2019高考物理总复习(教科版)试题:第十一章 交变电流 传感器 综合检测 Word版含解析
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第十一章交变电流传感器综合过关规范限时检测满分:100分考试时间:60分钟一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共计48分。
1~4题为单选,5~8题为多选,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,错选或不选的得0分)1.(2018·江苏扬州检测)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接,R1=10Ω,R2=20Ω,合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示,则导学号 21993509( B )A.通过R1的电流有效值为1.2AB.R1两端的电压有效值为6VC.通过R2的电流最大值是1.22AD.R2两端的电压最大值是62V[解析]由i-t图象可知,电流最大值I m=0.62A,有效值I=I m2=0.6A,因R1与R2串联,则I1=I=0.6A,U1=IR1=6V,I2m=0.62A,U2m=I2m R2=122V,故A、C、D错,B 正确。
2.(2018·山东省潍坊市高三上学期期末试题)如图所示,等边三角形导体框abc边长为L,bd⊥ac,导线框绕轴bd以角速度ω匀速转动,导体框所在空间有竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场。
下列说法正确的是导学号 21993510( A )A.导体框中无感应电流B.导体框中产生正弦交变电流C.a、d两点间电势差为0D .a 、d 两点间电势差大小为12B ωL 2 [解析] 导体框绕bd 转动过程中,穿过导体框的磁通量无变化,故无感应电流产生,A正确,B 错误;a 、d 两点间电势差为U ad =B L 20+ωL 22=18B ωL 2,C 、D 均错误。
3.(2018·湖北华中检测)图为模拟远距离输电实验电路图,两理想变压器的匝数n 1=n 4<n 2=n 3,四根模拟输电线的电阻R 1、R 2、R 3、R 4的阻值均为R ,A 1、A 2为相同的理想交流电流表,L 1、L 2为相同的小灯泡,灯丝电阻R L >2R ,忽略灯丝电阻随温度的变化。
(全国通用版)2019版高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器高效演练11.1 交变电流的产生和描述高效演练·创新预测1.2018·孝感模拟一正弦交流电的电压随时间变化规律如图所示,则 A.交流电的频率为50 Hz B.交流电压的有效值为100 V C.交流电压瞬时值表达式为u100sin50πt V D.此交流电压可以直接接耐压值为80 V的电容器【解析】选C。
由题图可知,T410-2s,故f25 Hz,故A项错误;由图象可知交流电的最大值为100 V,因此其有效值为U V50 V,故B项错误;交流电的角速度ω2πf50π rad/s,所以其表达式为u100sin50πtV,故C项正确;电容器的耐压值为交流电的最大值,最大值100 V大于80 V,故不能直接接在此交流电上,故D项错误。
2.2018·成都模拟如图所示,交流电流表与灯泡串联,先后在M、N间加上不同的交变电压,第一次加电压随时间按甲图的正弦规律变化;第二次加电压随时间按乙图规律变化。
若甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周期值是相同的,则这两次交流电流表读数之比I1∶I2为 A.1∶ B.∶1 C.∶ D.1∶2 【解析】选A。
甲图中,为正弦式交流电,故电压的有效值为U1,产生的电流为I1,乙图中,电压的有效值为U2,则··T,解得U2U0,产生的电流为I2,所以I1∶I21∶,故A项正确。
3.新题预测交变电流电压的有效值为6 V,它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路,图中电压表的读数为U1,为了保证电容器C不被击穿,电容器的耐压值为U2,电容器在电路中正常工作,则 A.U16 V U26 VB.U16 V U23 V C.U16 V U2≥6 VD.U16 V U2≥6 V 【解析】选D。
交流电源的有效电压是6 V,而电压表测量的是交流电的有效值,则电压表的示数为U16 V;因正弦式交流电的最大值是有效值的倍,则知电压的最大值为6 V,所以电容器要能正常工作,其耐压值必须不低于6 V,即U2≥6 V。
高考物理总复习第十一章交变电流传感器单元评估检测十一含解析新人教版单元评估检测(十一)(第十二章)(45分钟100分)一、选择题(本题共12小题,每小题6分,共72分。
1~9题为单选题,10~12题为多选题)1.关于光电效应,下列说法正确的是( )A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.光电子的动能越大,光电子形成的电流强度就越大C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大D.对于任何一种金属,都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应【解析】选D。
