2021高考物理（选择性考试）人教版一轮章末检测：11 交变电流、传感器 13页

www.ks5u.com 章末检测11　交变电流、传感器 ‎(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1～8小题只有一个选项正确，第9～12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．图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是 (　　)‎ 图甲　　　　　　　图乙　　‎ A．图甲表示交变电流，图乙表示直流电流 B．两种电压的有效值都是311 V C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝311sin 100πt(V)‎ D．图甲所示电压经原、副线圈匝数比为10∶1的理想变压器变压后，输入功率和输出功率比为10∶1‎ 解析：由于两图中表示的电流方向都随时间变化，因此都为交变电流，A错误；正弦交变电流的有效值U＝＝220 V，由于对应相同时刻，图甲电压比图乙电压大，根据有效值的定义可知，图甲有效值要比图乙有效值大，B错误；从图甲可知，Um＝311 V，ω＝＝100 πrad/s，所以图甲电压的瞬时值表达式为u＝311sin 100πt(V)，C正确；理想变压器中输入功率和输出功率相等，所以D错误．‎ 答案：C ‎2．如图为某发电站电能输送示意图．已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压、降压变压器匝数均不变，若用户电阻R0减小，下列说法正确的是(　　)‎ A．发电机的输出功率减小 B．输电线上的功率损失减小 C．用户得到的电压减小 D．输电线输送电压减小 答案：C ‎3．如图所示，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变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω恒定不变，则下列说法中正确的是 (　　)‎ 图甲　　　　　图乙　　　‎ A．电压表的示数为6 V B．发电机的输出功率为4 W C．在1×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量最大 D．在1×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大 解析：由Em＝6 V，则有效值E＝＝6 V，电压表示数U＝E＝‎ eq f(9,9＋1)×6 V＝5.4 V，故A错误；灯泡消耗的功率为P＝＝ W＝3.24 W，则发电机的输出功率为3.24 W，故B错误；在1×10－2 s时刻，线圈处于中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，穿过线圈的磁通量变化率为零，故C正确，D错误．‎ 答案：C ‎4．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R＝10 Ω，其余电阻均不计．从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压．下列说法正确的是 (　　)‎ 图甲　　　　　　图乙 A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为31.1 V B．当单刀双掷开关与b连接且在0.01 s时，电流表示数为4.4 A C．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25 Hz D．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变小 答案：B ‎5.如图所示的空间存在一匀强磁场，其方向垂直于纸面向里，磁场的右边界为MN，在MN右侧有一矩形金属线圈abcd，ab边与MN重合．现使线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动(从上往下看为顺时针转动)，将a、b两端连到示波器的输入端，若ab边中电流从a到b为正，则从示波器观察到的ab中电流随时间变化的图形是 (　　)‎ A　　　B　　　C　　　D 解析：先将右侧磁场补全，即矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，会产生正弦式交变电流，由楞次定律可知，电流从0开始，沿负向，可画出完整电流随时间变化的图形，在此基础上，去掉右侧磁场，故需将完整图形中每个周期的前周期及后周期图形去掉，选项D正确．‎ 答案：D ‎6.如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接理想电流表、理想电压表，副线圈上通过输电线接有一个灯泡L，一个电吹风M，输电线的等效电阻为R，副线圈匝数可以通过调节滑片P改变．S断开时，灯泡L正常发光，滑片P位置不动，当S闭合时，以下说法中正确的是(　　)‎ A．