【推荐】第09天 交变电流 传感器A-2017-2018学年高二物理《让提高与你同在》寒假每天一练 16页

高二物理寒假作业（第 9 天）《第五章交变电流 传感器》A 1．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 5：l，原线圈接入图乙所示的电压，副线圈接火 灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，R0 为定值电阻，R 为半导体热敏电阻，其阻 值随温度的升高而减小。下列说法中正确的是（ ） A. 图乙中电压的有效值为 110V B. 电压表的示数为 44V C. R 处出现火警时电流表示数增大 D. R 处出现火警时电阻 R0 消耗的电功率增大 2．如图 10 所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，以恒定的角速度 ω 绕 ab 边转动， 磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为 S，线圈导线的总电阻为 R.t＝0 时刻线圈平面与纸面重合，且 cd 边正在向纸面外转动．则(　　) A．线圈中电流 t 时刻瞬时值表达式为 i＝ sinωt B．线圈中电流的有效值为 I＝ C．线圈中电流的有效值为 I＝ BS R ω BS R ω 2 2 BS R ω D．线圈消耗的电功率为 P＝ 3．通过某电阻的周期性交变电流如图，该交流电的有效值为（ ） A. A B. A C. 2A D. 3A 4．一小水电站，输出的电功率为 P=20KW，输出电压 U0=400V，经理想升压变压器 Τ1 变为 2000V 电压远距 离输送，输电线总电阻为 r=10Ω，最后经理想降压变压器 Τ2 降为 220V 向用户供电。下列说法正确的是 （ ） A．n1 与 n2 或者 n3 与 n4 线圈磁通量变化率不相等 B．输电线上的电流为 C．输电线上损失的电功率为 D．变压器 的匝数比 5．交流发电机在工作时的电动势 ，如果将其线圈的转速提高一倍，同时将线圈面积减小一半， 其它条件不变，则其电动势变为（ ） A． B． C． D． tEe m ωsin= tEe m ω2sin= tEe m ω2sin4= tEe m ωsin= tEe m ωsin4= 2( )BS R ω 2 5 3 5 50A 25kw 2T 3 4: 95:11n n = 6．如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若 要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（ ） A.增加线圈的匝数 B.将金属杯换为瓷杯 C.取走线圈中的铁芯 D.提高交流电源的频率 7．为了计算输入电压未知,输出电压为 44 V 的变压器副线圈的匝数,已知原线圈的匝数为 1 000,为获知此变 压器副线圈匝数,某同学拆开副线圈,用绝缘导线在副线圈上加绕了 30 匝,然后将原线圈接到原来的交流电 源上,测得副线圈的端电压为 50 V,按理想变压器分析,该变压器原线圈的电压、副线圈匝数分别为(　　) A. 1 100 V、360 B. 1 000 V、220 C. 200 V、220 D. 220 V、360 8．如图所示为某发电站向某用户区供电的输电原理图， 为匝数比为 的升压变压器， 为匝数 比为 的降压变压器。若发电站输出的电压有效值为 输电导线总电阻为 R，在某一时间段用户需 求的电功率恒为 ，用户的用电器正常工作电压为 ，在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的 是（ ） A、 原线圈中的电流有效值为 1T 1 2:n n 2T 3 4:n n 1U 0P 2U 1T 0 1 P U B、 副线圈中的电流有效值为 C、输电线上损耗的功率为 D、输电线上损耗的功率为 9．某电厂输出电压为 U，输电线的电阻为 R，送到用户时用电器两端电压为 U′，输电线上的电流为 I，则 输电线上损失的功率为 A. U2 / R B. I2 / R C.（U- U′）2 / R D. I（U- U′） 10．