由爱因斯坦的光电效应方程E k=hν-W0可知:光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不成正比;单位时间经过电路的电子数越多,电流越大;不可见光的频率不一定比可见光的频率大,因此用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大;入射光的频率大于金属板的极限频率或入射光的波长小于金属板的极限波长,才能产生光电效应。
【加固训练】下列说法中正确的是( )A.在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分能量转移给电子,因此光子散射后波长变短B.结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定C.若要使处于能级n=3的氢原子电离,可以采用两种方法:一是用能量为-E3的电子撞击氢原子,二是用能量为-E3的光子照射氢原子D.由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性,不可能无节制地增大原子核而仍能使其稳定【解析】选D。
在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分能量转移给电子,动量减小,根据λ=知,光子散射后波长变长,故A项错误;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B项错误;电子是有质量的,撞击氢原子是发生弹性碰撞,由于电子和氢原子质量不同,故电子不能把-E3的能量完全传递给氢原子,因此不能使氢原子完全电离,而光子的能量可以完全被氢原子吸收,故C项错误;由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性,不可能无节制地增大原子核而仍能使其稳定,故D项正确。
章末质量检测(十一)(时间:45分钟满分:90分)一、选择题(本题共13小题,每小题6分,共78分。
1~8 题为单项选择题,9~13题为多项选择题)1.关于家庭照明电路所用的交流电,下列说法正确的是()A.电流方向每秒钟改变50次B.电压表达式为u=220sin 50πt(V)C.额定电压为220 V的灯泡可以直接接入使用D.耐压为220 V的电容器可以直接接入使用解析家庭照明电路所用的交流电电流方向每秒钟改变100次,选项A错误;电压表达式为u=2202sin 100πt(V),选项B错误;照明电路电压有效值为220 V,所以额定电压为220 V的灯泡可以直接接入使用,选项C正确;耐压为220 V的电容器接入照明电路会被击穿,选项D错误。
答案 C2.小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图1所示。
此线圈与一个R=10 Ω的电阻构成闭合电路,电路中的其他电阻不计。
下列说法正确的是()图1A.交变电流的周期为0.125 sB.交变电流的频率为8 HzC.交变电流的有效值为 2 AD.交变电流的最大值为4 A解析由题图可直接获取的信息是:交变电流的周期是0.250 s,选项A错误;感应电动势的最大值为20 V,线圈中产生的交变电流为正弦式交变电流,从而可推出交变电流的频率f =1T =10.250 Hz =4 Hz ,选项B 错误;交变电流的最大值I m =E m R =2010 A =2 A ,选项D 错误;交变电流的有效值I =I m 2=22A = 2 A 。
所以选项C 正确。
答案 C3.如图2所示为一交变电流随时间变化的图象,从t =0时刻开始,每半个周期时间内的图象均为正弦曲线,求此交变电流的有效值( )图2A. 2 AB .2 2 A C. 5 A D .3 A解析 选择一个周期的时间,利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同,由焦耳定律求得I 2RT =I 21R T 2+I 22R T 2,其中I 1= 2 A ,I 2=2 2 A ,解得I = 5 A 。
第11单元交变电流传感器单元小结卷(十一)考查范围:第十一单元时间/ 45分钟分值/ 100分一、选择题(每小题8分,共56分,1~4小题为单选,5~7小题为多选)1.如图D11-1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,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随时间按照图乙所示的余弦规律变化,在t=时刻()图D11-1A.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.穿过线圈的磁通量的变化率最大2.某种角速度计的结构如图D11-2所示.当整个装置绕轴OO'转动时,元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k,自然长度为l,电源的电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,装置静止时滑片P在变阻器的最左端B点.闭合开关,当系统以角速度ω转动时,则()图D11-2A.电路中电流随角速度的增大而增大B.电路中电流随角速度的增大而减小C.弹簧的伸长量为x=D.输出电压U与ω的函数关系式为U=3.[2017·哈尔滨九中二模]将图D11-3甲所示的正弦式交变电压输入理想变压器的原线圈,变压器副线圈上接入阻值为10 Ω的白炽灯(认为其电阻恒定),如图乙所示.若变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,则下列说法正确的是()图D11-3A.该交流电的频率为50 HzB.灯泡消耗的功率为250 WC.变压器原线圈中电流表的示数为0.5 AD.流过灯泡的电流方向每秒钟改变50次4.