(全国通用)高考物理一轮复习 单元滚动检测卷 第十一章 交变电流 传感器-人教版高三全册物理试题

单元滚动检测十一交变电流传感器考生注意：1．本试卷分第1卷(选择题)和第2卷(非选择题)两局部，共4页．2．答卷前，考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔将自己的姓名、班级、学号填写在相应位置上．3．本次考试时间90分钟，总分为100分．4．请在密封线内作答，保持试卷清洁完整．第1卷(选择题，共48分)一、选择题(此题共12小题，每一小题4分，共48分．在每一小题给出的四个选项中，第1～6题只有一个选项正确，第7～12题有多项正确，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．如图1所示为发电机结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，其外表呈半圆柱面状．M是圆柱形铁芯，它与磁极柱面共轴，铁芯上绕有矩形线框，可绕与铁芯共轴的固定轴转动．磁极与铁芯间的磁场均匀辐向分布．从图示位置开始计时，当线框匀速转动时，以下四个选项中能正确反映线框感应电动势e随时间t的变化规律的是( )图12.某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图象如图2所示，由图中信息可以判断( )图2A ．在A 、C 时刻线圈处于中性面位置B ．在B 、D 时刻穿过线圈的磁通量为零C ．从A ～D 线圈转过的角度为2πD ．假设从O ～D 历时0.02 s ，如此在1 s 内交变电流的方向改变了100次3．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图3甲所示．发电机线圈内阻为5 Ω，现外接一只电阻为105 Ω的灯泡，如图乙所示，如此( )图3A ．电路中的电流方向每秒钟改变50次B ．电压表V 的示数为220 VC ．灯泡实际消耗的功率为440 WD ．发电机线圈内每秒钟产生的焦耳热为20 J4．如图4所示，L 1、L 2、L 3为三个完全一样的白炽灯，接在理想变压器上，变压器的初级和次级线圈匝数比都是3∶1，当变压器ab 端接交流电压时，L 2、L 3的实际功率为P ，此时L 1的实际功率为( )图4A ．2PB ．P C.P 2D.4P95．在R ＝100 Ω的电阻两端所加电压随时间变化的图象如图5所示，如此该电阻消耗的平均电功率为( )图5A.12 WB.13 WC.32 WD.54W6．如图6所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1，将原线圈接在u＝1002 sin 50πt(V)的交流电压上，副线圈上电阻R和理想交流电压表并联接入电路，现在A、B 两点间接入不同的电子元件，如此如下说法正确的答案是( )图6A．在A、B两点间串联另一一样阻值电阻R1，电压表的示数为20 VB．在A、B两点间接入理想二极管，电压表读数为20 VC．在A、B两点间接入一只电容器，只提高交流电频率，电压表读数增大，电容器的耐压值至少是20 2 VD．在A、B两点接入一只电感线圈，只降低交流电频率，电阻R消耗电功率减小7. (2015·海南单科·10)如图7所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值R＝11R0，是理想电压表，现将负载电阻的阻值减小为R＝5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为5.0 V，如此( )图7A．此时原线圈两端电压的最大值约为34 VB．此时原线圈两端电压的最大值约为24 VC．原线圈两端原来的电压有效值约为68 VD．原线圈两端原来的电压有效值约为48 V8．燃气灶的点火开关有两种：一种是电脉冲点火开关，它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压，击穿空气后点火；另一种是电子压电点火开关，它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变，相应地输出很高的电压，击穿空气后点火．如下关于这两种点火开关的说法中，正确的答案是( )A．电脉冲点火开关是一种传感器B．电子压电点火开关是一种传感器C ．压电陶瓷片完成的能量转化是电能转化为光能D ．压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能9．如图8所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中，磁铁的N 、S 极间的过渡区域宽度很小，可忽略不计．线圈的匝数为n ，面积为S ，总电阻为r ，线圈所在位置的磁感应强度大小为B . 当线圈以角速度ω匀速转动时，额定电压为U 、电阻为R 的小灯泡在电路中恰能正常发光，如此( )图8A ．感应电动势的最大值为nBSωB ．感应电动势的有效值是22nBSω C ．感应电动势的有效值是⎝⎛⎭⎪⎫1＋r RUD ．转动过程中线圈中的磁通量始终为零10．如图9所示为一自耦变压器，保持电阻R ′和输入电压不变，以下说法正确的答案是( )图9A ．滑片P 向b 方向移动，滑片Q 下移，电流表示数减小B ．滑片P 不动，滑片Q 上移，电流表示数不变C ．滑片P 向b 方向移动，滑片Q 不动，电压表示数增大D ．滑片P 不动，滑片Q 上移或下移，电压表示数始终不变11．如图10所示为远距离输送交流电的系统示意图，变压器均为理想变压器．随着用户负载增多，发电机F 达到额定功率时，降压变压器输出功率仍然不足，用户的用电器不能正常工作．那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是( )图10A ．