知，在t1和t3时刻穿过线圈平面的磁通量大小均为BS，方向相反，则在t1～t3时间内穿过线圈平面的磁通量的变更量为2BS，A错误；在t3～t4时间内，磁通量的变更量为BS，则平均电动势eq\x\to(E)＝eq\f(BS,Δt)，因此通过电阻R的电荷量为q＝eq\f(\x\to(E),R＋r)·Δt＝eq\f(BS,R＋rΔt)Δt＝eq\f(BS,R＋r)，故B错误；在t3时刻电动势E＝BSω，则由法拉第电磁感应定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)可知，穿过线圈的磁通量变更率为BSω，故C错误；在t3时刻电流表的示数为交变电流的有效值，则有I＝eq\f(E,\r(2)R＋r)＝eq\f(BSω,\r(2)R＋r)，故D正确。4．(2024·河北五个一名校联盟联考)如图所示为一沟通电电流随时间变更的图象，此沟通电电流的有效值为(B)A．7A B．5AC．3.5eq\r(2)A D．3.5A[解析]本题考查交变电流有效值的计算。依据有效值的定义有2×(4eq\r(2))2R×0.01(J)＋2×(3eq\r(2))2R×0.01(J)＝I2R×0.04(J)，解得I＝5A，故B正确。5．(2024·北京东城区期末)某爱好小组利用如图所示装置给灯泡供电。图中两磁极位置相对于水平轴线OO′对称，导线框ABCD绕轴线OO′以角速度ω匀速转动，并通过升压变压器给灯泡供电。下列说法正确的是(B)A．图示位置穿过线框的磁通量为零B．图示位置线框产生的感应电动势为零C．线框ABCD中电流的有效值小于灯泡中电流的有效值D．若灯泡偏暗，可通过增加原线圈匝数来提高灯泡亮度[解析]本题考查交变电流产生的过程及其规律，驾驭志向变压器的电压、电流及功率之间的关系。由图可知，此时线圈和磁场垂直，线框的磁通量最大，感应电动势为0，A错误，B正确；变压器为升压变压器，副线圈匝数多，则副线圈中电流小，C错误；若灯泡偏暗说明输出电压较小，要使输出电压变大，应削减原线圈匝数，D错误。6．(2024·江苏天一中学调研)如图甲所示，志向变压器原、副线圈的匝数比n1n2＝31，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、志向线圈、志向二极管和电容器，其中C＝10μF。当原线圈两端接入如图乙所示的正弦沟通电压时，下列说法中正确的是(C)A．灯泡L1肯定比L2暗B．电容器C所带电荷量的最大值为6eq\r(2)×103CC．电容器C充电周期为2×10－2sD．副线圈两端的电压有效值为12eq\r(2)V[解析]本题结合在志向变压器中电容、电感、二极管的导电性质，考查交变电流图象及其相关学问点。由于L1与电阻相串联，而L2与电感器相串联，灯泡L1与L2的亮度，取决于电阻和电感的阻碍作用，本题未给出相关条件，无法推断两灯泡谁更暗，故A错误；电容器与二极管串联，电容器经1.0×10－2s充电后，经过1.0×10－2s再次充电，则周期为2.0×10－2s，故C正确；由题意可知，原线圈的电压的最大值为36eq\r(2)V，由于原、副线圈的匝数比n1n2＝31，所以副线圈的电压最大值为12eq\r(2)V，则有效值为12V，故D错误；二极管具有单向导电性，电容器两端电压的最大值为12eq\r(2)V，所以电容器所充电荷量的最大值为Q＝CU＝10×10－6×12eq\r(2)C＝eq\f(6,5)eq\r(2)×10－4C，故B错误。7．(2024·江苏高三联考)在如图所示的电路中，志向变压器原、副线圈匝数比为31，原线圈一侧接正弦沟通电源，电路中电阻R1＝R2＝R，其余部分电阻均不计。若R2消耗的功率为P，则R1消耗的功率为(B)A．9P B．eq\f(P,9)C．3P D．eq\f(P,3)[解析]设原、副线圈中电流分别为I1、I2，则eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,3)。设R1消耗的功率为P′，则P′＝Ieq\o\al(2,1)R1＝Ieq\o\al(2,1)R，P＝Ieq\o\al(2,2)R2＝Ieq\o\al(2,2)R。因此，eq\f(P′,P)＝eq\f(I\o\al(2,1)R,I\o\al(2,2)R)＝eq\f(I\o\al(2,1),I\o\al(2,2))＝eq\f(1,9)，故P′＝eq\f(1,9)P，选项B正确。8．(2024·新泰高三模拟)长为L的直导体棒a放置在光滑绝缘水平面上，固定的长直导线b与a平行放置，导体棒a与力传感器相连，如图所示(俯视图)。a、b中通有大小分别为Ia、Ib的恒定电流，Ia方向如图所示，Ib方向未知。导体棒a静止时，传感器受到a给它的方向向左、大小为F的拉力。下列说法正确的是(B)A．Ib与Ia的方向相同，Ib在a处的磁感应强度B大小为eq\f(F,IbL)B．Ib与Ia的方向相同，Ib在a处的磁感应强度B大小为eq\f(F,IaL)C．Ib与Ia的方向相反，Ib在a处的磁感应强度B大小为eq\f(F,IbL)D．Ib与Ia的方向相反，Ib在a处的磁感应强度B大小为eq\f(F,IaL)[解析]本题考查力传感器和安培力及其相关学问点。力传感器受到a向左的力，直导线b和导体棒a相互吸引，Ib与Ia的方向相同，由F＝BIaL，解得B＝eq\f(F,IaL)，选项B正确，A、C、D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9．(2024·临沂高三月考)指纹传感器为在一块半导体基板上阵列了10万金属颗粒，每一颗粒充当电容器的一极，外表面绝缘，手指在其上构成电容器的另外一极。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹深浅不同。