[2017·长春质检]如图D11-4甲所示,理想变压器的原线圈电路中装有0.5 A的保险丝L(电阻忽略不计),原线圈匝数n1=600,副线圈匝数n2=120.当原线圈两端接在如图乙所示的交流电源上,要使整个电路和用电器正常工作,则副线圈两端可以接()图D11-4A.阻值为12 Ω的电阻B.并联两盏规格均为“36 V40 W”的灯泡C.工作频率为10 Hz的用电设备D.耐压值为36 V的电容器5.[2017·黄冈质检]课堂上老师做了如图D11-5所示的演示实验:用电池、开关、导线与软铁环上线圈A、线圈B连接,并在导线下面放置一个小磁针用来检验线圈B中是否有电流产生.在开关闭合瞬间,小磁针发生明显偏转.课后某同学另找器材重做此实验时,却没有观察到小磁针偏转.导致小磁针没有偏转的原因可能是()图D11-5A.线圈B匝数太少B.所用干电池节数太多C.开关闭合或断开太快D.导线EF、CD沿东西方向放置6.[2017·西安一中模拟]如图D11-6所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想电表,除R以外其余电阻不计.从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u1=220sin 100πt(V).下列说法中正确的()图D11-6A.t= s时,电压表的示数为22 VB.t= s时,a、c两点间的电压瞬时值为110 VC.滑动变阻器的滑片向上移,电压表和电流表的示数均变大D.单刀双掷开关由a扳向b,电压表和电流表的示数均变大7.[2018·江西师大附中月考]如图D11-7甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,原线圈接入如图乙所示的电压,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()图D11-7A.图乙中电压的有效值为110 VB.电压表的示数为44 VC.R处发生火灾时电流表示数增大D.R处发生火灾时电阻R0消耗的电功率增大二、非选择题(共44分,要求解答过程有必要的文字说明)8.(20分)一小型交流发电机产生正弦式交变电压,该电压随时间变化的规律如图D11-8所示.发电机线圈电阻为5 Ω,当发电机输出端仅接入一个95 Ω的纯电阻用电器时,用电器恰能正常工作.求:(1)通过该用电器的电流;(2)该用电器的额定功率.图D11-89.(24分)[2018·长沙雅礼中学月考]风能作为新型环保发电能源,近几年来得到了快速发展.如图D11-9所示,风车阵中发电机输出功率为100 kW,输出电压是250 V,用户需要的电压是220 V,输电线电阻为10 Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%,试求:(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比;(2)用户得到的电功率.图D11-9测评手册单元小结卷(十一)1.C[解析] 线圈中产生的交变电流随时间按照图乙所示的余弦规律变化,即i=i m cos ωt,在t=时刻,i=i m cos ωt=i m cos=0,此时刻线圈所在的平面与磁场方向垂直,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为零,A、B、D错误;产生的感应电流为零,所以线圈所受的安培力为零,C正确.2.D[解析] 系统在水平面内以角速度ω转动时,无论角速度是增大还是减小,滑动变阻器接入电路的电阻都不变,根据闭合电路欧姆定律知,电路中电流保持不变,故选项A、B错误;设系统在水平面内以角速度ω转动时,弹簧的伸长量为x,则对元件A,根据牛顿第二定律得kx=mω2(l+x),又输出电压U=E,联立得x=,U=,故选项C错误,选项D正确.3.A[解析] 由图甲可知,原线圈输入电压的周期为0.02 s,故频率为50 Hz,故A正确;输入电压有效值为 V,根据原、副线圈电压与匝数成正比,可知副线圈电压有效值为U=25 V,灯泡消耗的功率为P==125 W,故B错误;副线圈的电流为I= A,则原线圈的电流为 A,故C错误;每一个周期电流方向改变2次,故流过灯泡的电流方向每秒钟改变100次,故D错误.4.B[解析] 根据图乙可知,原线圈输入的交变电压的最大值U1m=180 V,有效值U1=180 V,周期T1=0.02 s,频率f1==50 Hz,又因为n1∶n2=5∶1,所以副线圈的输出电压的最大值为U2m=36 V,有效值U2=36 V,周期T2=T1=0.02 s,频率f1=f2=50 Hz,故选项C错误;若副线圈两端接阻值为12 Ω的电阻,则I2==3 A,I1=I2=0.6 A>0.5 A,即通过保险丝的电流超过了其熔断电流,选项A错误;若并联两盏规格均为“36 V40 W”的灯泡,通过保险丝的电流I1= A<0.5 A,故选项B正确;电容器的耐压值指的是允许加在电容器两端的最大电压值,副线圈的输出电压的最大值为U2m=36 V>36 V,即超过了电容器的耐压值,故选项D错误.5.AD[解析] 如果线圈B匝数太少,线圈B中产生的感应电动势和感应电流较小,则小磁针偏转不明显,故A正确;所用电池节数太多,电压更高,小磁针偏转更加明显,故B错误;开关闭合或断开瞬间,副线圈B中会产生感应电流,电流产生磁场使小磁针偏转,开关闭合或断开越快,电流变化越快,现象越明显,故C错误;导线EF、CD沿东西方向放置时,根据安培定则,电流产生的磁场与地磁场均沿南北方向,小磁针可能不偏转,故D正确.6.AD[解析] 原线圈两端电压有效值为220 V,副线圈两端电压有效值为22 V,电压表测量的是有效值,故A正确;t= s时,a、c两点间的电压瞬时值为110 V,故B错误;滑动变阻器的滑片向上移,电阻变大,副线圈的电压由匝数和输入电压决定,电压表的示数不变,电流表示数减小,C错误;单刀双掷开关由a扳向b,原、副线圈匝数比变小,匝数与电压成正比,所以电压表和电流表的示数均变大,故D 正确.7.ACD[解析] 乙图是不完整的正弦式交流电,根据电压有效值的定义,有·2t,所以电压有效值U=110 V;根据变压器原理,电压表示数应是22 V,R处发生火灾时,温度升高,电阻变小,电流变大,R0消耗的电功率变大.8.