如图所示，M 是一小型理想变压器，接线柱 a、b 接在电压 u＝311sin 314t (V)的正弦交流电源上，变 压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中 R2 为用半导体热敏材料制成的传感器，所有电表均为理想电 表，电流表 A2 为值班室的显示器，显示通过 R1 的电流，电压表 V2 显示加在报警器上的电压(报警器未画出)， R3 为一定值电阻．当传感器 R2 所在处出现火情时，以下说法中正确的是（ ） A. A1 的示数增大，A2 的示数减小 B. A1 的示数增大，A2 的示数增大 C. V1 的示数增大，V2 的示数增大 D. V1 的示数不变，V2 的示数减小 11．如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数比为 2∶1，原线圈两端的交变电压随时间变化规律如图乙所 示，灯泡 L 的额定功率为 22 W．闭合开关后，灯泡恰能正常发光．则 2T 0 2 P U 2 2 04 2 2 3 2 Rn P n U 2 2 01 2 2 2 1 Rn P n U A. 原线圈输入电压的瞬时表达式为 u＝220 sin100πt V B. 灯泡的额定电压为 110 V C. 副线圈输出交流电的频率为 100Hz D. 电压表读数为 220 V，电流表读数为 0.2 A 12．如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中 R1 为光敏电阻，R2 为定值电阻．此光电计数器的基本 工作原理是(　　) A. 当有光照射 R1 时，信号处理系统获得高电压 B. 当有光照射 R1 时，信号处理系统获得低电压 C. 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D. 以上说法都不对 13．某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的 正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压（要求从零开始调节），使力电转换传感器在空载时的输 2 出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压。 （1）如图所示，E 为直流电源；S 为开关；R 为滑动变阻器； 为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成 实验电路图。 （2）若将质量为 m0 的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为 U0；然后取下砝码，再将待测 质量为 m 的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为 U，则待测物体的质量 m＝________。 14．(1)某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图所示的 “Z”字形 连接（两接线柱间只有一个元件）。为了确定各元件种类，小华同学把 DIS 计算机辅助实验系统中的电流传 感器由(相当于电流表） 与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将 AB、BC、CD 接入电路，闭合开 关，计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图 a、b、c 所示，则如下判断中正确的是____ A. AB 间是电容器 B. BC 间是电感线圈 C. CD 间是电容器 D. CD 间是定值电阻 (2)某同学欲设计一个电路，自制一台电子秤，通过査阅资料发现电子秤的主要部件为一个压敏电阻，允许 通过的最大电流为 0.5A，现有下列器材： 压敏电阻、质量为 m 的砝码、电流表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体（可置于 压敏电阻的受压面上）。 A.直流电源：电动势约 4.5V，内阻很小； B.电流表 Al:量程 0〜0.6A,内阻 0.125 ； C.电流表 A2:量程 0〜3.0A,内阻 0.025 ； D.滑动变阻器 Rl:最大阻值 10 ； E.滑动变阻器 R2：最大阻值 50 ； F.开关、导线等。 ①在可供选择的器材中，应该选用的电流表是_____，应该选用的滑动变阻器是__________。