高考物理一轮复习章节训练交变电流传感器 13页

2014 年高考一轮复习之交变电流 传感器 一、选择题(本题共 10 小题，每题 4 分，共 40 分．有的小题只有一个选项正确，有的小 题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内) 1．如下图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴 OO′以恒定的 角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙 所示的余弦规律变化，则在 t＝ π 2ω 时刻( ) A．线圈中的电流最大 B．穿过线圈的磁通量为零 C．线圈所受的安培力为零 D．线圈中的电流为零 解析：由 T＝2π ω ，故 t＝ π 2ω ＝T 4 ，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最 大，B 错误，由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A 错， C、D 正确． 答案：CD 2．如下图所示，面积均为 S 的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场 B 中以角速度ω匀 速转动，能产生正弦交变电动势 e＝BSωsinωt 的图是( ) 解析：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生 的正弦交变电动势为 e＝BSωsinωt，由这一原则判断，A 图中感应电动势为 e＝BSωsinωt； B 图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D 图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直． 答案：A 3．下图甲中的变压器为理想变压器，原线圈的匝数 n1 与副线圈的匝数 n2 之比为 10:1.变 压器的原线圈接如图乙所示的正弦式电流，两个 20 Ω的定值电阻串联接在副线圈两端．电压 表 为理想电表，则( ) A．原线圈上电压的有效值为 100 V B．原线圈上电压的有效值约为 70.7 V C．电压表 的读数为 5.0 V D．电压表 的读数约为 3.5 V 解析：原线圈上电压的最大值为 100 V，有效值为 50 2 V，即 70.7 V，A 错，B 对；根据 原、副线圈电压比与线圈匝数比的关系可得，副线圈电压的有效值为 7.07 V，而电压表 的 读数为其中一个定值电阻两端电压的有效值，约为 3.5 V，C 错，D 对． 答案：BD 4．阻值为 10 Ω的电阻接到电压波形如图所示的交流电源上．以下说法中正确的是( ) A．电压的有效值为 10 V B．通过电阻的电流有效值为 2 2 A C．电阻消耗电功率为 5 W D．电阻每秒钟产生的热量为 10 J 解析：根据图象可知电压最大值为 Um＝10 V，有效值为 U＝10 2 V．A 错误；电流有效值为 I＝U R ＝ 2 2 A，B 正确；电阻消耗的电功率为 P＝I2R＝( 2 2 )2×10 W＝5 W，C 正确；由 Q＝Pt 知， 电阻每秒钟产生的热量为 5 J，D 错误． 答案：BC 5．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如下图(a)所示为 某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器 B 能接收到发光元件 A 发出的光．每当工件 挡住 A 发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系， 如下图(b)所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为 0.1 m，则下述说法正确的 是( ) A．传送带运动的速度是 0.1 m/s B．传送带运动的速度是 0.2 m/s C．该传送带每小时输送 3 600 个工件 D．该传送带每小时输送 7 200 个工件 解析：因为相邻两次挡光时间间隔为 0.5 s，而每两个工件间的距离为 0.1 m，且传送带 是匀速运动的，故传送带运动的速度 v＝0.1 0.5 m/s＝0.2 m/s，B 正确；每小时传送带通过的距 离为 s＝vt＝720 m，故该传送带每小时输送 7 200 个工件，D 正确． 答案：BD 6．(2012·全国大纲)一台电风扇的额定电压为交流 220 V．在其正常工作过程中，用交 流电流表测得某一段时间内的工作电流 I 随时间 t 的变化如下图所示．这段时间内电风扇的 用电量为( ) A．3.9×10－2 度 B．5.5×10－2 度 C．7.8×10－2 度 D．11.0×10－2 度 解 析 ： 由 于 电 风 扇 正 常 工 作 ， 根 据 W ＝ UIt 可 得 W ＝ 220×(0.3×10 ＋ 0.4×10 ＋ 0.2×40)×60 J＝1.98×105 J＝5.5×10－2 kW·h，选项 B 正确． 答案：B 7．(2012·福建理综)如图，理想变压器原线圈输入电压 u＝Umsinωt，副线圈电路中 R0 为定值电阻，R 是滑动变阻器. 和 是理想交流电压表，示数分别用 U1 和 U2 表示； 和 是理 想交流电流表，示数分别用 I1 和 I2 表示．下列说法正确的是( ) A．I1 和 I2 表示电流的瞬时值 B．U1 和 U2 表示电压的最大值 C．滑片 P 向下滑动过程中，U2 不变、I1 变大 D．