对应的峪(本义：山谷)和嵴(本义：山脊)与半导体基板上的金属颗粒间形成一个个电容值不同的电容器，若金属颗粒与手指间组成的每个电容器电压保持不变，则(BC)A．指纹的嵴处与半导体上对应的金属颗粒距离近，电容小B．指纹的峪处与半导体上对应的金属颗粒距离远，电容小C．在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量增加D．在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量削减[解析]本题考查指纹传感器及其相关学问点。指纹的嵴处与半导体基板上对应的金属颗粒距离近，依据电容的确定式C＝eq\f(εrS,4πkd)得知，电容大，A错误；指纹的峪处与半导体基板上对应的金属颗粒距离远，依据电容的确定式C＝eq\f(εrS,4πkd)得知，电容小，B正确；在手指挤压绝缘表面时，手指与对应的金属颗粒距离减小，电容增大，而电压肯定，则由Q＝CU可知，各金属颗粒电极电荷量增加，C正确，D错误。10．(2024·山东日照校级联考)一含有志向变压器的电路如图所示，变压器原、副线圈匝数比为31。电路中连接三个相同的电阻R，A为志向沟通电流表，正弦沟通电源输出电压的有效值U＝380V。当开关S断开时，电流表的示数为2A。则(AC)A．定值电阻R的阻值为10ΩB．开关S断开时，副线圈的输出电压为127VC．开关S闭合时，电流表的示数为3.8AD．开关S闭合时，电路中消耗的总功率为1300W[解析]本题考查原线圈带负载的变压器的动态问题。当开关S断开时，电流表示数I1＝2A，依据变压器原理可得副线圈电流I2＝3I1＝6A，依据电压关系有eq\f(U－I1R,I2·2R)＝eq\f(3,1)，代入数据解得R＝10Ω，A正确；S断开时，副线圈电压U2＝2I2R＝120V，B错误；开关S闭合，eq\f(U－I′1R,I′2·R)＝eq\f(3,1)，且I′2＝3I′1，解得I′1＝3.8A，回路总功率P＝I′1U＝1444W，C正确，D错误。11.(2024·吉林东北师大附中模拟)如图，单匝矩形导线框abcd与匀强磁场垂直，线框电阻不计，线框绕与cd边重合的固定转轴以恒定角速度从图示位置起先匀速转动，志向变压器匝数比为n1n2。开关S断开时，额定功率为P的灯泡L1正常发光，电流表示数为I，电流表内阻不计，下列说法正确的是(ABD)A．线框中产生的电流为正弦式交变电流B．线框从图中位置转过eq\f(π,4)时，感应电动势瞬时值为eq\f(P,I)C．灯泡L1的额定电压等于eq\f(n1P,n2I)D．假如闭合开关S，则电流表示数变大[解析]本题考查交变电流的产生与变压器的综合问题。线框绕垂直于磁场方向的固定转轴匀速转动，线框中产生的电流为正弦式交变电流，选项A正确；线框从中性面起先转动，当转动eq\f(π,4)时，感应电动势的瞬时值表达式为eq\r(2)eq\f(P,I)·sineq\f(π,4)＝eq\f(P,I)，选项B正确；原线圈两端的电压U1＝eq\f(P,I)，副线圈两端的电压U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(n2P,n1I)，选项C错误；闭合开关S，副线圈负载变小，输出功率变大，输入功率变大，由P＝UI可知原线圈电流变大，即电流表示数变大，选项D正确。12．(2024·山东淄博试验学校一模)如图为远距离输电示意图，其中T1、T2为志向变压器，r是输电线电阻，灯泡L1、L2完全相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光，则(BD)A．仅闭合S，灯L1会变亮B．仅闭合S，r消耗的功率会变大，变压器T1的输入功率会变大C．仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小D．仅将滑片P上移，电流表示数会变小[解析]本题考查远距离输电中的动态分析问题。闭合开关S，则T2副线圈中总电阻减小，T2副线圈中电流增大，T2原线圈中电流也增大，则r两端的电压、消耗功率均增大，则T2输入电压U3＝U2－Ir减小，灯泡L1两端电压U4减小，故灯泡L1会变暗，U2不变，I变大，则变压器T1的输入功率会变大，故A错误，B正确；仅将滑片P下移，T1副线圈匝数增大，则T1的输出电压U2增大，流过电阻r的电流变大，则r消耗的功率变大，故C错误；仅将滑片P上移，T1副线圈匝数减小，则T1的输出电压减小，T1副线圈中的电流减小，则变压器T1原线圈中电流减小，即电流表示数会变小，故D正确。三、非选择题：本题共6小题，共60分。13．(6分)(2024·浙江高三模拟)(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的试验，必须要选用的是ACE。A．有闭合铁芯的原、副线圈B．无铁芯的原、副线圈C．沟通电源D．直流电源E．多用电表(沟通电压挡)F．多用电表(沟通电流挡)(2)用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，试验测量数据如下表，依据测量数据可推断连接电源的线圈是nb(填“na”或“nb”)，并说明推断的依据由于漏磁、涡流、线圈电阻等影响，副线圈两端的电压小于理论值(至少写两条)。Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98[解析](1)为了完成变压器的探究，须要运用沟通电源变压，多用电表沟通电压挡；为了让变压效果明显须要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此正确答案为ACE；(2)由于漏磁、涡流、线圈电阻等影响，所以副线圈测量电压应当小于理论变压值，即nb为连接电源的输入端，na为输出端。