(1)1 A(2)95 W[解析] (1)由电压—时间图像可知,发电机产生的交变电压的有效值为100 V.由闭合电路欧姆定律可得,通过该用电器的电流I==1 A.(2)由于用电器正常工作,故其额定功率P=I2R=12×95 W=95 W.9.(1)1∶20240∶11(2)96 kW[解析] (1)输电线损耗功率P损=P×4%=100 kW×4%=4 kW输电线电流I2= A=20 A升压变压器输出电压U2= V=5000 V升压变压器原、副线圈匝数比为输电线上的电压损失U损=I2R线=20×10 V=200 V降压变压器原线圈两端电压U3=U2-U损=4800 V降压变压器原、副线圈匝数比(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率,为P用=P-P损=P(1-4%)=100×96% kW=96 kW。
《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1~7小题只有一个选项正确,第8~12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.如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与交流电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框平面处于竖直面内.下述说法正确的是(D)A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最小D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电流表电流的有效值也增大一倍解析:交流电流表测量的是有效值,所以电流表有示数,故A错误;线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量为零,感应电动势最大,感应电流也最大,通过电流表的电流瞬时值最大,故B,C错误;根据E=NBSω可知,mω增大一倍,E也增大一倍,根据I==可知,通过电流表电流的有效值m也增大一倍,故D正确.2.一正弦交变电流随时间变化的规律如图所示,由图可知(C)A.该交变电流的瞬时值表达式为i=10sin25πt(A)B.该交变电流的频率为50HzC.该交变电流的方向每秒钟改变50次D.该交变电流通过阻值为2Ω的电阻时,此电阻消耗的功率为200W解析:由图像知T=0.04s,Im=10A,则ω==rad/s=50πrad/s,所以电流瞬时值的表达式为i=10sin50πt(A),故A错误;频率f==25Hz,故B错误;一个周期内电流方向改变2次,该交变电流的方向每秒钟改变50次,故C正确;电流有效值I==A=5A,将该交变电流通过阻值R=2Ω的电阻,电阻消耗的功率P=I2R=100W,故D错误.3.如图(甲)所示,在匀强磁场中有一个n=10匝的闭合矩形线圈绕轴匀速转动,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为5Ω,从图(甲)所示位置开始计时,通过线圈平面的磁通量随时间变化的图像如图(乙)所示,则(A)A.线圈转动过程中消耗的电功率为10π2WB.在t=0.2s时,线圈中的感应电动势为零,且电流改变一次方向C.所产生的交变电流感应电动势的瞬时值表达式为e=10πsin5πt(V)D.线圈从图示位置转过90°时穿过线圈的磁通量变化最快。
第十一章实验传感器的简单应用1. (2016 •浙江理综)如图所示为一种常见的身高体重测量仪。
测量仪顶部向下发射波 速为y 的超声波,超声波经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收的时间间隔。
质量为屈的测重台置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。
当测 重台没有站人时,测量仪记录的时间间隔为妇 输出电压为弘 某同学站上测重台,测量仪记录的吋间间隔为t.输出电压为则该同学的身高和质量分别为导学号21992755[解析]设测量仪高度和人的身高分别为〃和力,根据题意,没有站人时有/匸诗,站 得力=字内又由传感器输出的电压与作用在其上的压力成正比,则没 有站人时仇=盹,站人时〃=他+/〃)&,得刃=¥(〃一弘),故D 项正确。
2. (2016 •北京理综)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。
如图为某种热敏电 阻和金属热电阻的阻值斤随温度十变化的示意图。
由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导 电能力增强(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 影响更 敏感(选填“敏感”或“不敏感”)。
|导学号219927562年高考模拟M•2-NIAN-GA0-KA0-M0-NIA. r( to — t), —U C. r( to — t),仏B.》(£o —Z),D. t), /((J-LI)人时有〃一力=扌,[解析]由图可知,热敏电阻在温度上升时,阻值下降,故其导电能力增强;相对金属热电阻而言,热敏电阻在温度变化时,阻值变化明显,故对温度更敏感。
