高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器綜合檢測（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

交變電流傳感器綜合檢測(時間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分.在每小題給出的四個選項(xiàng)中,第1～7小題只有一個選項(xiàng)正確,第8～12小題有多個選項(xiàng)正確,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不選的得0分)1.如圖所示,矩形線框置于豎直向下的磁場中,通過導(dǎo)線與交流電流表相連,線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,圖中線框平面處于豎直面內(nèi).下述說法正確的是(D)A.因?yàn)榫€框中產(chǎn)生的是交變電流,所以電流表示數(shù)始終為零B.線框通過圖中位置瞬間,穿過線框的磁通量最大C.線框通過圖中位置瞬間,通過電流表的電流瞬時值最小D.若使線框轉(zhuǎn)動的角速度增大一倍,那么通過電流表電流的有效值也增大一倍解析:交流電流表測量的是有效值,所以電流表有示數(shù),故A錯誤;線框通過圖中位置瞬間,穿過線框的磁通量為零,感應(yīng)電動勢最大,感應(yīng)電流也最大,通過電流表的電流瞬時值最大,故B,C錯誤;根據(jù)Em=NBSω可知,ω增大一倍,Em也增大一倍,根據(jù)I==可知,通過電流表電流的有效值也增大一倍,故D正確.2.教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流.利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電,電路如圖所示,理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I,U,R消耗的功率為P.若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?則(B)A.R消耗的功率變?yōu)镻 B.電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閁C.電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I D.通過R的交變電流頻率不變解析:發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?由E=知,原線圈中輸入電壓U1變?yōu)樵瓉淼?交變電流的頻率f變?yōu)樵瓉淼?D錯誤;根據(jù)=,則副線圈的輸出電壓U2變?yōu)樵瓉淼?即U2=U,B正確;R消耗的功率P2==P,A錯誤;副線圈中的電流I2變?yōu)樵瓉淼?根據(jù)=知,原線圈中的電流I1變?yōu)樵瓉淼?即電流表A的讀數(shù)變?yōu)?C錯誤.3.小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共有N匝,每匝可簡化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場視為勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于線圈中心軸OO′,線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示.矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值都為E0,該發(fā)電機(jī)外接負(fù)載電阻,則(D)A.當(dāng)線圈處于中性面位置時磁通量的變化率最大B.線圈從中性面位置轉(zhuǎn)過180°過程中,線圈中磁通量的變化量為零C.線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢的有效值為NE0D.線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢的最大值為2NE0解析:圖示位置穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,A錯;線圈從中性面位置轉(zhuǎn)過180°過程中線圈中磁通量的變化量不為零,B錯;每匝線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為2E0,故N匝線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢的最大值為2NE0,有效值為NE0,所以C錯,D對.4.已知某交變電流在一個周期內(nèi)的波形如圖所示,則該電流通過一阻值為10Ω的電阻時的發(fā)熱功率是(D)A.16W B.18W C.22.5W D.28W解析:由電流熱效應(yīng)可得2×(12×R×0.2+22×R×0.3)=I2R×1,解得I2=2.8A2,電阻的熱功率P=I2R=28W.5.如圖(甲)所示,為一種調(diào)光臺燈電路示意圖,它通過雙向可控硅電子器件實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)節(jié)亮度.