2020届高考物理总复习第十一单元交变电流传感器单元检测教师用书（含解析） 6页

交变电流　传感器一、单项选择题1.(2018银川第一中学测试)图甲为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势随时间按正弦规律变化,如图乙所示。发电机线圈内阻为1Ω,外接灯泡的电阻恒为9Ω,则下列说法中正确的是(　　)。A.电压表的示数为6VB.发电机的输出功率为4WC.在1.0×10-2s时刻,穿过线圈的磁通量最大D.在1.0×10-2s时刻,穿过线圈的磁通量变化率最大解析　根据e-t图象可知产生的交变电动势最大值为62V,有效值为6V,根据闭合电路欧姆定律可求得电压表的示数U=99+1×6V=5.4V,A项错误;根据电功率公式得发电机的输出功率P=U2R=3.24W,B项错误;根据e-t图象可知在1.0×10-2s时刻,电动势为零,说明此时线圈处于中性面,穿过线圈的磁通量最大,穿过线圈的磁通量变化率最小,C项正确,D项错误。答案　C2.(2019浙江温州中学模拟)图示电路中,电阻R1与电阻R2阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),当在A、B间加某一正弦交变电压时,R2上的电压有效值为510V。由此可知,这一正弦交变电压的最大值为(　　)。A.202　　　B.102V　　　C.20V　　　D.10V解析　设正弦交变电压的最大值为Um,若二极管导通,R2接入电路;若二极管截止,R1、R2串联接入电路,由有效值的定义可得U12R·T2+U22R·T2=(510)2RT,其中U1=Um2,U2=Um22,解得Um=202V,A项正确。答案　A3.(2019河北衡水中学模拟)输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时(　　)。A.RM变大,且R越大,U增大越明显B.RM变大,且R越小,U增大越明显C.RM变小,且R越大,U增大越明显D.RM变小,且R越小,U增大越明显n解析　当RM变大时,回路的总电阻R总变大,根据I总=ER总,得干路中的电流变小,S两端的电压U=I总RS变小,A、B两项错误;当RM变小时,回路的总电阻R总=11R+1RM+RS变小,根据I总=ER总,得干路中的电流变大,S两端的电压U=I总RS变大,而且R越大,RM变小时,对回路的总电阻变化的影响越明显,C项正确,D项错误。答案　C4.(2018云南曲靖一中测试)甲、乙两个完全相同的理想变压器接在电压恒定的交流电路中,如图所示。已知两变压器负载电阻的阻值之比R甲∶R乙=2∶1,设甲变压器原线圈两端的电压为U甲,副线圈上通过的电流为I甲';乙变压器原线圈两端电压为U乙,副线圈上通过的电流为I乙',则下列说法正确的是(　　)。A.U甲=U乙,I甲'=I乙'B.U甲=2U乙,I甲'=2I乙'C.U甲=U乙,2I甲'=I乙'D.U甲=2U乙,I甲'=I乙'解析　理想变压器接在电压恒定的交流电路中,两个变压器原线圈中的电流是相同的,甲、乙两个变压器完全相同,则I原n1=I甲'n2,I原n1=I乙'n2,因此I甲'=I乙',B、C两项错误;负载电阻的阻值之比R甲∶R乙=2∶1,所以两个变压器的副线圈电压之比为2∶1,根据原、副线圈电压比等于匝数之比,U甲U甲'=n1n2,U乙U乙'=n1n2,因此U甲U乙=21,A项错误,D项正确。答案　D5.(2018长沙周南中学模拟)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小),当照射光的强度增大时,下列判断错误的是(　　)。A.电压表的示数增大B.通过R2的电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大解析　当光照强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,同时内电压增大,故电路路端电压减小,而电压表的示数增大,A项正确,D项错误;由路端电压减小,R1两端电压增大可知,R2两端电压必减小,则通过R2的电流减小,故B项正确;结合干路电流增大可知流过小灯泡的电流必增大,则小灯泡的功率增大,C项正确。答案　D二、多项选择题6.(2018河南淮阳中学模拟)图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是(　　)。A.电压表的示数为5VnB.电压表的示数约为3.5VC.实现点火的条件是n2n1>1000D.实现点火的条件是n2n1<1000解析　由题图乙可知变压器的输入电压的最大值为5V,而电压表示数为交流电压有效值,可得U=52V≈3.5V,A项错误,B项正确;因Um=5V,根据n1n2=U1U2,由于引发电火花的条件是副线圈电压峰值大于5000V,故n2n1>1000,C项正确,D项错误。答案　BC7.(2018安徽桐城中学高三测试)理想变压器原线圈a的匝数n1=200,副线圈b的匝数n2=100,线圈a接在u=442sin100πt(V)的交流电源上,标有“12V　6W”字样的灯泡恰好正常发光。电阻R2=16Ω,电压表为理想电表。下列说法正确的是(　　)。A.交变电流的频率为50HzB.电压表的示数为22VC.R1消耗的功率是1WD.穿过铁芯的磁通量的最大变化率为25Wb/s解析　原线圈a接在u=442·sin100πt(V)的交流电源上,由100π=2πf可得交变电流频率f=50Hz,A项正确;由题意可知灯泡两端电压为12V,灯泡中电流I2=PU灯=0.5A,电压表的示数U2=I2R2+U灯=0.5×16V+12V=20V,B项错误;由理想变压器的变压公式,理想变压器原线圈a的输入电压U1=n1n2U2=40V,交流电源电压有效值U=44V,R1两端电压UR=U-U1=4V,由理想变压器变流公式,I1=n2n1I2=0.25A,R1消耗的功率PR=URI1=4×0.25W=1W,C项正确;由变压器原理和法拉第电磁感应定律,有U2m=n2ΔΦΔt=202V,解得穿过铁芯的磁通量的最大变化率为ΔΦΔt=U2mn2=25Wb/s,D项正确。答案　ACD8.(2018杭州高级中学模拟)图甲为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器。升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,其输入电压如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小。电压表显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时,升压变压器的输入功率为750kW。下列说法中正确的有(　　)。nA.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50HzB.