电压表读数增大 B．电流表读数减小 C．等效电阻R两端电压增大 D．为使灯泡L正常发光，滑片P应向下滑动 解析：当S闭合时，原、副线圈的匝数比不变，副线圈两端电压不变，电压表读数不变，选项A错误；S 闭合时，副线圈电路总电阻减小，电流增大，变压器输出功率增大，则输入功率增大，电流表读数增大，选项B错误；由于输电线中电流增大，所以输电线等效电阻R两端电压增大，选项C正确；为使灯泡L正常发光，应该增大变压器输出电压，滑片P应向上滑动，选项D错误．‎ 答案：C ‎7.如图所示，单匝闭合金属线框abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，设穿过线框的最大磁通量为Φm，线框中的最大感应电动势为Em，从线框平面与磁场平行时刻开始计时，下面说法不正确的是(　　)‎ A．当穿过线框的磁通量为的时刻，线框中的感应电动势为 B．线框中的电流强度随时间按余弦规律变化 C．线框转动的角速度为 D．线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积随时间按正弦规律变化 解析：设线框转动的角速度为ω，根据题意，线框中的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcos ωt，其中Em＝Φmω，所以ω＝，选项B、C正确；当穿过线框的磁通量为的时刻，ωt＝30°，所以线框中的感应电动势为e＝Emcos 30°＝，选项A错误；计时开始时刻，线框在垂直于磁场方向平面内的投影面积为零，所以以后该面积随时间按正弦规律变化，选项D正确．‎ 答案：A ‎8．如图所示，图(a)中变压器为理想变压器，其原线圈接在u＝12sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈与阻值R1＝2 Ω的电阻接成闭合电路，电流表为理想电流表．图(b)中阻值为R2＝32 Ω的电阻直接接到u＝12sin 100πt(V)的交流电源上，结果电阻R1与R2消耗的电功率相等，则(　　)‎ ‎　 (a)　　　 　　(b)‎ A．通过电阻R1的交变电流的频率为0.02 Hz B．电阻R1消耗的电功率为9 W C．电流表的示数为6 A D．变压器原、副线圈匝数比为4∶1‎ 解析：理想变压器原线圈两端电压不变，变压器的匝数不变，副线圈两端的输出电压不变，故A错误；开关S闭合后导致副线圈所在电路的电阻减小，通过副线圈的电流增大，通过原线圈的电流也增大，故D正确；副线圈输电线等效电阻R上的电压增大，灯泡L1两端电压减小，通过灯泡的电流也减小，故B错误，C正确．‎ 答案：CD ‎9．如图所示，理想变压器原线圈两端的电压不变，电流表为理想电流表，副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2输电线的等效电阻为R，开始开关S断开，当开关S闭合后，以下说法正确的是 (　　)‎ A．副线圈两端输出电压变大 B．副线圈输电线等效电阻R上的电压减小 C．通过灯泡L1的电流减小 D．原线圈中电流表的示数增大 解析：设原、副线圈中的匝数分别为n1和n2，电流分别为I1和I2，电压分别为U1和U2，则有U1＝E－I1r，电阻R消耗的功率为P＝U2I2＝U1I1，即为P(E－I1r)I1＝－(Ir－EI1)，可见电流为I1＝＝ A＝2 A时，P有最大值，Pm＝＝ W＝16 W，故D正确；变压器的输出电流为I2＝I1＝1 A，故C错误；根据输出功率等于输入功率可得Pm＝IRx，解得Rx＝＝ Ω＝16 Ω，故A正确，B错误．‎ 答案：AD ‎10．如图所示，理想变压器原、副线圈两端A、B接在电动势E＝16 V，内阻r＝4 Ω的交流电源上，理想变压器的副线圈两端与阻值足够大的滑动变阻器R相连，变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，当电源输出功率最大时，下列说法正确的是(　　)‎ A．滑动变阻器R接入电路中的电阻阻值为16 Ω B．滑动变阻器R接入电路中的电阻阻值为8 Ω C．通过滑动变阻器的电流为2 A D．滑动变阻器消耗的功率为16 W 答案：AD ‎11．如图所示，理想变压器原、副线圈接有额定电压均为20 V的灯泡a和b.当输入u＝220sin100πt(V)的交变电压时，两灯泡均能正常发光．设灯泡不会被烧坏，下列说法正确的是 (　　)‎ A．原、副线圈匝数比为11∶1‎ B．原、副线圈中电流的频率比为11∶1‎ C．当滑动变阻器的滑片向下滑少许时，灯泡b变暗 D．当滑动变阻器的滑片向下滑少许时，变压器输入功率变大 解析：设原、副线圈匝数比为n，相同的灯泡a和b均正常发光，则U＝U1＋U0，又U1＝nU2＝nU0，解得n＝10，即原、副线圈匝数比为10∶1，故A错误；变压器不会改变交变电流的频率，故B错误；当滑动变阻器的滑片向下滑少许时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，副线圈的输出功率增大，变压器的输入功率增大，副线圈的电流变大，原线圈的电流变大，灯泡a的电压变大，原线圈两端电压变小，副线圈两端电压减小，灯泡b变暗，故C、D正确．