高考物理总复习 第十一章 交变电流 传感器综合检测（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

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1、交变电流传感器 综合检测(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17小题只有一个选项正确,第812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(C)A.图(甲)表示交流电,图(乙)表示直流电B.两种电压的有效值都是311 VC.图(甲)所示电压的瞬时值表达式为u=311sin 100t(V)D.图(甲)所示电压经原、副线圈匝数比为101的理想变压器变压后,输入功率和输出功率比为101解析:由

2、于两图中表示的电流方向都随时间变化,因此都为交流电,A错误;正弦交流电的有效值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,=100 rad/s,所以图(甲)电压的瞬时值表达式为u=311sin 100t(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.2.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像如图(乙)所示.发电机线圈内阻为1 ,外接灯泡的电阻为9 恒定不变,则下列说法中正确的是(C)A.电压表的示数为

3、6 VB.发电机的输出功率为4 WC.在110-2 s时刻,穿过线圈的磁通量最大D.在110-2 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=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110-2 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.3.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

4、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(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.4.如图(甲)所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为101,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 ,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(B)A.当单刀

5、双掷开关与a连接时,电压表的示数为31.1 VB.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 AC.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 HzD.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率变小解析:由图像可知,电压的最大值为Um=311 V,交流电的周期为T=2 10-2 s,所以交流电的频率为f=50 Hz,交流电的有效值为U1= V= 220 V,根据电压与匝数成正比,即=可知,副线圈的电压为U2= 22 V,即电压表的示数为22 V,A错误;当单刀双掷开关与b连接时,=,副线圈电压为U2=44 V,副线圈电流为I2=4.4 A,电流表示数为电流的有

6、效值,不随时间的变化而变化,所以电流表的示数为4.4 A,B正确;变压器不会改变电流的频率,所以当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率为50 Hz,C错误;当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的匝数变少,所以副线圈的输出电压要变大,电阻R上消耗的功率变大,原线圈的输入功率也要变大,D错误.5.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B= T.单匝矩形线圈面积S=1 m2,电阻不计,绕垂直于磁场的轴OO匀速转动.线圈通过电刷与一理想变压器原线圈相接,为理想交流电流表.调整副线圈的滑动触头P,当变压器原、副线圈匝数比为12时,副线圈电路中标有“36 V, 36 W”的灯泡正常发光.以下判断正确的是(

7、C)A.电流表的示数为1 AB.矩形线圈产生电动势的最大值为18 VC.从矩形线圈转到中性面开始计时,矩形线圈电动势随时间变化的规律为e=18sin 90t(V)D.若矩形线圈转速增大,为使灯泡仍能正常发光,应将P适当下移解析:小灯泡正常发光,故变压器的输出电流为I2=1 A;根据=得I1= 2 A,故A错误;小灯泡正常发光,变压器的输出电压为U2=36 V,根据=得,U1=18 V,矩形线圈产生电动势的最大值为18 V,故B错误;根据公式Em=NBS得,=90 rad/s,故从矩形线圈转到中性面开始计时,矩形线圈电动势随时间的变化规律为e=Emsin t= 18sin 90t(V),故C正确

8、;若矩形线圈转速增大,根据公式Em=NBS,感应电动势的最大值增大,有效值也增大,为使灯泡仍能正常发光,应该减小副线圈的匝数,故应将P适当上移,故D错误.6.如图所示,理想变压器原线圈输入电压u=Umsin t,副线圈电路中R是滑动变阻器,初始时刻滑片P处在正中间位置,L1,L2,L3为三个相同的小灯泡,不考虑灯泡的电阻随电压电流的变化.V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2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(C)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向左滑动过程中,U2不变、I1变大D.滑片P向右滑动过程中,

9、U2不变、I1变小解析:I1和I2表示电流的有效值,选项A错误;U1和U2表示电压的有效值,选项B错误;电压表读数U2是副线圈的电压有效值,因变压器原、副线圈的匝数不变,则U2不变;无论滑片P向左滑动还是向右滑动,副线圈所在电路的电阻均减小,电流I2变大,原线圈的电流I1变大,选项C正确,D错误.7.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为12,两端共接有4个电阻,其中R2=2R1,R3=R4=4R1,现将a,b两端接在交流电源上,则下列说法中正确的是(A)A.R1两端的电压有效值等于R2两端的电压有效值B.流过R1的电流有效值是流过R3的电流有效值的2倍C.R2两端的电压有效值是R4两端的电压

10、有效值的2倍D.流过R2的电流有效值等于流过R4的电流有效值解析:根据变压器的规律有=,则=,=,通过R1的电流为IR1=I1+ =,即R1两端的电压有效值为UR1=U1=UR2,选项A正确;通过R3的电流和通过R4的电流相等,均为I2=,选项B错误;R2两端的电压有效值UR2=U1=U2=UR4,选项C错误;流过R2的电流有效值IR2=,是流过R4的电流有效值的2倍,选项D错误.8.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(CD)A.副线圈两端输出电压变大

11、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: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.9.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 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12,当电源输出功率最大时,下列说法正确的是(A

12、D)A.滑动变阻器R接入电路中的电阻阻值为16 B.滑动变阻器R接入电路中的电阻阻值为8 C.通过滑动变阻器的电流为2 AD.滑动变阻器消耗的功率为16 W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=-(r-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=Rx,解得Rx= =16 ,故A正确,B错误.10.如图所示,理想变压器原、副线圈接有

13、额定电压均为20 V的灯泡a和b.当输入u=220sin 100t(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(CD)A.原、副线圈匝数比为111B.原、副线圈中电流的频率比为111C.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101,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