远距离输电线路损耗功率为180kWC.当传感器R2所在处出现火警时,电压表的示数变大D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变大解析　由题图乙知交变电流的周期为0.02s,所以频率为50Hz,A项正确;由图乙知升压变压器输入端电压有效值为250V,根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25000V,所以输电线中的电流I=PU=30A,输电线上电压降为ΔU=IR=3000V,输电线路损耗功率ΔP=ΔUI=90kW,B项错误;当传感器R2所在处出现火警时其阻值减小,副线圈中电流增大,定值电阻的分压增大,所以电压表的示数变小,C项错误;副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知输电线上的电流变大,D项正确。答案　AD9.(2018江苏南通中学模拟)A、B两块正对的金属板竖直放置,在金属板A的内侧表面系一绝缘细线,细线下端系一带电小球,两块金属板接在如图所示的电路中,电路中的R1为光敏电阻,R2为滑动变阻器,R3为定值电阻。当R2的滑片P在a端时闭合开关S。此时电流表和电压表的示数分别为I和U,带电小球静止时绝缘细线与金属板A的夹角为θ,电源电动势E和内阻r一定。则以下说法正确的是(　　)。A.若将R2的滑片P向b端移动,则I不变,U增大B.保持滑片P不动,用更强的光照射R1,则I增大,U增大C.保持滑片P不动,用更强的光照射R1,则小球重新达到稳定后θ变小D.保持滑片P不动,用更强的光照射R1,则U的变化量的绝对值与I的变化量的绝对值的比值不变解析　由题中电路图看出,电压表测量的是路端电压,电路稳定时R2支路中无电流,R2两端电压为零,将R2的滑片向b端移动不会影响电压表和电流表的读数,A项错误;两极板A、B之间的电压等于光敏电阻R1两端的电压,用更强的光照射R1,R1的阻值变小,电路电流I变大,路端电压U变小,R3两端电压变大,R1两端电压变小,则小球重新达到稳定后θ变小,B项错误,C项正确;设强光照射R1前电压表和电流表的示数分别为U1、I1,强光照射R1后电压表和电流表的示数分别为U2、I2,则E=U1+I1r,E=U2+I2r,解得r=U2-U1I1-I2=ΔUΔI,D项正确。答案　CD10.(2018石家庄五校联考)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为49π,磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l。线n圈以角速度ω绕中心轴匀速转动,bc边和ad边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r,外接电阻为R。则(　　)。A.线圈切割磁感线时,感应电动势的大小Em=2Bl2ωB.线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F=4NB2l3ωR+rC.线圈旋转一圈时,流过电阻R的净电荷量为零D.外力做功的平均功率为16N2B2l4ω29(r+R)解析　因发电机模型中的磁场是幅向磁场,那么矩形线圈在磁场中始终垂直切割磁感线,产生的感应电动势E=2NBLv=2NB·2l·ω·l2=2NBl2ω,A项错误;bc边所受安培力的大小F=NBIL=N·B·2l·ER+r=4N2B2l3ωR+r,由此可知B项错误;线圈旋转一圈,磁通量的变化量为零,平均感应电动势为零,平均感应电流为零,流过R的净电荷量为零,C项正确;因为是匀速转动的,外力的平均功率等于回路中的电功率,即P=E2R+r·49ππ=16N2B2l4ω29(r+R),D项正确。答案　CD三、非选择题11.(2018河北枣强中学模拟)海洋中蕴藏着巨大的能量,利用海洋的波浪可以发电。南海上有一浮桶式波浪发电灯塔,其原理如图甲所示,浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上,浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动,且始终处于磁场中,该线圈与阻值R=15Ω的灯泡相连,浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图乙中阴影部分),如图乙所示,其内是产生磁场的磁体,浮桶内侧面的缝隙忽略不计;匝数N=200的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度B=0.2T,线圈直径D=0.4m,电阻r=1Ω。重力加速度g取10m/s2,π2≈10。若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为v=0.4πsinπt(m/s)。求:(1)波浪发电产生电动势e的瞬时值表达式。(2)灯泡两端电压的有效值与灯泡的电功率。解析　(1)线圈上下运动过程中垂直切割磁感线,瞬时感应电动势表达式为e=NBπDv=64sinπt(V)。(2)瞬时感应电流的表达式为i=eR+r=4sinπt(A)电流的有效值I=Im2=22A灯泡的电功率P=I2R=120W灯泡两端电压有效值U=IR=302V。n答案　(1)e=64sinπt(V)　(2)302V　120W12.(2018山西太原联考)发电机的端电压为220V,输出电功率为44kW,输电导线的电阻为0.2Ω,如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图。(2)求用户得到的电压和功率。(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。解析　(1)线路图如图所示。(2)升压变压器副线圈上的输出电压U2=n2n1U1=2200V由P=U1I1得,升压变压器原线圈上的输入电流I1=PU1=44×103220A=200A所以升压变压器副线圈上的输出电流I2=n1n2I1=20A输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR=I2R=4VPR=I22R=0.08kW降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为I3=I2=20AU3=U2-UR=2196V降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为U4=n4n3U3=219.6VI4=n3n4I3=200A用户得到的功率P4=U4I4=43.92kW。(3)若不采用高压输电,线路损失电压UR'=I1R=40V用户得到的电压U'=U1-UR'=180V用户得到的功率P'=U'I1=36kW。答案　(1)如图所示　(2)219.6V　43.92kW　(3)36kW　180V