（填器材前面 对应的选项字母） ②根据所选器材设计一个电路，用来描绘压敏电阻的电流随压力变化的关系图象，要求压敏电阻两端电压 调节范围尽可能大，在方框中画出测量的原理电路，并根据设计的电路图连接实物图_______，如图所示： 15．如图所示,为交流发电机示意图，匝数为 n =100 匝矩形线圈，边长分别为 10cm 和 20cm，内电阻 r =5Ω，在磁感应强度 B=0.5T 的匀强磁场中绕 OO’轴以 ω= rad/s 的角速度匀速转动，线圈与外电阻 R=20Ω 相连接，求: Ω Ω Ω Ω 50 2 (1)开关 S 合上时，电压表和电流表示数。 (2)S 闭合后，求线圈从图示位置转过 900 的过程中通过 R 的电量. 16．如图所示，理想变压器原线圈Ⅰ接到 220 V 的交流电源上，副线圈Ⅱ的匝数为 30，与一标有“12 V，12 W”的灯泡连接，灯泡正常发光．副线圈Ⅲ的输出电压为 110 V，电流为 0.4 A．求： (1)副线圈Ⅲ的匝数；(2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流． 17．(10 分)如图所示为交流发电机示意图，匝数为 n＝100 匝的矩形线圈，边长分别为 10cm 和 20cm，内阻 为 5Ω，在磁感应强度 B＝0.5 T 的匀强磁场中绕 OO′轴以 50 rad/s 的角速度匀速转动，线圈和外部 20 Ω 的电阻 R 相接。求： (1)S 断开时，电压表示数； (2)电键 S 合上时，电压表和电流表示数。 2 高二物理寒假作业（第 9 天）《第五章交变电流 传感器》A 参考答案 1．CD 【解析】根据电流的热效应 ，解得 U＝110 V，电压与匝数成正比 ，解得 ，所以电压表的示数为 31.1V，故 AB 错误；R 处温度升高时，阻值 减小，由于电压不变，所以出现火警时副线圈电流增大，输出功率增大，根据输入功率等于输出功率，输 入功率增大，根据 ，所以电表的示数增大，故 C 正确；R 处出现火灾时，阻值减小，由于电压不 变，电流增大，R0 消耗的功率增大，故 D 正确；故选 CD.x+-k-*w 点睛：根据电流的热效应，求解交变电流的有效值是常见题型，要熟练掌握．根据图象准确找出已知量， 2 2 220 2 2 0.01 0.02U R R       × ×＝ 2 1 1 2 2 U n U n ＝ 2 22 2 31.1U V V≈＝ 1 1 1P U I= 是对学生认图的基本要求，准确掌握理想变压器的特点及电压、电流比与匝数比的关系，是解决本题的关 键． 点睛：取一个周期时间，将交流与直流分别通过相同的电阻，若产生的热量相同，直流的电流值，即为此 交流的有效值． 4．D 【解析】 试题分析：n1 与 n2 是同一个铁芯，或者 n3 与 n4 也是同一个铁芯，故线圈磁通量变化率相等，选项 A 错误； 升压变压器 T1 的输出电压等于 2000V，而输入电压为 400V，由电压之比等于匝数之比，则有变压器 T1 的匝 数比 n1：n2=1：5；输出的电功率为 P 0=20kW，而升压变压器 T1 变为 2000V 电压远距离输送，所以根据 ，可知输电线上的电流为 ；选项 B 错误；降压变压器 T2 的输入电压等于升压变 压器的输出电压减去导线损失的电压，即为 U′=2000V-10×10V=1900V；根据 ，则有变压器 T2 的 匝数比 n3：n4=1900：220=95：11；选项 D 正确；根据 P 损=I2R=102×10W=1000W，所以选项 C 错误；故选 D。 考点：远距离输电 5．A PI U = 320 10 102000I A A ×= ＝ 3 3 4 4 U n U n ＝ 【解析】 试题分析：若线圈的转速提高一倍，则ω 变为 2ω；同时将线圈面积减小一半，其它条件不变，则根据 Em=BωS 可知其电动势最大值不变，故电动势瞬时值表达式变为 ，选项 A 正确. 考点：交流电的瞬时值. 6．AD 【解析】 考点：法拉第电磁感应定律 【名师点睛】本题主要考查了对感应电流产生条件、法拉第电磁感应定律的理解与应用问题，属于中档题。 7．C 【解析】设原线圈的电压 U1,副线圈的匝数 n2,对原来的理想变压器,根据变压比公式得,对后来的理想变压 器,根据变压比公式得,两式结合得 U1=200V,n2=220,C 正确. 【点睛】掌握住理想变压器的电压、电流之间的关系，本题即可得到解决。 【答案】BC 【解析】 试题分析：由于用户得到的功率为 ，所以 副线圈中的电流有效值为 ，故选项 A 错误，选项 tEe m ω2sin= 0P 2T 0 4 2 PI U = B 正确；根据 可以得到 原线圈中的电流有效值为 ，故导线上损失的功率为： ，故选项 C 正确。 