适当减小输电线的电阻rB ．适当提高n 4n 3C ．适当提高n 2n 1的同时，降低n 4n 3D ．适当降低n 2n 1的同时，提高n 4n 312．如图11甲所示的变压器，接如图乙所示的交流电时，灯泡正常发光，电容器能正常工作．现将电源换成如图丙所示的交流电，如此( )图11A ．由于丙交流电的周期短，因此灯泡比第一次亮B ．由于丙的频率比乙的大，因此电容器有可能被击穿C ．无论接乙交流电，还是接丙交流电，假设滑动触头P 向上移动，灯泡都变暗D ．假设将原线圈n 1的匝数增加，灯泡消耗的功率将变小第2卷(非选择题，共52分)二、非选择题(共52分)13．(6分)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．如图12为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R 随t 变化的图象．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力______(选填“增强〞或“减弱〞)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感〞或“不敏感〞)．图1214．(9分)材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．如图13所示为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线，其中R B、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值R B.请按要求完成如下实验．图13图14(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，并在图14中的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻与所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0 T，不考虑磁场对电路其他局部的影响)．要求误差较小．提供的器材如下：A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150 ΩB．滑动变阻器R，总电阻约为20 ΩC．电流表，量程2.5 mA，内阻约30 ΩD．电压表，量程3 V，内阻约3 kΩE．直流电源E，电动势3 V，内阻不计F．开关S，导线假设干(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：12345 61.5U(V)0.000.450.911.792.711.0I(mA)0.000.300.601.20 1.80根据上表可求出磁敏电阻的测量值R B＝______Ω.结合题图可知待测磁场的磁感应强度B＝______T.(3)试结合题图简要回答，磁感应强度B在0～0.2 T和0.4～1.0 T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.(4)某同学在查阅相关资料时看到了图15所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论？____________________________ ________________________________________________________________________.图1515．(9分)图16甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u ab－t图象如图乙所示．假设只在ce间接一只R ce＝400 Ω的电阻，或只在de间接一只R de＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.图16(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式； (2)求只在ce 间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I 1； (3)求ce 和de 间线圈的匝数比n cen de.16．(9分)如图17甲所示，一固定的矩形导线圈水平放置，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．线圈的匝数n ＝100匝，电阻r ＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S ＝0.040 m 2，小灯泡的电阻R ＝9.0 Ω，磁场的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 ＝nB m S2πTcos 2πTt (V)，其中B m 为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期．忽略灯丝电阻随温度的变化，求：图17(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～T4时间内，通过小灯泡的电荷量．17．(9分)如图18所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝0.5 T ，边长L ＝10 cm 的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r ＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路中的电阻R ＝4 Ω，求：图18(1)感应电动势的最大值；(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势； (4)交流电压表的示数； (5)线圈转动一周产生的总热量； (6)在16周期内通过电阻R 的电荷量．