3.(2017 •江苏卷)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图1 所示,继电器与热敏电阻R,、滑动变阻器斤串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA 时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。
继电器的电阻约为20 Q,热敏电阻的阻值凡与温度Z的关系如下表所示。
|导学号21992757t/°C30. 010. 050. 060. 070. 080.0RJQ199. 5145.410& 162.949. 181.8(1)提供的实验器材有:电源5(3 V,内阻不计)、电源层(6 V,内阻不计)、滑动变阻器用(0〜200Q)、滑动变阻器局(0〜500Q)、热敏电阻心继电器、电阻箱(0〜999.9 Q)、开关S、导线若干。
单元质检十一 交变电流 传感器(时间:45分钟 满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。
在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求。
全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.(2017·湖南永州二模)一交变电流随时间变化的规律如图所示,由图可知( )A.该交变电流的瞬时值表达式为i=10sin 25πt AB.该交变电流的频率为50 HzC.该交变电流的方向每秒钟改变50次2 Ω的电阻时,此电阻消耗的功率为200 W,该交变电流的周期T=0.04 s,ω==50πrad/s,该交变电流的瞬时值表达式为i=10cos 50πt(A),A错误;ω=2πf,解得频率f=25 Hz,B错误;线圈转动一圈,电流方向改变两次,所以该交变电流的方向每秒钟改变50次,C正确;电阻消耗的功率P=I2R=×2W=100 W,D错误。
2.(2017·吉林长春质检)边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动,转速为n,线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示,图象中Φ0为已知。
则下列说法正确的是( )A.t1时刻线圈中感应电动势最大B.t2时刻线圈中感应电流为零C.匀强磁场的磁感应强度大小为e=2NπΦ0n cos 2πnt时刻线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为0,根据法拉第电磁感应定律可知此时线1圈中感应电动势为0,A项错误;t2时刻线圈的磁通量为零,但磁通量的变化率最大,根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电流为最大值,B项错误;磁通量与线圈匝数无关,根据磁通量的定义可得Φ0=Ba2,B=,C项错误;线圈中瞬时感应电动势的表达式为e=NBSωcos ωt=2NπΦ0n cos 2πnt,D项正确。
3.(2017·河北石家庄一模)如图所示为小型旋转电枢式交流发电机,电阻r=1 Ω的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与电路连接,滑动变阻器R的最大阻值为6 Ω,滑片P位于滑动变阻器距下端处,定值电阻R1=2 Ω,其他电阻不计,线圈匀速转动的周期T=0.02 s。
第十一章交变电流传感器[全国卷5年考情分析]基础考点常考考点(2013~2017考情统计)命题概率常考角度正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值(Ⅰ)远距离输电(Ⅰ)以上2个考点未曾独立命题交变电流、交变电流的图像(Ⅰ)'16Ⅲ卷T21(6分)独立命题概率20%(1)根据线框在磁场中的转动求解描述交变电流的物理量(2)根据交变电流的图像或表达式求解描述交变电流的物理量(3)变压器的基本原理和动态分析(4)远距离输电问题理想变压器(Ⅱ)'16Ⅰ卷T16(6分)'16Ⅲ卷T19(6分)'15Ⅰ卷T16(6分)'14Ⅱ卷T21(6分)独立命题概率70%综合命题概率80%实验十二传感器的简单使用'16Ⅰ卷T23(10分)综合命题概率30%第1节交变电流的产生及描述(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,一定会产生正弦式交变电流。
(×)(2)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大。
(×)(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时,线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变。
(√)(4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。
(√)(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。
(×)(6)交变电流的峰值总是有效值的2倍。
(×)解题中常用到的二级结论:(1)正弦交流电的产生:中性面垂直于磁场方向,线圈平面平行于磁场方向时电动势最大:E m=nBSω。
①线圈从中性面开始转动:e =E m sin ωt 。
②线圈从平行于磁场方向开始转动:e =E m cos ωt 。
