高考物理一轮规范特训第11章交变电流传感器

一、选择题1.[2017·天津高考](多选)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则()A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向C．t＝1.5s时，线圈中的感应电动势最大D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2J答案AD解析t＝0时，Φ＝0，故线圈平面平行于磁感线，A正确。线圈每经过一次中性面电流的方向改变一次，线圈经过中性面时，磁通量最大，故在t＝0.5s、1.5s时线圈中的电流改变方向；在t＝1s时线圈平面平行于磁感线，线圈中的电流方向不变，B错误。线圈在磁场中转动，磁通量最大时，感应电动势为0，磁通量为0时，感应电动势最大，故t＝1.5s时，感应电动势为0，C错误。线圈中感应电动势的最大值Em＝nBωS＝nωΦm＝neq\f(2π,T)Φm＝100×eq\f(2π,2)×0.04V＝4πV，有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝2eq\r(2)πV，故在一个周期内线圈产生的热量Q＝eq\f(E2,R)T＝eq\f(2\r(2)π2,2)×2J＝8π2J，D正确。2．[2016·全国卷Ⅲ](多选)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则()A．两导线框中均会产生正弦交流电B．两导线框中感应电流的周期都等于TC．在t＝eq\f(T,8)时，两导线框中产生的感应电动势相等D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等答案BC解析两导线框在进磁场的过程中，只有一个半径切割磁感线，属于旋转切割，产生的感应电动势E＝eq\f(1,2)BR2ω，大小不变，不是正弦交流电，故A错误；它们以相同的周期T逆时针匀速转动，故线框中感应电流的周期相同，B正确；在t＝eq\f(T,8)时，它们都在进入磁场的过程中，两导线框中产生的感应电动势相等，都等于E＝eq\f(1,2)BR2ω，C正确；M在整个周期中都产生感应电动势，而N只在进磁场和出磁场的时候即0～eq\f(T,4)、eq\f(T,2)～eq\f(3T,4)时才产生感应电动势，故电动势的有效值不相等，则两导线框电阻相等时，电流的有效值不相等，D错误。3.[2015·四川高考]小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()A．峰值是e0 B．峰值是2e0C．有效值是eq\f(\r(2),2)Ne0 D．有效值是eq\r(2)Ne0答案D解析发电机输出电压峰值是2Ne0，A、B选项错误。有效值是eq\f(\r(2),2)·2Ne0＝eq\r(2)Ne0，C选项错误，D选项正确。4．[2014·天津高考](多选)如图1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2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∶3C．曲线a表示的交变电动势频率为25HzD．曲线b表示的交变电动势有效值为10V答案AC解析由题图2知t＝0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，故A选项正确。由图2知两次转动所产生的交变电动势的周期之比Ta∶Tb＝2∶3，再由周期与转速的关系n＝eq\f(1,T)得na∶nb＝3∶2，故B选项错误。因Ta＝4×10－2s，故fa＝eq\f(1,Ta)＝25Hz，C选项正确。因Ema＝15V，而Em＝NBSω＝eq\f(2πNBS,T)，故Emb＝eq\f(Ta,Tb)Ema＝10V，Eb＝eq\f(Emb,\r(2))＝5eq\r(2)V，D选项错误。5．[2017·北京高考]如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220eq\r(2)sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()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110eq\r(2)VD．副线圈输出交流电的周期为50s答案B解析理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1＝220V，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2U1,n1)＝110V，即电压表的读数为110V，通过负载电阻的电流I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(110,55)A＝2A，则副线圈的输出功率P＝U2I2＝110×2W＝220W，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，为220W，故选项A、C错误。由n1I1＝n2I2得I1＝eq\f(n2I2,n1)＝1A，即电流表的读数为1A，选项B正确。由u＝220eq\r(2)sin100πt(V)可知，角速度ω＝100πrad/s，原线圈所接交流电的周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，副线圈输出交流电的周期不变，仍为0.02s，选项D错误。6．[2016·四川高考]如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()A．小灯泡变亮B．小灯泡变暗C．原、副线圈两端电压的比值不变D．通过原、副线圈电流的比值不变答案B解析根据变压器电压与匝数关系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，因为是降压变压器，则n1>n2，当原、副线圈减少相同匝数时，由数学知识可知eq\f(n1,n2)变大，则U2减小，故灯泡变暗，A、C错误，B正确；根据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知通过原、副线圈电流的比值变小，D错误。故选B。7.[2016·全国卷Ⅲ](多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯均能正常发光，下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数比为9∶1B．原、副线圈匝数比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9答案AD解析设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈两端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故eq\f(U1,U2)＝eq\f(9,1)，eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(9,1)，A正确，B错误；根据公式eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可得eq\f(I1,I2)＝eq\f(1,9)，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得两者的电功率之比为1∶9，C错误，D正确。8.[2016·江苏高考]一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()A．U2>U1，U2降低B．U2>U1，U2升高C．U2<U1，U2降低D．U2<U1，U2升高答案C解析从图中看到，原线圈匝数对应整个部分，而副线圈匝数对应的是一部分，所以该变压器为降压变压器。根据理想变压器电压和匝数的关系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，副线圈的匝数变少，U2降低，C正确。9.[2016·全国卷Ⅰ]一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A．2B．3C．4D．5答案B解析设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，当开关S断开时，电流表的示数为I，副线圈电流为eq\f(n1,n2)I，因此有(U－IR1)I＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2I2(R2＋R3)；当S闭合时，电流表的示数为4I，同理有(U－4IR1)×4I＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2(4I)2R2，联立解得原、副线圈匝数比为3，故选B。二、非选择题10.[2016·北京高考]热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)。答案增强敏感解析从图中可看出，温度上升时，热敏电阻的阻值越小，即对电流的阻碍作用越小，导电能力越强。从图中还可看出在温度变化相同时，热敏电阻的阻值变化更大，故热敏电阻对温度变化的响应更敏感。11．[2017·江苏高考]某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω答案(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①解析(1)若实现对30℃温度的控制继电器和Rt的电压U＝0.015×(20＋199.5)V≈3.29V因此符合要求的电源应选E2。若实现对80℃温度的控制对全电路有U＝I(R继＋Rt＋R)即6V＝0.015A×(20Ω＋49.1Ω＋R)解得R＝330.9Ω。因此滑动变阻器应选R2。(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。(3)a、b间电压为0，指针不偏转。接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。12．[2016·全国卷Ⅰ]现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________。②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________。(4)保持滑动变阻器滑片的位