2010-2011 学年第二学期专题检测物理学科选修3-2 第十章交变电流传感器( 时间 90 分钟，满分 100 分)一、选择题 ( 本大题共 10 个小题，共 50 分，每题起码有一个选项正确，全部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得0 分)1．如图 1 所示，电路中有四个完整同样的灯泡，额定电压均为U，额定功率均为 P，变压器为理想变压器，此刻四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比n1∶ n2和电源电压 U1分别为()图 1．∶2UB ．∶2UA 1214．∶U．∶UC 2 1 4D 2 1 2分析：设灯泡正常发光时，额定电流为I 0. 由题图可知，原线圈中电流I 原＝I 0，副线圈中两灯并联，副线圈中电流 I 副＝2I 0，U副＝U，依据理想变压器的基本规律： I 原 n1＝I 副 n2得 n1∶n2＝2∶1； U 原 / U副＝ n1 / n2得 U 原＝2U，所以 U1＝4U.C 项正确．答案： C2．(2010 ·扬州模拟 ) 如图 2 所示，面积为 S、匝数为 N、电阻为 r 的线圈与阻值为 R 的电阻构成闭合回路，理想沟通电压表并联在电阻R 的两头．线圈在磁感觉强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转动轴以角速度ω 匀速转动．设线圈转动到图示地点的时辰t ＝ 0. 则()A．在t ＝时辰，线圈处于中性面，流过电阻R 的电流为，电压表的读数也为 0B． 1 秒钟内流过电阻 R的电流方向改变次C．在电阻 R 的两头再并联一只电阻后，电压表的读数将减小D．在电阻 R 的两头再并联一只电容较大的电容器后，电压表的读数不变分析：图示地点为中性面，但因为产生的是正弦式电流，故流过电阻的刹时电流是零，电压表的读数为其有效值，不是0，故 A 错；线圈每转过一圈，电流方向改变 2 次，故 1 秒内电流方向改变的次数为 B 正确； R 两头再并联电阻时，干路电流增大，路端电压减小，故电压表读数减小， C 正确；并上电容后，因为电路与交变电源相连，电容频频充电放电，该支路有电流经过，故电压表的读数也减小， D错误．答案： BC3.利用如图 3 所示的电流互感器能够丈量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比 n1∶n2＝∶，沟通电流表A 的示数是，则()110050 mA图 3A．被测电路的电流的有效值为 5 AB．被测电路的电流的均匀值为0.5 A C．被测电路的电流的最大值为D．原、副线圈中的电流同时达到最大值分析：沟通电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I 2＝＝0.05 A，50 mA得， I 1＝5 A ， A 对 B 错误；原线圈 ( 被测电路 ) 中电流的最大值C项正确；原线圈中电流最大时，线圈中磁通量的变化率等于零，此时副线圈中的电流最小；原线圈中电流等于 0 时，磁通量的变化率最大，副线圈中电流最大；所以原、副线圈中的电流有相位差，故不可以同时达到最大值，D项错误．答案： AC4．多半同学家里都有调光台灯、调速电电扇，过去是用变压器来实现上述调节的，弊端是成本高、体积大、效率低，且不可以随意调理灯的亮度或电扇的转速．现在的调光台灯、调速电电扇是用可控硅电子元件来实现调理的，如图 4 所示为一个经过双向可控硅电子元件调理后加在电灯上的电压，即在正弦式电流的每一被截去，进而改变了电灯上的电压．那么此刻电灯上的电压为()图 4分析：由有效值的定义知得项正确．答案： C5．如图 5 所示，一个匝数为10 的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为 T若把万用电表的选择开关拨到沟通电压挡，测得a、b 两点间.的电压为 20 V，则可知：从中性面开始计时，当t ＝T时，穿过线圈的磁通量的/8变化率约为()A． 1.41 Wb/s B ． 2.0 Wb/sC． 14.1 Wb/s D． 20.0 Wb/s分析：因为电压表丈量的是交变电流的有效值，由此能够计算出交变电压的最大值为 E m＝E＝20 V.交变电压的刹时价表达式为：当 t ＝ T/8时的刹时价为： e＝20 V 由法拉第电磁感觉定律知，对应当时辰磁通量的变化率为应选项 B 是正确的．答案： B6．(2009 ·四川高考 ) 如图 6 甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器，已知经过R1的正弦式电流如图乙所示，则()图 6A．交变电流的频次为0.02 HzB．原线圈输入电压的最大值为C．电阻 R2的电功率约为 6.67 WD．经过 R3的电流一直为零分析：由图乙可知交变电流的频次为50 Hz，所以 A 错．