給該臺燈接220V的正弦交流電壓后加在燈管兩端的電壓如圖(乙)所示,則此時交流電壓表的示數(shù)為(C)A.220V B.110V C.110V D.55V解析:設(shè)電壓表示數(shù)即燈管兩端電壓的有效值為U,將交流電壓與直流電壓分別加在電阻R兩端,分析一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量,交流電壓產(chǎn)生的熱量Q=×+×=T,直流電壓產(chǎn)生的熱量Q=T,解得U=110V.6.如圖(甲)所示,阻值為r=4Ω的矩形金屬線框與理想電流表、理想變壓器原線圈構(gòu)成回路,標(biāo)有“12V36W”字樣的燈泡L與理想變壓器的副線圈構(gòu)成回路,燈泡L恰能正常發(fā)光,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為3∶1,矩形金屬線框在勻強(qiáng)磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖(乙)所示,則(D)A.理想變壓器原線圈輸入電壓的瞬時值表達(dá)式為u=40sin100πt(V)B.理想電流表A的示數(shù)為AC.t=0.01s時,矩形金屬線框平面與磁場方向平行D.燈泡L與理想變壓器的副線圈構(gòu)成的回路中的電流方向每秒改變100次解析:燈泡正常發(fā)光,故副線圈兩端的電壓為U2=12V,根據(jù)=得U1=U2=36V,輸入端的最大電壓為Em=36V,又ω==rad/s=100πrad/s,故原線圈輸入電壓的瞬時值表達(dá)式為u=36sin100πt(V),故A錯誤;通過副線圈的電流為I2==A=3A,根據(jù)=得,I1=1A,故電流表的示數(shù)為1A,故B錯誤;t=0.01s時,由(乙)圖可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最小,線框在中性面位置,即矩形金屬線框平面與磁場方向垂直,故C錯誤;由(乙)圖可知,周期為0.02s,在一個周期內(nèi)電流方向改變2次,則1s內(nèi)電流改變的次數(shù)為100次,故D正確.7.在如圖所示的理想變壓器的電路中,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1,電阻R1=R2,電流表和電壓表均為理想電表,若電流表的示數(shù)為0.5A,電壓表的示數(shù)為5V,則電阻R1的大小為(D)A.10Ω B.15Ω C.20Ω D.25Ω解析:電壓表的示數(shù)為5V,則副線圈中的電流I2=;原線圈中的電流I1=I2=;原線圈電壓U1=U2=10V;R1的電流IR1=;由題意可知+=0.5,解得R=25Ω,故選D.8.冬季雨雪冰凍天高壓電線容易覆冰,為清除高壓輸電線上的冰凌,有人設(shè)想利用電流的熱效應(yīng)除冰.若在正常供電時,高壓線上送電電壓為U,電流為I,熱損耗功率為ΔP;除冰時,輸電線上的熱損耗功率需變?yōu)?ΔP.輸電功率和輸電線電阻認(rèn)為是不變的,則除冰時(CD)A.輸電電流為 B.輸電電壓為2UC.輸電電壓為 D.輸電電流為2I解析:根據(jù)ΔP=I2r,輸電線上的熱損失功率變?yōu)樵瓉淼?倍,電流增加為原來的2倍,即為2I;由P=UI知,輸送電壓變?yōu)?故C,D正確.9.如圖所示,將一根電阻為R的絕緣硬金屬導(dǎo)線彎成一個標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線形狀,其兩端a,b通過小金屬環(huán)保持與長直金屬桿有著良好但無摩擦的接觸,導(dǎo)線與桿相交處二者絕緣,金屬導(dǎo)線兩端a,b間距離為2d,最高點(diǎn)到ab連線的距離為L,金屬桿電阻忽略不計(jì),空間中存在有理想邊界的勻強(qiáng)磁場,寬度為d,方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,磁場的邊界與金屬桿垂直,M和N位于磁場區(qū)域的邊界上,在外力的作用下,導(dǎo)線以恒定的速度v向右勻速運(yùn)動,從b位于M左側(cè)的某一位置運(yùn)動到a位于N右側(cè)的某一位置,則在此過程中,以下說法正確的是(BD)A.導(dǎo)線上有電流通過的時間為B.導(dǎo)線上有電流通過的時間為C.外力所做的功為D.金屬導(dǎo)線所產(chǎn)生的焦耳熱為解析:由題意得,電流的產(chǎn)生時間b到M開始,a到N結(jié)束,則導(dǎo)線上有電流的時間t=,故A錯誤,B正確;在導(dǎo)線穿過磁場的過程中規(guī)定電流沿金屬桿從a到b為電流的正方向,產(chǎn)生的電流隨時間變化的圖象如圖所示.熱量Q的計(jì)算式為Q=()2·R·t+()2·R·t,又t=,解得Q=,由功能關(guān)系可知,外力做功W=Q=,故C錯誤,D正確.10.如圖所示,一理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=500,副線圈匝數(shù)n2=100,原線圈中接一交流電源,交流電源電壓u=220sin100πt(V),副線圈中接一電動機(jī),內(nèi)阻為10Ω,電流表A2示數(shù)為1A.電表對電路的影響忽略不計(jì),則下列說法正確的是(CD)A.