14．(8分)(2024·河北衡水中学模拟)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用图(a)所示的装置探讨电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，为志向电压表。(1)为增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向_c__端移动(填“c”或“d”)。(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30Ω，滑动变阻器的最大电阻为170Ω，电源E的电动势为12.0V，滑动变阻器能供应的最大分压为11.9V，则E的内阻是_0.21__Ω(保留2位有效数字)。(3)同学们将金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，将R1和定值电阻R2连接成图(b)所示电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将_增大__，电压表V2的读数将_增大__。(选填“增大”“减小”或“不变”)(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得F与线圈两端电压U的关系如图(c)所示。若要求该锁能反抗1200N的外力，则工作电压至少为_6__V。[解析](1)为增加电磁铁产生的磁感应强度，必须要增加线圈的电流，加大线圈两端的电压，则变阻器的滑片P应向c端移动。(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，线圈上的分压最大，此时外电路总电阻为：R＝eq\f(30×170,30＋170)Ω＝25.5Ω，电源的电流为I＝eq\f(U,R)＝eq\f(11.9,25.5)A＝0.47A，电源的内阻：r＝eq\f(E－U,I)＝eq\f(12.0－11.9,0.47)Ω＝0.21Ω(3)依据电阻定律，应变片变长，则截面积变小，R1的阻值将变大，总电阻变大，总电流减小，则电源内阻和定值电阻R2上的电压减小，则电压表V2的读数将增大；(4)由F－U图象可知，当F＝1200N时，U＝6V；即若要求该锁能反抗1200N的外力，则工作电压至少为6V。15．(8分)(2024·民乐县高三模拟)风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展。假如风车阵中某发电机输出功率为P1＝120kW，输出电压是U1＝250V。发电站通过原、副线圈的匝数之比为n1n2＝112的升压变压器、总电阻为r＝10Ω的输电线和降压变压器把电能输送给用户。已知用户须要的电压是U4＝220V，求：(1)升压变压器的输出电压U2；(2)输电线上损失的电功率P损。[答案](1)3000V(2)16kW[解析](1)升压变压器的原、副线圈电压之比等于匝数之比，故有：U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(12,1)×250V＝3000V；(2)输电线上的电流为：I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(120×103,3000)A＝40A损失功率为：P损＝Ieq\o\al(2,2)r＝402×10W＝16000W＝16kW16．(8分)(2024·江苏南通高三模拟)沟通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＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝eq\f(\r(2),π)T。为了用此发电机发出的沟通电带动两个标有“220V11kW”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志向变压器，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沟通电流表的示数。[答案](1)1100V(2)51(3)20A[解析](1)线圈转动产生的电动势最大值为：Em＝NBSω＝1100eq\r(2)V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U1＝eq\f(Em,\r(2))＝1100V(2)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：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得eq\f(n1,n2)＝eq\f(1100,220)＝eq\f(5,1)(3)依据P入＝P出＝2×1.1×104W再依据P入＝U1I1解得I1＝2×eq\f(11000,1100)＝20A17．(14分)(2024·如皋市高三模拟)无线充电技术的发展给用户带来了极大的便利，可应用于手机、电脑、智能穿戴、智能家居、医疗设备、电动汽车等充电，如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n＝50匝，电阻r＝1.0Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间按图乙所示，可在受电线圈中产生电动势最大值为20V的正弦沟通电，设磁场竖直向上为正。求：(1)在t＝π×10－3s时，受电线圈中产生电流的大小，c、d两端哪