副线圈电压最大值U2＝I 2R2＝ 20 V，C对．因电容器接交变电流有充、放电现象，故 D 错．答案： C7．计算机光驱的主要部分是激秃顶，它能够发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激秃顶利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号办理系统，再经过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的表示图如图7 所示，此中 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()图 7A．当有光照耀 R1时，办理系统获取高电压B．当有光照耀 R1时，办理系统获取低电压C．信号办理系统每获取一次低电压就计数一次D．信号办理系统每获取一次高电压就计数一次分析：R1、R2和电源构成一个闭合电路，只有R2两头获取高电压时，办理系统才能进行信号办理，当激光照到光敏电阻时，R1的阻值变小，总电流变大，则R2两头获取高电压，所以选 A、D.答案： AD8．(2008 ·四川高考 ) 如图 8 所示，一理想变压器原线圈接入一沟通电源，副线圈电路中 R1、R2、 R3和 R4均为固定电阻，开关S 是闭合的 .和为理想电压表，读数分别为 U1和 U2；、和为理想电流表，读数分别为I 1、I 2和 I 3，现断开，U1数值不变，以下推测中正确的选项是S()图 8A．U2变小， I 3变小B．U2不变、 I 3变大C．I 1变小、 I 2变小D．I 1变大、 I 2变大分析：因为变压器的匝数与U1不变，所以 U2不变，故两电压表的示数均不变．当S 断开时，因为负载电阻增大，故副线圈中的电流I 2减小，因为输入功率等于输出功率，所以 I 1也将减小， C 正确；因为 R1的电压减小，故 R2、R3两头的电压将增大，I 3变大， B正确．答案： BC9．欧洲核子研究中心于2008 年 9 月 10 日启动了大型强子对撞机，如图9 甲所示，将一束质子流注入长27 km 的对撞机地道，使其加快后相撞，创建出与宇宙大爆炸以后万亿分之一秒时的状态相近似的条件，为研究宇宙发源和各样基本粒子特征供给强有力的手段．设n 个长度渐渐增大的金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到频次为 f 、最大电压值为 U 的正弦沟通电源上，图乙所示为其简化表示图．质子束以必定的初速度v0沿轴线射入圆筒实现加快，则()图 9A．质子在每个圆筒内都做加快运动B．质子只在圆筒间的空隙处做加快运动C．质子穿过每个圆筒的时间恰为交变电流的周期D．每个筒长应与其对应的地点成线性关系分析：因为同一个金属筒所处的电势同样，内部无场强，故质子在筒内必做匀速直线运动；而前后两筒间的电势差为U，故质子每次穿越空隙时将被电场加快，则 B 对 A 错．又因为各筒相间地连到频次为 f 的沟通电源上，故质子穿过每个圆筒的时间都应为交变电流的半个周期，故 C 错．若设 v n为质子在第 n 个筒内的速度，则筒长为即筒长与其Ln对应的地点不可线性关系，D项错误．答案： B10．一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω 时，线圈中产生的交变电动势的最大值为E0，周期为 T0，外力供给的功率为P0. 若使线圈转动的角速度变成 2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E，周期为 T，外力供给的功率为 P. 则 E、T 和 P的大小为()分析：设线圈为 N匝，面积为 S，所在地区磁感觉强度为 B，当角速度为ω时，产生的最大感觉电动势 E0＝NBSω，周期当角速度为 2ω时，产生的最大感觉电动势E＝ 2NBSω＝2E0，＝ 4P0. 应选项 D 对．答案： D二、实验题 ( 本大题共 2 个小题，共 10 分)11．(4 分)(2008 ·海南高考 ) 当光照耀到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变大”、“不变”或“变小”) ．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随 ________变化而改变的特征制成的．分析：此题考察传感器中两个常用元件光敏电阻和热敏电阻的性质．光敏电阻是感光元件，它的阻值随光照强度的加强而减小，它可把光学量变成电阻这一电学量，常用来制造光控开关，热敏电阻对温度反响敏感．答案：变小温度12．(6 分) 有一个教课用的可拆变压器，如图10 甲所示，它有两个用同样的导线绕制的线圈 A、 B，线圈外面还能够绕线．