‎ 答案：CD ‎12．如图所示，为远距离输电的示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器T1的原、副线圈的匝数比为k1.降压变压器T2的原、副线圈匝数比为k2.升压变压器原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，用电设备的总电阻为R(可视为纯电阻)，输电线总电阻为2r，若用户消耗的功率为P.不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电压ΔU和用户获得的电压U分别为 (　　)‎ A．ΔU＝ B．ΔU＝ C．U＝ D．U＝ 解析：流过用户的电流为I4＝，输电线上的电流为I3＝，则输电线上损失的电压为ΔU＝I3×2r＝，故A正确，B错误；升压变压器原线圈的电压为，则副线圈的电压为U2＝，降压变压器原线圈的电压为U3＝U2－ΔU＝－.根据电压和匝数的关系可以求得降压变压器副线圈的电压即用户获得的电压为U＝U4＝U3＝，故C错误，D正确．‎ 答案：AD 二、非选择题(共52分)‎ ‎13．(16分)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一个小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100，总电阻r＝1.0 Ω ‎，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmScos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化．求：‎ ‎　图甲　　　　　　　图乙　　‎ ‎(1)线圈中产生感应电动势的最大值；‎ ‎(2)小灯泡消耗的电功率；‎ ‎(3)在磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量．‎ 解析：(1)由图象知，Bm＝1.0×10－2 T，T＝3.14×10－2 s，‎ 所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V.‎ ‎(2)电流的最大值Im＝＝0.80 A，‎ 有效值I＝＝ A，‎ 小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88 W.‎ ‎(3)在0～时间内，电动势的平均值＝，‎ 平均电流＝＝，‎ 流过灯泡的电荷量 q＝Δt＝＝4.0×10－3 C.‎ 答案：(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10－3 C ‎14．(16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)和一阻值为10 Ω的电阻，已知原、副线圈的匝数比为2∶1.‎ ‎(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，‎ 则副线圈两端电压最大值U2m＝110 V.‎ 即二极管耐压值至少为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．‎ 电阻R上1 s内产生的焦耳热 Q＝t＝×0.5 J＝605 J.‎ ‎(3)设通过电阻R的电流的有效值为I，‎ 根据焦耳定律有·＝I2RT，‎ 解得I＝＝× A＝7.78 A.‎ 答案：(1)156 V　(2)605 J　(3)7.78 A ‎15．(20分)‎ 如图为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电．已知输电线总电阻R＝10 Ω，升压变压器的原、副线圈匝数之比为1∶5，降压变压器的原、副线圈匝数之比为4∶1，副线圈与纯电阻组成闭合电路，用户用电器电阻R0＝11 Ω.若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈两端电压表达式为u＝220sin 100πt(V)．求：‎ ‎(1)用户端的用电电流I3和输电电流I2；‎ ‎(2)输电线上损耗的电压ΔU和损耗的功率ΔP；‎ ‎(3)发电机的输出电压U1和输出功率P1.‎ 解析：(1)根据副线圈两端电压表达式可知，用户得到的电压有效值U3＝220 V，I3＝＝ A＝20 A，‎ 根据＝，解得I2＝5 A.‎ ‎(2)输电线上损失的电压，‎ ΔU＝I2R＝5×10 V＝50 V，‎ 输电线上损耗的功率 ΔP＝IR＝52×10 W＝250 W.‎ ‎(3)根据降压变压器的原副线圈电压关系有 ＝，代入数据得＝，‎ 解得U2＝930 V；‎ 再根据升压变压器的原副线圈电压关系有 ＝，‎ 解得U1＝186 V，‎ 根据能量守恒，得 P1＝P2＝U2I2＝930×5 W＝4 650 W.‎ 答案：(1)20 A　5 A　(2)50 V　250 W　(3)186 V　4 650 W