滑片 P 向下滑动过程中，U2 变小、I1 变小 解析：交流电表的示数表示交流电的有效值，选项 A、B 错误；滑片 P 向下滑动过程中， 原、副线圈的匝数 n1、n2 不变，U1 不变，则 U2＝U1n2 n1 不变；R 连入电路的电阻减小，则流过副 线圈的电流 I2＝ U2 R＋R0 变大，根据 U1I1＝U2I2，可知 I1 变大，选项 C 对 D 错． 答案：C 8．(2012·重庆理综) 如右图所示，理想变压器的原线圈接入 u＝11 000 2sin100πt(V)的交变电压，副线圈通 过电阻 r＝6Ω的导线对“220 V 880 W”的电器 RL 供电，该电器正常工作．由此可知( ) A．原、副线圈的匝数比为 50:1 B．交变电压的频率为 100 Hz C．副线圈中电流的有效值为 4 A D．变压器的输入功率为 880 W 解析：由 P＝UI 可得 I＝PL UL ＝4 A，选项 C 正确；根据 Ir＝24 V 得副线圈电压 U2＝UL＋Ur ＝244 V，再由n1 n2 ＝U1 U2 可得 n1:n2＝2 750:61≈45:1，选项 A 错误；由 u＝11 000 2sin100πt(V) 及 f＝ ω 2π 可得 f＝50 Hz，选项 B 错误；因导线电阻消耗电能，故变压器输入功率为 P＝PL＋ I2r＝976 W，选项 D 错误． 答案：C 9．如下图所示，50 匝矩形闭合导线框 ABCD 处于磁感应强度大小 B＝ 2 10 T 的水平匀强磁 场中，线框面积 S＝0.5 m2，线框电阻不计．线框绕垂直于磁场的轴 OO′以角速度ω＝200 rad/s 匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220 V,60 W”灯泡，且灯泡正常 发光，熔断器允许通过的最大电流为 10 A，下列说法正确的是( ) A．图示位置穿过线框的磁通量为零 B．线框中产生交变电压的有效值为 500 2 V C．变压器原、副线圈匝数之比为 25:11 D．允许变压器输出的最大功率为 5 000 W 解析：图示位置穿过线圈的磁通量最大，A 错；产生的交变电流的最大电动势 Em＝NBSω ＝500 2 V，有效值为 500 V，B 错；变压器原、副线圈匝数之比为 500:220＝25:11，C 对； 允许变压器输出的最大功率为 500×10 W＝5 000 W，D 对． 答案：CD 10．下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，已知输电线的总电阻 R＝10 Ω，降压变压器 T2 的原、副线圈匝数之比为 4 1， 副线圈与用电器 R0 组成闭合电路．若 T1、T2 均为理想变压器，T2 的副线圈两端电压 u＝ 220 2sin100πt(V)，当用电器电阻 R0＝11 Ω时( ) A．通过用电器 R0 的电流有效值是 20 A B．升压变压器的输入功率为 4 650 W C．发电机中的电流变化频率为 100 Hz D．当用电器的电阻 R0 减小时，发电机的输出功率减小 解析：由 T2 的副线圈两端电压的表达式知，副线圈两端的电压有效值为 220 V，电流为 I ＝220 11 A＝20 A，A 对；由于输电线电流 I′＝20 4 A＝5 A，所以升压变压器的输入功率为 P＝P 线＋PR0＝52×10 W＋202×11 W＝4 650 W，B 对；发电机中的电流变化频率与 T2 的副线圈两端 电压的频率相同，也为 50 Hz，C 错；当用电器的电阻 R0 减小时，其消耗的功率变大，发电机 的输出功率变大，D 错． 答案：AB 第Ⅱ卷(非选择题，共 60 分) 二、填空题(本题共 2 小题，每题 8 分，共 16 分) 11．(2011·海南高考)如图，理想变压器原线圈与一 10 V 的交流电源相连，副线圈并联 两个小灯泡 a 和 b，小灯泡 a 的额定功率为 0.3 W ，正常发光时电阻为 30Ω，已知两灯泡均 正常发光，流过原线圈的电流为 0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为________，流过灯 泡 b 的电流为________A. 解析：根据 P＝U2 R 和 P＝I2R 得灯泡 a 两端的电压 U2＝ PR＝ 0.3×30 V＝3 V，通过灯泡 a 的电流 Ia＝ P R ＝ 0.3 30 A＝0.1 A，根据U1 U2 ＝n1 n2 得原、副线圈匝数之比n1 n2 ＝U1 U2 ＝10 3 ，根据I1 I2 ＝n2 n1 ， 得副线圈上的电流 I2＝n1 n2 I1＝10 3 ×0.09 A＝0.3 A．根据 I2＝Ia＋Ib 得，流过灯泡 b 的电流为 Ib ＝I2－Ia＝0.2 A. 答案：10 3 0.2 12．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状 态下输出的电流恒定．．．．)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等． (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在下图(1)的实物图上连 线． (2)实验的主要步骤： ①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流 值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，__________，__________， 断开开关； ③重复第②步操作若干次，测得多组数据． (3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得上图(2)的 R－t 关系图线， 请根据图线写出该热敏电阻的 R－t 关系式：R＝________＋________t(Ω)(保留 3 位有效数 字)． 