(2)正弦交变电流的有效值与最大值的关系,对整个波形、半个波形、甚至14个波形都成立。
(3)非正弦交流电的有效值的求法:I 2RT =一个周期内产生的总热量。
突破点(一) 交变电流的产生和描述1.正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
《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1~7小题只有一个选项正确,第8~12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.如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与交流电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框平面处于竖直面内.下述说法正确的是( D )A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最小D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电流表电流的有效值也增大一倍解析:交流电流表测量的是有效值,所以电流表有示数,故A错误;线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量为零,感应电动势最大,感应电流也最大,通过电流表的电流瞬时值最大,故B,C错误;根据E m=NBSω可知,ω增大一倍,E m也增大一倍,根据,通过电流表电流的有效值也增大一倍,故D正确.2.一正弦交变电流随时间变化的规律如图所示,由图可知( C )A.该交变电流的瞬时值表达式为i=10sin 25πt(A)B.该交变电流的频率为50 HzC.该交变电流的方向每秒钟改变50次D.该交变电流通过阻值为2 Ω的电阻时,此电阻消耗的功率为200 W解析:由图像知T=0.04 s,I m=10 A,则ωπ rad/s,所以电流瞬时值的表达式为i=10sin 50πt(A),故A错误;频率25 Hz,故B错误;一个周期内电流方向改变2次,该交变电流的方向每秒钟改变50次,故C正确;电流有效值将该交变电流通过阻值R=2 Ω的电阻,电阻消耗的功率P=I2R=100 W,故D错误.3.如图(甲)所示,在匀强磁场中有一个n=10匝的闭合矩形线圈绕轴匀速转动,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为5 Ω,从图(甲)所示位置开始计时,通过线圈平面的磁通量随时间变化的图像如图(乙)所示,则( A )A.线圈转动过程中消耗的电功率为10π2 WB.在t=0.2 s时,线圈中的感应电动势为零,且电流改变一次方向C.所产生的交变电流感应电动势的瞬时值表达式为e=10πsin 5πt(V)D.线圈从图示位置转过90°时穿过线圈的磁通量变化最快解析:感应电动势峰值E m=nBSω=nBSΦm·×0.2×10π V,感应电动势的有效值E= V=5 V,线圈转动过程中消耗的电功率 W=10π2 W,故A正确;t=0.2 s时,磁通量为0,线圈中的感应电动势最大,电流方向不变,故B错误;ωrad/s= 5π rad/s,因为线圈从垂直中性面开始计时,所以交变电流感应电动势的瞬时值表达式为e=10πcos 5πt(V),故C错误;线圈从图示位置转过90°时,磁通量最大,磁通量变化率为0,故D错误. 4.已知某交变电流在一个周期内的波形如图所示,则该电流通过一阻值为10 Ω的电阻时的发热功率是( D )A.16 WB.18 WC.22.5 WD.28 W解析:由电流热效应可得2×(12R×0.2+22R×0.3)=I2R×1,解得I2=2.8 A2,电阻的热功率P=I2R=28 W.5.如图(甲)所示,为一种调光台灯电路示意图,它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度.给该台灯接220 V的正弦交流电电压后加在灯管两端的电压如图(乙)所示,则此时交流电压表的示数为( C )A.220 VB.110 V解析:设电压表示数即灯管两端电压的有效值为U,将交流电电压与直流电电压分别加在电阻R两端,分析一个周期内产生的热量,交流电电压产生的热量×直流电电压产生的热量T,解得U=110 V.6.如图(甲)所示,阻值为r=4 Ω的矩形金属线框与理想电流表、理想变压器原线圈构成回路,标有“12 V 36 W”字样的灯泡L与理想变压器的副线圈构成回路,灯泡L恰能正常发光,理想变压器原、副线圈的匝数之比为3∶1,矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律如图(乙)所示,则( D )A.理想变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式为πt(V)B.理想电流表A的示数为C.t=0.01 s时,矩形金属线框平面与磁场方向平行D.灯泡L与理想变压器的副线圈构成的回路中的电流方向每秒改变解析:灯泡正常发光,故副线圈两端的电压为U2=12 V,U1=2=36 V,输入端的最大电压为E m又ω rad/s=100π rad/s,故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=36πt(V),故A错误;通过副线圈的电流为I2得,I1=1 A,故电流表的示数为1 A,故B错误;t=0.01 s时,由(乙)图可知,产生的感应电动势最小,线框在中性面位置,即矩形金属线框平面与磁场方向垂直,故C错误;由(乙)图可知,周期为0.02 s,在一个周期内电流方向改变2次,则1 s内电流改变的次数为100次,故D正确.7.