图 10(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后丈量了 A、B 线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的 a、b 地点，则 A 线圈的电阻为 ________Ω，由此可推测 ________线圈的匝数许多 ( 选填“ A”或“ B”) ．(2)假如把它看做理想变压器，现要丈量 A 线圈的匝数，供给的器械有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压沟通电源，请简要表达实验的步骤 ( 写出要测的物理量，并用字母表示 ) ：______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________；A线圈的匝数为 n A＝________.( 用所测物理量符号表示 )答案： (1)24A(2) ①用绝缘导线在线圈的外面或变压器的铁芯上绕制n 匝线圈；②将 A 线圈与低压沟通电源相连结；③用多用电表的沟通电压挡分别丈量 A 线圈的输入电压U A和绕制线圈的输出电压 Un( 其余方法，只需合理即可)三、计算题 ( 本大题共 4 个小题，共 40 分，解答时应写出必需的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)13．(8 分) 一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω 绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝ 100. 穿过每匝线圈的磁通量Φ 随时间按正弦规律变化，如图11 所示，发电机内阻r ＝5.0Ω，外电路电阻R＝95Ω.已知感觉电动势的最大值E m＝nωΦm，此中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串连在外电路中的沟通电流表( 内阻不计 ) 的读数．图 11分析：从Φ －t 图象能够看出Φm＝1.0×10－2Wb，T＝3.14×10－2s，答案： 1.4 A14．(10 分) 沟通发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220 匝，线圈面积 S＝0.05 m 2，线圈转动的频次为 50 Hz ，线圈内阻不计，磁场的磁感觉强度B＝．为用此发电机T所发出交变电流带动两个标有“220 V,11 kW ”的电机正常工作，需在发电机的输出端 a、b 与电机之间接一个理想变压器，电路如图12 所示，求：图 12(1)发电机的输出电压有效值为多少？(2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串连的沟通电流表的示数为多大？(3) 依据 P 入＝P出＝2.2 ×104 W再依据 P 入＝U1I 1，解得 I 1＝ 20 A.答案： (1)1100 V (2)5 ∶1 (3)20 A15．(10 分) 为了减少因火电站中煤的焚烧对大气的污染，当前正鼎力发展水电站．某一水电站发电机组设计为：水以 v1＝3 m/s 的速度流入水轮机后以v2＝ 1 m/s的速度流出，流出水位比流入的水位低 100 m，水流量为 Q＝100 m3 /s ，水轮机效率为 75%，发电机效率为 80%，求： ( g＝10 m/s 2，水的密度ρ＝103 kg/m 3)(1)发电机组的输出功率是多少？(2)假如发电机输出电压为 24 kV ，输电线路中能量损失为 0.05%，输电线电阻为 19.5Ω，那么所需升压变压器的原、副线圈匝数比是多少？分析： (1) 时间 t 内水流质量 m＝ρ Qt，水轮机获取的机械能(2)发电机的输出电流I 1＝P0/ U1≈2508 A输电线路损失P＝P0×0.05%输电电流知足 I 22＝P/ R，得 I 2≈39.3 A则升压变压器原、副线圈匝数比：n1∶n2＝I 2∶ I 1≈1∶64.答案： (1)6.02 ×107 W (2)1 ∶6416．(12 分) 如图 13 所示，一个半径为r 的半圆形线圈，以直径ab 为轴匀速转动，转速为 n，ab 的左边有垂直于纸面向里 ( 与 ab 垂直 ) 的匀强磁场，磁感觉强度为 B. M和 N 是两个集流环，负载电阻为 R，线圈、电流表和连结导线的电阻不计，求：(1)从图示地点起转过 1/4 转的时间内负载电阻 R 上产生的热量；(2)从图示地点起转过 1/4 转的时间内经过负载电阻 R 的电荷量；(3)电流表的示数．分析：线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如下图的交变电流．此交变电动势的最大值为E m＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2.(1) 在线圈从图示地点转过1/4 转的时间内，电动势的有效值为。
