高中物理交变电流传感器练习

单元综合测试十(交变电流 传感器)

本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．

第Ⅰ卷(选择题，共40分)

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．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式电流i ＝I m sin ωt ，若保持其他条件不变，使发电机线圈匝数及转速各增加一倍，则电流的变化规律为( )

A ．i ＝2I m sin2ωt

B ．i ＝4I m sin2ωt

C ．i ＝2I m sin ωt

D ．i ＝4I m sin ωt

解析：转速加倍则ω＝2πn 也加倍，电流的最大值I m 也加倍故i ＝2I m sin2ωt 选项A 正确． 答案：A

2．在图1所示两电路中，当a 、b 两端与e 、f 两端分别加上220 V 的交流电压时，测得c 、d 间与g 、h 间的电压均为110 V ；若分别在c 、d 与g 、h 的两端加上110 V 的交流电压，则a 、b 间与e 、f 间的电压分别为( )

图1

A ．220 V,220 V

B ．220 V,110 V

C ．110 V,110 V

D ．220 V,0

解析：对变压器，由U 1U 2＝n 1

n 2

可得U ab ＝220 V ；对滑动变阻器来说，当gh 间接上电压时，ef 间电压U ef ＝110

V ，故B 选项正确．

答案：B

3．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电．现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW ，电压为800 V ．如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为( )

A ．1 kW

B ．1.6×103 kW

C ．1.6 kW

D ．10 kW

解析：用电器的额定电流为：I ＝P U ＝40×103

800A ＝50 A ，输电线上消耗功率P 线＝I 2R ＝502×0.4 W ＝1000 W

＝1 kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约．

答案：A

图2

4．一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图2所示．如果负载电阻的滑动片向上移动．则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是(均为理想电表)()

A．V1、V2不变，A1增大，A2减小，P增大

B．V1、V2不变，A1、A2增大，P增大

C．V1、V2不变，A1、A2减小，P减小

D．V1不变，V2增大，A1减小，A2减小，P减小

解析：理想变压器输入电压不变，则输出电压不变，故表V1，V2示数不变；滑片P向上移，使负载电阻增大，因而，副线圈中的电流I2减小，由于电压比不变，故原线圈中的电流也将减小；输出功率P出＝U2I2减小，P入＝P出，因而输入功率也将减小．

答案：C

图3

5．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中汽油和空气的混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图3所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10000 V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法中正确的是()

A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增加的

B．汽油机点火装置的开关始终闭合，副线圈的两端也会有高压

C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在副线圈中产生高压

D．汽油机的点火装置中变压器的副线圈匝数必须远大于原线圈的匝数

解析：汽车柴油机压缩汽缸内空气，实际上是活塞对气体做功使其内能增加，当温度升高到一定温度时，柴油着火燃烧．汽油机是借助于变压器在通入原线圈中电压(12 V)断电时产生变化的磁通量从而在副线圈中产生瞬时高压(10000 V)，而达到产生火花的目的，所以电源可以是直流，且副线圈匝数要远大于原线圈匝数，故A、D正确．

答案：AD

图4

6．如图4是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是()

A．常温时上下触点是接触的

B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲

C．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下调一些

D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些

解析：双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热(题图螺旋状部分)，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触接通电路．

调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度升高，上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制．

答案：ABD

图5

7．电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图5所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．当膜片向右运动的过程中有()

A．电容变大B．电容变小

C．导线AB中有向左的电流D．导线AB中有向右的电流

解析：膜片右移时，由于板间距离d变小，由C＝εS

4πkd

知，A对；由Q＝CU知，C对，D错．

答案：AC

图6

8．如图6所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元

件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证U H随B的变化情况，以下说法中错误的是() A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，U H将变大

B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

C．在测定地球赤道上磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H将发生变化

答案：C

图7

9．全自动洗衣机中，排水阀是由程序控制器控制其动作的，当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2运动，牵引排水阀的活塞，排出污水，牵引电磁铁的结构如图7所示，以下说法正确的是()

A．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极

B．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极

C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中

D．若a、b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中

解析：根据磁化现象和磁极间同名磁极相斥，异名磁极相吸原理易判断B、D正确．

答案：BD

10．某中学的学生食堂新安装了磁卡就餐系统，使用不到一周，便出现了电源总开关总是无法接通的问题．经检查，电源总开关中漏电保护器动作切断了电源．漏电保护器电路如图8所示，变压器A处用火线与零线双股平行绕制成线圈，然后接到磁卡机上，B处有一个输出线圈，一旦线圈B中的电流经放大器放大后便推动断电器切断电源．造成漏电保护器动作切断电源的原因判断为磁卡机用电端()