如图所示为理想变压器,三个灯泡L1, L2, L3都标有“4 V 4 W”,灯泡L4标有“4 V 8 W”,若它们都能正常发光,则变压器原、副线圈匝数比n1∶n2和ab间输入电压为( B )A.2∶1,16 VB.2∶1,20 VC.1∶2,16 VD.1∶2,20 V解析:L2,L3并联后与L4串联,灯泡正常发光,可得U2=8 V;P2=4 W+4 W+8W=16 W,根据输入功率等于输出功率U1I1=P2得U1所以U ab= U1+U L1=(16+4) V=20 V,故原、副线圈匝数比n1∶n2=16∶8=2∶1,故B8.冬季雨雪冰冻天高压电线容易覆冰,为清除高压输电线上的冰凌,有人设想利用电流的热效应除冰.若在正常供电时,高压线上送电电压为U,电流为I,热损耗功率为ΔP;除冰时,输电线上的热损耗功率需变为4ΔP.输电功率和输电线电阻认为是不变的,则除冰时( CD )A.输电电流为B.输电电压为2UC.输电电压为D.输电电流为2I解析:根据ΔP=I2r,输电线上的热损失功率变为原来的4倍,电流增加为原来的2倍,即为2I;由P=UI知,则输送电压变为故C,D正确.9.如图所示,导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上,圆环通过电刷与导线c,d相接.c,d两个端点接在匝数比为n1∶n2=10∶1的理想变压器原线圈两端,变压器副线圈接一滑动变阻器R0.匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,导体棒ab长为l(电阻不计),绕与ab平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO′以角速度ω匀速转动.如果滑动变阻器的阻值为R时,通过电流表的电流为I,则( AD )A.滑动变阻器上消耗的功率为P=100I2RB.变压器原线圈两端的电压U1=10IRC.取ab在环的最低端时t=0,则导体棒ab中感应电流的表达式是i=ωtD.ab沿环转动过程中受到的最大安培力解析:I2=10I,变阻器上消耗的功率2R,故A正确;副线圈的电压U2=I2R=10IR,U1= 10U2=100IR,故B错误;ab在最低点时,ab棒与磁场垂直,此时的感应电动势最大,感应电流最大,所以棒ab中感应电流的表达式为i=ωt,故C错误;ab在最低点时,感应电流最大,此时的安培力也是最大的,最大安培力为故D正确.10.如图所示,一理想变压器原线圈匝数n1=500,副线圈匝数n2=100,原线圈中接一交流电源,交流电源电压πt(V),副线圈中接一电动机,内阻为10 Ω,电流表A2示数为1 A.电表对电路的影响忽略不计,则下列说法正确的是( CD )A.此交变电流的频率为100 HzB.此电动机输出功率为44 WC.电流表A1示数为0.2 AD.如果电动机被卡住而不损坏,则电源的输出功率变为原来的4.4倍解析:ω=100π,频率故A错误;原线圈两端电压的有效值为U1 V=220 V,得U21220 V=44 V,输给电动机的电功率P入=U2I2=44×1 W=44 W,电动机内阻消耗的功率P损2×10 W=10 W,电动机的输出功率P出=P入-P损=34 W,故B错误;根据变压器输入功率等于输出功率即U1I1=U2I2,得I1A=0.2 A,故C正确;如果电动机被卡住而不损坏,电源输出功率P2倍,故D正确.11.如图所示,理想变压器为降压变压器,原线圈通过灯泡L1与正弦交变电流相连,副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连,开始时开关S处于断开状态.当S闭合后,所有灯泡都能发光.下列说法中正确的是( AB )A.灯泡L1和L2中的电流有效值可能相等B.灯泡L2两端的电压变小C.灯泡L1变亮,灯泡L2的亮度不变D.变压器原线圈的输入功率不变解析:降压变压器n1>n2,则I1<I2,当S接通后,I1等于灯泡L1的电流,I2是灯泡L2和L3的电流之和,则灯泡L1,L2中的电流有效值可能相等,故A正确;当S闭合后,变压器输出端负载电阻变小,输出功率变大,输出电流变大,变压器的输入功率等于输出功率,所以变压器的输入功率变大,输入电流变大,灯泡L1的电压增大变亮,原线圈电压减小,匝数不变,故副线圈电压减小,灯泡L2两端的电压变小,变暗,故B正确,故C,D错误.12.图(甲)是交流发电机的示意图,发出的电能直接输出到理想变压器的原线圈,○V为理想交流电压表.变压器的副线圈接有三个支路,每个支路接有相同规格的小灯泡L1,L2和L3,且L2串有理想电感器L,L3串有电容器C.发电机两磁极 N,S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图(乙)所示.以下判断正确的是( BC )A.图(甲)线圈位置叫中性面,此时所产生的感应电动势最大,电压表示数为10 VB.线圈转动的角速度为100π rad/s,0.02 s时线圈内电流的流向是DCBAC.如果灯泡L1恰好正常发光,那么L2,L3两小灯泡都能发光但比L1要暗D.增大线圈的转动速度,L1,L2,L3三个小灯泡的亮度均不会变化解析:图(甲)线圈位置与中性面垂直,产生的感应电动势最大,电压表示数为有效值V,故A错误;线圈转动的角速度为ω=π rad/s,0.02 s时线圈内电流的流向与0时刻线圈内电流的流向相同,根据右手定则知电流流向是DCBA,故B正确;由于线圈有感抗,电容有容抗,所以灯泡L2,L3两端的电压比灯泡L1两端的电压小,则L2,L3两小灯泡都能发光但比L1要暗,故C正确;增大线圈的转速,则频率增大,感抗增大,容抗减小,且变压器的输出电压增大,则灯泡L1变亮,灯泡L2亮度变化情况无法判断,灯泡L3变亮,故D 错误.二、非选择题(共52分)13.