14、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.11.某同学在实验室中研究远距离输电的相关规律,由于输电线太长,他将每100米导线卷成一卷,共有8卷代替输电线路(忽略输电线的自感作用).第一次实验采用如图(甲)所示的电路图,将输电线与学生电源和用电器直接相连,测得输电线上损失的功率为P1,损失的电压为U1;第二次实验采用如图(乙)所示的电路图,其中理想变压器T1与学生电源相连,其原、副线圈的匝数比为n1n2,理想变压器T2与用电器相连,测得输电线上损失的功率为P2,损失的电压为U2,两次实验中学生电源的输出电压与

15、电功率均相同,下列正确的是(BC)A.P2P1=n1n2B.P2P1=C.U2U1=n1n2D.U2U1=解析:设学生电源提供的电压为U,输出功率为P,输电线的总电阻为r,第一次实验中的电流为I=,有U1=Ir,P1=I2r;第二次实验中,根据=得,输电线中的电流为I1=I,则U2=I1r=Ir,P2=r=()2I2r,则=,=,故B,C正确.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 t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

16、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 U和用户获得的电压U分别为(AD)A.U=B.U=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U=I32r=,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-U=-.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.二、非选择题(共52分)13.(6分)电阻应变式称重传感器的工作原理如下:弹性体在外力作用下发生弹性形变,使粘贴在其表面的电阻应变片也

17、发生形变,同时引起阻值的变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,从而将外力变换为电信号.电阻应变式称重传感器的结构如图(a)所示,弹性体的一端固定,另一端安装测力钩,在它的上下表面共粘贴4个应变片R1,R2,R3,R4.测量电路图如图(b)所示,未发生形变时,应变片的阻值均为R=800 ,当弹性体受到向上的拉力作用发生形变时,上表面压缩,R1,R2阻值变小,下表面拉伸,R3,R4阻值增大.已知每个应变片阻值的变化量R与拉力F的变化规律均为R=kF,其中k=5 /N;电路中电源电动势E=8.0 V,内阻不计.完成下列填空:(1)当测力钩不受拉力时,图(b)中UAB= ;(2)当向上施

18、加拉力时,UAB 0(选填“”“0.(3)若电压表的示数为1.0 V,有(800+kF)-(800-kF)=UAB,解得F=20 N.答案:(1)0(2)(3)20评分标准:每空2分.14.(6分)某学生为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k).如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;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U.现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个,开关及导线若干,待测物体(可置于力电转换器的受压 面上).(1)设计一个电路,要求力电转换

19、器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,画出完整的测量电路图.(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.解析:(1)设计电路如图所示.(2)测量步骤如下:调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零;将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0;将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1;因为U0=km0g,U1=kmg,所以可求m=.答案:见解析评分标准:第(1)问2分,第(2)问4分.15.(8分)如图(甲)所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,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

20、电阻r=1.0 ,所围成矩形的面积S=0.040 m2,小灯泡的电阻R=9.0 ,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:(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)由图像知,Bm=1.010-2 T,T=3.1410-2 s,所以Em=nBmS=8.0 V.(2分)(2)电流的最大值Im=0.80 A,(1分)有效值I= A,(1分)小灯泡消耗的电功率P=I2R=

21、2.88 W.(1分)(3)在0时间内,电动势的平均值=,(1分)平均电流=(1分)流过灯泡的电荷量q=t=4.010-3 C.(1分)答案:(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4.010-3 C16.(8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 的电阻,已知原、副线圈的匝数比为21.(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=

22、110 V(1分)则副线圈两端电压最大值U2m=110 V.(1分)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. (1分)电阻R上1 s内产生的焦耳热Q=t=0.5 J=605 J.(2分)(3)设通过电阻R的电流的有效值为I,根据焦耳定律有=I2RT(2分)解得I= A=7.78 A.(1分)答案:(1)156 V(2)605 J(3)7.78 A17.(12分)如图(甲)所示,理想变压器原、副线圈的匝数n1n2=31,原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表,

23、副线圈两端接有理想交流电压表、可变电阻R以及若干“6 V6 W”的相同灯泡.输入端交变电压u的图像如图(乙)所示.(1)求图(甲)中电压表的读数;(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数;(3)为满足第(2)问要求,求可变电阻R应调到的电阻值.解析:(1)根据图像可得原线圈电压的最大值U1m=27 V(1分)其有效值为U1=27 V(1分)根据=代入数据可得U2=9 V.(1分)(2)设原线圈中通过的电流为I1,副线圈中通过的电流为I2,为使副线圈接入的灯泡最多,则I1取允许通过的最大电流的有效值为3 A根据U1I1=U2I2代入数据可得I2=9 A(2分)正常发光时每个灯泡中

24、的电流为I3=1 A(2分)所以允许接入的灯泡个数为n=9.(1分)(3)电阻两端电压为UR=U2-U3=3 V(2分)电阻阻值为R= .(2分)答案:(1)9 V(2)9(3) 18.(12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 ,升压变压器的原、副线圈匝数之比为15,降压变压器的原、副线圈匝数之比为41,副线圈与纯电阻组成闭合电路,用户用电器电阻R0= 11 .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 100t(V).求:(1)用户端的用电电流I3和输电电流I2;(2)输电线上损

25、耗的电压U和损耗的功率P;(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, (2分)根据=,解得I2=5 A. (1分)(2)输电线上损失的电压U=I2R=510 V=50 V. (2分)输电线上损耗的功率P=R=5210 W=250 W. (2分)(3)根据降压变压器的原副线圈电压关系=,代入数据=解得U2=930 V (1分)再根据升压变压器的原副线圈电压关系=,解得U1=186 V (2分)根据能量守恒,P1=P2=U2I2=9305 W=4 650 W. (2分)答案:(1)20 A5 A(2)50 V250 W(3)186 V4 650 W