解析：改变温度后，热敏电阻阻值改变，电压表示数改变，从图线知 R 与 t 成线性关系， 且纵轴上截距(当 t＝0℃时)R＝100 Ω，斜率为ΔR/Δt＝0.395，所以 R＝100＋0.395t(Ω)． 答案：(1)实物连线图如下图 (2)记录温度计数值 记录电压表数值 (3)100 0.395 三、计算题(本题共 4 小题，13、14 题各 10 分，15、16 题各 12 分，共 44 分，计算时必 须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13．如下图(a)是一理想变压器的电路连接图，图(b)是原线圈两端所加的电压随时间变 化的关系图象，已知原、副线圈的匝数比为 10 1，电流表 A2 的示数为 2 A，开关 S 断开，求： (1)变压器的输入功率和电压表的示数； (2)将开关 S 闭合，定性分析电路中三只电表的示数变化情况． 解析：(1)由图(b)可知输入电压的有效值 U1＝200 V 由U1 U2 ＝n1 n2 得 U2＝n2U1 n1 ＝20 V 变压器的输入功率 P1 等于输出功率 P2 故 P1＝P2＝U2I2＝20×2 W＝40 W. (2)将 S 闭合，U2 不变，即电压表示数保持 20 V 不变；由于负载增多，负载总电阻减小， 电流表 A2 的示数增大；次级线圈的输出功率增加，初级线圈的输入功率随之增加，电流表 A1 的示数增大． 答案：(1)40 W 20 V (2)A1 示数增大 A2 示数增大 V 示数不变 14．交流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＝0.05 m2，线圈转动的频率为 50 Hz，线圈内阻不计， 磁场的磁感应强度 B＝ 2 π T．用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”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理想变压器，电路如下图所示， 求： (1)发电机的输出电压为多少？ (2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？ (3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？ 解析：(1)根据 Em＝NBSω＝1 100 2 V 得输出电压的有效值为 U1＝ Em 2 ＝1 100 V. (2)根据U1 U2 ＝n1 n2 得n1 n2 ＝5:1. (3)根据 P 入＝P 出＝2.2×104 W 再根据 P 入＝U1I1，解得 I1＝20 A. 答案：(1)1 100 V (2)5:1 (3)20 A 15．如下图甲所示是一种振动发电装置，它的结构由一个半径为 r＝0.1 m 的 50 匝的线 圈套在辐形永久磁铁槽上组成，假设磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(如图乙)．线圈运 动区域内磁感应强度 B 的大小均为 1 5π T，方向不变，线圈的总电阻为 2 Ω，它的引出线接有 8 Ω的电珠 L，外力推动线圈的 P 端，使线圈做往复运动，便有电流通过电珠，当线圈向右的 位移随时间变化的规律如图丙所示时(x 取向右为正)． (1)画出线圈中感应电流随时间变化的图象(取电流从 a→L→b 为正方向)； (2)在 0.1～0.15 s 内推动线圈运动过程中的作用力； (3)求该发电机的输出功率(其他损耗不计)． 解析：(1)在 0 s～0.1 s 内感应电动势 E1＝nBLv1 v1＝0.10 0.1 m/s＝1 m/s L＝2πr，I1＝ E1 R 总 ＝0.2 A 在 0.1～0.15 s 内：v2＝2 m/s，E2＝nBLv2，I2＝ E2 R 总 ＝0.4 A. (2) 因 为 外 力 匀 速 推 动 线 圈 ， 所 以 有 ： F ＝ F 安 ＝ nBI2L ＝ nBI2·2πr ＝ 50×0.2 π ×0.4×2π×0.1 N＝0.8 N. (3)电流的有效值为 I，则有： I2R×0.15＝0.22R×0.1＋0.42R×0.05 I2＝ 2 25 所以 P 出＝I2R＝ 2 25 ×8 W＝16 25 W＝0.64 W. 答案：(1)见解析 (2)0.8 N (3)0.64 W 16．有条河流，流量 Q＝2 m3/s，落差 h＝5 m，现利用其发电，若发电机总效率为 50%， 输出电压为 240 V，输电线总电阻 R＝30 Ω，允许损失功率为输出功率的 6%，为满足用电的 需求，则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V,100 W”的电灯正常发光？(g 取 10 N/kg) 解析：设水的密度为ρ 电源端：P 输出＝mgh/t×50%＝Qρgh×0.5 ＝2×1×103×10×5×0.5 W＝5×104 W 输出电压 U0＝240 V；输送电路如下图所示． 为满足输电要求，据ΔP 损＝I2 送R 有 I 送＝ ΔP 损/R＝ P 输出×6% R ＝ 5×104×0.06 30 A ＝10A，则送电电压为 U 送＝P 输出 I 送 ＝5×104 10 V ＝5×103 V 所以升压变压器的变压比为 n1:n2＝U0:U 送＝240/(5×103)＝6:125 输电线电压损失ΔU 损＝I 送 R＝10×30 V＝300 V， 用户端：U1＝U 送－ΔU 损＝5×103V－300V＝4700V，据题意可知 U2＝220 V，所以降压变压 器的匝数比为 n1′:n2′＝U1:U2＝4700/220＝235:11.因为理想变压器没有能量损失，所以可正 常发光的电灯盏数为 N＝P 输－ΔP 损 P 灯 ＝5×104－5×104×0.06 100 (盏) ＝470(盏)． 答案：6:125 235:11 470