(6分)热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图(甲)所示,由热敏电阻R1作为传感器制作的自动报警器电路图如图(乙)所示,为了使温度过高时报警器铃响,c应与(填“a”或“b”)连接;若使报警的报警温度提高些,应将P向(填“左”或“右”)移动.解析:根据图(甲)中曲线的趋势可以得出,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时发送报警信息,则热敏电阻阻值小,通过电磁铁的电流大,衔铁被吸附,触点与a接通时,报警器所在电路应接通,故开关c应该接在a处,若使报警的报警温度提高些,应使电路中电阻增大,则滑动变阻器的滑片P向左移动.答案:a 左评分标准:每空3分.14.(9分)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器R(电阻会随所受压力大小发生变化的可变电阻),显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成,压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa,且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V,请回答:(1)把R写成关于F的函数关系式,R= .(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘上示数为mA处.(3)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为 20 mA,这个人的重量是N.解析:(1)F=0时,R=300 Ω;当F=1 000 N时,R=180 Ω,得R=300-(2)F=0时,R=300 Ω,由闭合电路欧姆定律有×10-2A=16 mA,即该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘16 mA处.(3)由闭合电路欧姆定律有R′Ω=240 Ω,由表中数据得,F=500 N,则此人的重量是500 N.答案(2)16 (3)500评分标准:每空3分.15.(8分)如图所示,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=nBSω=nBl1l2ω=1.6 V.(2分)(2)I m分)电流表读数为有效值I=分)(3)P=I2R=0.12 W.(2分)答案:(1)1.6 V (2)0.11 A (3)0.12 W16.(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 Ω的电阻,已知原副线圈的匝数比为2∶1.(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,U2=U1=110 V(1分)则副线圈两端电压最大值U2m=110分)即二极管耐压值为156 V.(2)交变电流的周期则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=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2RT(2分)解得× A=7.78 A.(1分)答案:(1)156 V (2)605 J (3)7.78 A17.(10分)如图所示,N=50匝的矩形线圈abcd,边长ab=20 cm,ad= 25 cm,放在磁感应强度B=0.4 T的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n=3 000 r/min的转速匀速转动,线圈电阻r=1 Ω,外电路电阻R=9 Ω,t=0时线圈平面与磁感线平行,ab边正好转出纸外,cd边转入纸里.(1)在图中标出t=0时感应电流的方向;(2)写出线圈感应电动势的瞬时表达式;(3)线圈转一圈外力做功多少?解析:(1)根据右手定则得出感应电流的方向是adcb,如图.(2分)(2)n=3 000 r/min=50 r/s,所以线圈的角速度ω=2π·n=100π rad/s(1分)感应电动势的最大值E m=NBSω=314 V(1分)所以感应电动势的瞬时值表达式为e=E m cos ωt=314cos 100πt(V).(2分)(3)电动势有效值电流周期线圈转一圈外力做功等于电功的大小,即W=I2(R+r)T=98.6 J.(4分)答案:(1)见解析(2)e=314cos 100πt(V)(3)98.6 J18.(11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 Ω,升压变压器的原、副线圈匝数之比为1∶5,降压变压器的原、副线圈匝数之比为4∶1,副线圈与纯电阻组成闭合电路,用户用电器电阻R0= 11 Ω.若T1,T2均为理想变压器,T2的副线圈两端电压表达式为u=πt(V).求:(1)用户端的用电电流I3和输电电流I2;(2)输电线上损耗的电压ΔU和损耗的功率ΔP;(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分)根据解得I2=5 A.(1分)(2)输电线上损失的电压ΔU=I2R=5×10 V=50 V.(2分)输电线上损耗的功率Δ2×10 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)解得U1=186 V(1分)根据能量守恒,P1=P2=U2I2=930×5 W=4 650 W.(2分)答案:(1)20 A 5 A (2)50 V 250 W (3)186 V 4 650 W。