18．(10分)一个小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户．发电机的输出功率为50 kW，输出电压为500 V，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶5，两个变压器间的输电导线的总电阻为15 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器本身的损耗忽略不计，在输电过程中因输电线间电容与感抗造成电压的损失不计．求：(1)升压变压器副线圈两端的电压；(2)输电线上损耗的电功率；(3)降压变压器原、副线圈的匝数比．答案精析1．D [矩形线框在均匀辐向磁场中转动，v 始终与B 垂直，由E ＝BLv 知E 大小不变，方向周期性变化．]2．D [由题中交变电流的图象可知，在A 、C 时刻产生的感应电流最大，对应的感应电动势最大，线圈处于与中性面垂直的位置，选项A 错误．在B 、D 时刻感应电流为零，对应的感应电动势为零，即磁通量的变化率为零，此时磁通量最大，选项B 错误；从A ～D ，经历的时间为34周期，线圈转过的角度为32π，选项C 错误；假设从O ～D 历时0.02 s ，如此交变电流的周期为0.02 s ，而一个周期内电流的方向改变两次，所以1 s 内交变电流的方向改变了100次，选项D 正确．]3．D [由题图甲知周期T ＝0.02 s ，每个周期交流电方向改变两次，如此1 s 内电流方向改变的次数为100次，选项A 错误；由题图甲知感应电动势最大值E m ＝220 2 V ，所以有效值E ＝220 V ，电压表示数U ＝R R ＋r E ＝105105＋5×220 V＝210 V ，选项B 错误；灯泡实际消耗的功率P ＝2102105 W ＝420 W ，选项C 错误；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热Q ＝E －U2r t ＝220－21025×1 J＝20 J ，选项D 正确．]4．D [设P ＝UI ，由n 1n 2＝U 1U 2知，输入电压为3U ，由输入功率等于输出功率，输入功率为2P ，输入电流为2P 3U ＝23I ，L 1的实际功率为4P9，故D 正确．]5．A [根据热效应有：102R ×1＋52R ×2＝U2R×3得有效值U ＝5 2 V如此平均电功率为P ＝U 2R ＝12W]6．C [由变压公式U 1U 2＝n 1n 2，知U 2＝20 V ，串联一一样阻值电阻R 1，根据串联电路知识，电压表的示数为10 V ，A 错误；在A 、B 两点间接入理想二极管，由于二极管的单向导电性，会过滤掉负半周期的电流，电压表读数为有效值，应小于20 V ，B 错误；在A 、B 两点间接入一只电容器，只提高交流电频率，容抗减小，电压表示数增大，电容器的耐压值为峰值，即20 2 V ，C 正确；在A 、B 两点间接入一只电感线圈，只降低交流电频率，感抗减小，电阻R 中电流增大，电阻R 消耗电功率增大，D 错误．]7．AD [当负载电阻的阻值减小为R ＝5R 0时，根据串、并联电路规律，R 两端电压为R 0两端电压的5倍，因为电压表测量R 两端的电压，所以U R 0＝15×5 V＝1 V ，故副线圈两端电压为U 2＝6 V ，根据公式U 1U 2＝n 1n 2可得此时原线圈两端电压的有效值为U 1＝24 V ，所以此时原线圈两端电压的最大值为24 2 V≈34 V，A 正确，B 错误；因为变化过程中变压器的输入电流不变，所以对于副线圈中变化前、后电流也不变，如此变化后电压U 2＝IR 0＋5IR 0＝6IR 0，变化前，U 2′＝IR 0＋11IR 0＝12IR 0，所以U 2′＝2U 2＝12 V ，根据公式U 1U 2＝n 1n 2可得原线圈两端原来的电压有效值约为48 V ，D 正确，C 错误．]8．BD [传感器是将非电学量转化为电学量的装置，电脉冲点火开关实际上是自感现象的应用，电子压电点火开关是力传感器，把机械形变转化为电压，A 错误，B 正确；从能量转化角度分析压电陶瓷片是把机械能转化为电能，C 错误，D 正确．]9．AC [由于线圈中切割磁感线的两边始终与磁感线垂直，所以感应电动势大小恒为nBSω，选项A 正确，B 错误；由闭合电路欧姆定律ER ＋r ＝U R 得感应电动势的有效值E ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋r R U, 选项C 正确；线圈平面从图示位置转过90°时，磁通量(看磁感线的条数)并不为零，选项D 错误．]10．AD [U 2＝n 2n 1U 1，P 上移，U 2减小，Q 下移，负载电阻R 负增大，所以输出功率P 2＝U 22R 负减小，由输入功率P 1＝P 2＝I 1U 1，U 1不变，所以I 1减小，A 正确．Q 上移，负载R 负减小，U 2不变，输出功率增大，输入功率增大，电流表的示数增大，B 错误．由公式U 2＝ n 2n 1U 1知，C 错误，D 正确．]11．AC [当发电机输出功率一定时，为使远距离用户得到更多的功率，需减小输电线上的功率损失，根据ΔP ＝I 2线r ，可以减小输电线的电阻r ，A 对，也可以通过提高输电电压，减小输送电流，即提高n 2n 1，这样使线圈n 3两端电压变大，为使用户的用电器正常工作需要适当降低n 4n 3，C 对．]12．CD [由于两个电源的有效值一样，因此经同一个变压器后，加在灯泡两端的电压一样，因此灯泡的亮度一样，选项A 错误；同理加在电容器两端的电压也一样，电容器仍能正常工作，选项B 错误；假设向上移动滑动变阻器的触头P ，使滑动变阻器接在电路中的电阻增大，导致灯泡两端的电压降低，因此灯泡都变暗，选项C 正确；假设将原线圈的匝数增加，根据U 1U 2＝n 1n 2可知，副线圈两端电压降低，因此灯泡消耗的功率减小，选项D 正确．] 