图8

A．零线与火线之间漏电

B．火线与地之间漏电或零线直接接地

C．只有火线与地之间漏电才会产生

D．刷卡机装得过多，造成电流太大

解析：由题意知，火线和零线均绕在铁芯上，故只有火线与零线中电流大小不等时，才会引起漏电保护器切断电源，故可能是火线与地之间漏电，也可能是零线与地之间漏电．

答案：B

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)

图9

11．(2010·全国卷Ⅱ)如图9，一热敏电阻R T放在控温容器M内；?为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关．已知R T在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550Ω.现要求在降温过程中测量在95℃～20℃之间的多个温度下R T的阻值．

(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．

(2)完成下列实验步骤中的填空：

a．依照实验原理电路图连线．

b．调节控温容器M内的温度，使得R T的温度为95℃.

c．将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．

d．闭合开关．调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．

e．将R T的温度降为T1(20℃

f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________.

g．逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤e f.

解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应为与热敏电阻串联．(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等.95℃和R T时对应的电路的电阻相等，有150＋R0＝R T＋R，即R T1＝R0－R1＋150 Ω.

图10

答案：(1)实验原理电路图如图10所示．

(2)d.电阻箱的读数R0

e．仍为I0电阻箱的读数R1

f．R0－R1＋150 Ω

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，请你在图11(1)的实物图上连线．

图11

(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，并据此绘得图11(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)实物连线图如图12(2)记录温度计数值记录电压表数值(3)1000.395

图12

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)

图13

13．如图13所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直．线圈匝数n＝40，电阻r＝0.1 Ω，长l1＝0．05 m，宽l2＝0.04 m，角速度ω＝100 rad/s，磁场的磁感应强度B＝0.2 T．线圈两端外接电阻R＝9.9 Ω的用电器和一个交流电流表．求：

(1)线圈中产生的最大感应电动势；

(2)电流表的读数；

(3)用电器上消耗的电功率．

解析：(1)E m＝nBωS＝nBωl1l2＝1.6 V.

(2)I m＝

E m

R＋r

＝0.16 A，电流表读数为有效值

I＝I m

2

＝0.11 A.

(3)P＝I2R＝0.12 W.

答案：(1)1.6 V(2)0.11 A(3)0.12 W

14．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；输送电路如图14所示．

图14

为满足输电要求，据ΔP损＝I送2R

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

10V

＝5×103 V

所以升压变压器的变压比为

n 1∶n 2＝U 0∶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：U 1＝U 送－ΔU 损＝5×103V －300V ＝4700V ，据题意可知U 2＝220 V ，所以降压变压器的匝数比为n 1′∶n 2′＝U 1∶U 2＝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)．

15．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的．在图15甲中，电源的电动势E ＝9.0 V ，电源内电阻可忽略不计；G 为小量程的电流表，电流表内阻R G 保持不变；R 为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图15乙的R —t 图线所示．闭合开关S ，当R 的温度等于20℃时，电流表示数I 1＝2 mA ，则当电流表的示数I 2＝3.6 mA 时，热敏电阻R 的温度是多少摄氏度？

图15

答案：由I 1＝E R ＋R G ，得R G ＝500 Ω I 2＝E

R ′＋R G

，代入数据得：R ′＝2000 Ω从R —t 图象可知，此时的

温度是120℃

图16

16．如图16所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，金属球的质量为m ，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O 点，AB 是一根长为L 的均匀电阻丝，其阻值为R ，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中心C 焊接一根导线，从O 点也引出一根导线，两线之间接入一个电

压表V ，(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC 与AB 垂直，且OC ＝h ，电阻丝AB 接在电压为U 的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB 沿前进的方向．列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表V 的读数变化可以测出加速度的大小．

(1)当列车向右做匀加速直线运动时，试导出加速度a 与电压表读数为U ′的关系式(用U ′、U 、L 、h 及重力加速度g 等表示)．

(2)用导出的a 与U ′的关系式说明表盘上a 的刻度是否均匀？

图17

解析：(1)设列车加速度为a 时，小球偏离竖直方向θ角，此时小球受力情况如图17所示，根据牛顿第二定律得

mg tan θ＝ma ① 因为tan θ＝DC

h ②

由①②两式得a ＝g ·DC

h

③

又设列车加速度为a 时，电压表读数为U ′，

U ′U ＝R DC R AB ＝DC

L

④ 由④得DC ＝U ′L /U ⑤ 将⑤代入③得a ＝g ·U ′L Uh

⑥

(2)由⑥式可知，g 、L 、U 、h 均为常数，则列车加速度a 与电压表读数U ′成正比，可将电压表上刻度一一对应地改成加速度a 的数值，因而可知表盘上加速度a 的刻度与电压刻度一样是均匀的．

答案：(1)a ＝g ·U ′L

Uh (2)均匀