考点：远距离输电 名师点睛：掌握住理想变压器的电压、电流及功率之间的关系，本题即可得到解决． 9．CD 【解析】输电线上损失的功率可由 I2R 求得，也可由△UＩ求得或 ，线路上的电压△U＝U- U′ 10．AD 11．AB 【解析】由图可知：周期 T=0.02s，角速度 ，则原线圈输入电压的瞬时值表达式: ，故 A 正确；原线圈电压的有效值： ，根据理想变压器电压与 匝 数 成 正 比 ， 得 副 线 圈 两 端 的 电 压 ： ， 故 B 正 确 ； 周 期 T=0.02s ， 频 率 为 ： ，变压器不改变交流电的频率，所以副线圈输出交流电的频率 50Hz，故 C 错误；原线圈电 3 4 4 3 n n I I = 2T 4 04 4 3 3 3 2 n nI PI n n U = = 2 2 2 04 3 2 2 3 2 RP R n PI n U ∆ = = R U 2∆ 2 100T πω π= = 220 2sin100u tVπ= 1 220 2 220 2 U V= = 1 2 2 1 110U nU Vn = = 1 50f HzT = = 压有效值 220V，电压表的读数为 220V，副线圈电流： ，根据电流与匝数成反比得： ，故 D 错误。所以 AB 正确，CD 错误。 12．AC 【解析】 试 题 分 析 ： （ 1 ） 要 求 传 感 器 输 入 端 的 电 压 从 零 开 始 调 节 ， 故 滑 动 变 阻 器 采 用 分 压 式 接 法 。 （2）因为测得的输出电压和所放物体的质量成正比，故 ，则待测物体的质量 。 考点：欧姆定律、传感器 【名师点睛】这是一道设计型实验题，属开放型试题中重要的一种．力电转换器是学生没有用过的新仪器， 能不能在试题所提供的各种信息中抓住最关键的有用信息，对学生的处理信息、电路设计和实验创新能力 提出了较高要求。 14． ABD ①B D ② 2 2 2 0.2PI AU = = 2 0.12 II A= = 0 0 UU m m = 0 0 Um mU = 【解析】试题分析：根据电流-时间图象的特点和电容器、电感线圈的特性，分析判断 AB、BC、CD 各是什 么元件；（2）①应根据通过电子秤的最大电流来选择电流表量程，通过估算电路中需要的最大电阻来选择 变阻器；②应根据实验要求电压调节范围尽可能大可知变阻器应采用分压式接法； （1）由图 a 看出，a 接入电路时有瞬间的电流，电容器充电过程有短暂的电流，电路稳定后电路中没有电 流．说明 AB 间是电容器．由 b 图看出，此元件接入电路时，电流逐渐增大，是由于线圈中产生自感电动势 的阻碍作用，电流只能逐渐增大，说明 BC 间是电感线圈．从 c 图看出，此元件接入电路时电流恒定不变， 说明 CD 是定值电阻，ABD 正确． （2）①根据通过电子秤的最大电流为 0.5A 可知，电流表应选择 ，即 B；根据闭合电路欧姆定律可求出 电路中需要的最大电阻应为： ，所以变阻器应选择 ，即 D ②由于实验要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大，所以变阻器应采用分压式接法，又压敏电阻应与电 流表串联，电路图及实物连线图如图所示：x-*k/*w 15．(1) 2A (2) 0.04C 1A max 4.5 22.51 1 0.62 3A ER I = = Ω = Ω × 1R 点睛：本题考查交变电流最大值、有效值的理解和应用的能力，对于交流电表的测量值、计算交流电功率、 电功等都用到有效值．注意感应电动势的最大值的求法，并掌握交流电的最大值与有效值的关系。 16．(1) 275 匝(2) 0.25 A 【解析】解 理想变压器原线圈两端电压跟每个副线圈两端电压之比都等于原、副线圈匝数之比．由于有两 个副线圈，原、副线圈中的电流跟它们的匝数并不成反比，但输入功率等于输出的总功率． (1)已知 U2＝12 V，n2＝30；U3＝110 V 由 ＝ ，得 n3＝ n2＝275 匝； (2)由 U1＝220 V，根据 ＝ ，得 n1＝ n2＝550 匝 由 P1＝P2＋P3＝P2＋I3U3＝56 W，得 I1＝ ＝0.25 A 本题考查的是理想变压器的基本规律问题，根据理想变压器原副线圈电压、功率的关系即可求解； 17．（1） （2）电流表示数为 2 A，电压表示数为 40 V 【解析】 50v 考点：交变电流 欧姆定律