13．增强 敏感14．(1)见解析图 (2)1 503 0.9 (3)在0～0.2 T 范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化)；在0.4～1.0 T 范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化) (4)磁场反向，磁敏电阻的阻值不变(或磁敏电阻的阻值与磁场方向无关)解析 (1)当B ＝0.6 T 时，磁敏电阻阻值约为6×150 Ω＝900 Ω；当B ＝1.0 T 时，磁敏电阻阻值约为11×150 Ω＝1 650 Ω.由于滑动变阻器总电阻约为20 Ω，比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于电流表内阻远小于磁敏电阻阻值，所以电流表应内接．电路图如下列图．(2)根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为R 1＝0.450.30×10－3 Ω＝1 500 ΩR 2＝0.910.60×10－3 Ω＝1 517 ΩR 3＝ 1.501.00×10－3 Ω＝1 500 ΩR 4＝ 1.791.20×10－3 Ω＝1 492 ΩR 5＝2.711.80×10－3 Ω＝1 506 Ω故磁敏电阻的测量值为R B ＝R 1＋R 2＋R 3＋R 4＋R 55＝1 503 Ω由于R B R 0＝1 503150≈10，从题图甲中可以读出B ＝0.9 T.(3)在0～0.2 T 范围内，图线为曲线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化)；在0.4～1.0 T 范围内，图线为直线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)．(4)从题图中可以看出，当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时，磁敏电阻的阻值相等，故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关．15．(1)u ab ＝400sin 200πt (V) (2)0.28 A 或25 A (3)43解析 (1)由图知，U m ＝400 V ，ω＝200π rad/s 故电压瞬时值u ab ＝400sin 200πt (V) (2)电压有效值U 1＝U m2＝200 2 V理想变压器P 1＝P 2 故原线圈中的电流I 1＝P 2U 1＝25A 或0.28 A (3)设ab 匝数为n 1，如此有U 1n 1＝U ce n ce ，同理U 1n 1＝U den de 由题意知U 2ce R ce ＝U 2deR de ，得n ce n de＝R ce R de ＝43. 16．(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10－3C解析 (1)由题图乙知，磁场变化的周期为T ＝π×10－2s ，B m ＝1.0×10－2T ，所以线圈中感应电动势的最大值为E m ＝2πnB m ST＝8.0 V(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为I m ＝E mR ＋r＝0.80 A通过小灯泡电流的有效值为I ＝I m2＝0.40 2 A故小灯泡消耗的电功率为P ＝I 2R ＝2.88 W(3)在磁感应强度变化的0～T 4时间内，线圈中感应电动势的平均值E ＝nS ΔBΔt通过灯泡的平均电流I ＝ER ＋r＝nS ΔBR ＋r Δt通过灯泡的电荷量Q ＝I Δt ＝nS ΔB R ＋r ＝nS B m －0R ＋r＝4.0×10－3C17．(1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V (5)0.99 J (6)0.087 C 解析 (1)感应电动势的最大值为E m ＝NBSω＝100×0.5×0.12×2π V＝3.14 V(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为e ＝E m cos 60°＝3.14×0.5 V＝1.57 V(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势为E ＝N ΔΦΔt ＝N BS sin 60°16T ＝100×0.5×0.12×3216×2π2π V≈2.6 V(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值，即U ＝E R ＋r R ＝3.142×14＋1×4 V≈1.78 V (5)线圈转动一周产生的总热量为Q ＝⎝⎛⎭⎪⎫E m 22rR ＋rT ≈0.99 J (6)在16周期内通过电阻R 的电荷量为q ＝I ×T6＝ER ＋r ×T 6＝2.64＋1×16C≈0.087 C. 18．(1)2 500 V (2)6 000 W (3)10∶1解析 (1)因为U 1U 2＝n 1n 2，所以U 2＝n 2n 1U 1＝51×500 V＝2 500 V.(2)P 2＝P 1＝50 kW ， 输电线中电流I 2＝P 2U 2＝50 0002 500A ＝20 A ，所以P 损＝I 22R 线＝202×15 W＝6 000 W. (3)用户得到功率P 4＝P 2－P 损＝44 000 W ， 所以降压变压器副线圈中电流I 4＝P 4U 4＝44 000220A ＝200 A ，所以n 3n 4＝I 4I 3＝I 4I 2＝20020＝101.。