此交變電流的頻率為100HzB.此電動機(jī)輸出功率為44WC.電流表A1示數(shù)為0.2AD.如果電動機(jī)被卡住而不損壞,則電源的輸出功率變?yōu)樵瓉淼?.4倍解析:ω=100πrad/s,頻率f==Hz=50Hz,故A錯誤;原線圈兩端電壓的有效值為U1=V=220V,由=,得U2=U1=×220V=44V,輸給電動機(jī)的電功率P入=U2I2=44×1W=44W,電動機(jī)內(nèi)阻消耗的功率P損=r=12×10W=10W,電動機(jī)的輸出功率P出=P入-P損=34W,故B錯誤;根據(jù)變壓器輸入功率等于輸出功率即U1I1=U2I2,得I1==A=0.2A,故C正確;如果電動機(jī)被卡住而不損壞,電源輸出功率P2==W=193.6W,電源的輸出功率為原來的=4.4倍,故D正確.11.如圖所示,理想變壓器為降壓變壓器,原線圈通過燈泡L1與正弦式交變電流相連,副線圈通過導(dǎo)線與兩個相同的燈泡L2和L3相連,開始時開關(guān)S處于斷開狀態(tài).當(dāng)S閉合后,所有燈泡都能發(fā)光.下列說法中正確的是(AB)A.燈泡L1和L2中的電流有效值可能相等B.燈泡L2兩端的電壓變小C.燈泡L1變亮,燈泡L2的亮度不變D.變壓器原線圈的輸入功率不變解析:降壓變壓器n1>n2,則I1<I2,當(dāng)S接通后,I1等于燈泡L1的電流,I2是燈泡L2和L3的電流之和,則燈泡L1,L2中的電流有效值可能相等,故A正確;當(dāng)S閉合后,變壓器輸出端負(fù)載電阻變小,輸出功率變大,輸出電流變大,變壓器的輸入功率等于輸出功率,所以變壓器的輸入功率變大,輸入電流變大,燈泡L1的電壓增大變亮,原線圈電壓減小,匝數(shù)不變,故副線圈電壓減小,燈泡L2兩端的電壓變小,變暗,故B正確,故C,D錯誤.12.圖(甲)是交流發(fā)電機(jī)的示意圖,發(fā)出的電能直接輸出到理想變壓器的原線圈,為理想交流電壓表.變壓器的副線圈接有三個支路,每個支路接有相同規(guī)格的小燈泡L1,L2和L3,且L2串有理想電感器L,L3串有電容器C.發(fā)電機(jī)兩磁極N,S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場.線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置開始計(jì)時,產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖(乙)所示.以下判斷正確的是(BC)A.圖(甲)線圈位置叫中性面,此時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,電壓表示數(shù)為10VB.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為100πrad/s,0.02s時線圈內(nèi)電流的流向是DCBAC.如果燈泡L1恰好正常發(fā)光,那么L2,L3兩小燈泡都能發(fā)光但比L1要暗D.增大線圈的轉(zhuǎn)動速度,L1,L2,L3三個小燈泡的亮度均不會變化解析:圖(甲)線圈位置與中性面垂直,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,電壓表示數(shù)為有效值,U==V=10V,故A錯誤;線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω==rad/s=100πrad/s,0.02s時線圈內(nèi)電流的流向與0時刻線圈內(nèi)電流的流向相同,根據(jù)右手定則知電流流向是DCBA,故B正確;由于線圈有感抗,電容有容抗,所以燈泡L2,L3兩端的電壓比燈泡L1兩端的電壓小,則L2,L3兩小燈泡都能發(fā)光但比L1要暗,故C正確;增大線圈的轉(zhuǎn)速,則頻率增大,感抗增大,容抗減小,且變壓器的輸出電壓增大,則燈泡L1變亮,燈泡L2亮度變化情況無法判斷,燈泡L3變亮,故D錯誤.二、非選擇題(共52分)13.(6分)熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線如圖(甲)所示,由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的自動報(bào)警器電路圖如圖(乙)所示,為了使溫度過高時報(bào)警器響鈴,c應(yīng)與(填“a”或“b”)連接;若使報(bào)警的報(bào)警溫度提高些,應(yīng)將P向(填“左”或“右”)移動.

解析:根據(jù)圖(甲)中曲線的趨勢可以得出,熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,為了使溫度過高時發(fā)送報(bào)警信息,則熱敏電阻阻值小,通過電磁鐵的電流大,銜鐵被吸附,觸點(diǎn)與a接通時,報(bào)警器所在電路應(yīng)接通,故開關(guān)c應(yīng)該接在a處,若使報(bào)警的報(bào)警溫度提高些,應(yīng)使電路中電阻增大,則滑動變阻器的滑片P向左移動.答案:a左評分標(biāo)準(zhǔn):每空3分.14.(9分)某同學(xué)利用滿偏電流為500μA的電流表、熱敏電阻等制作電子溫度計(jì).(1)制作的過程中需要測出該電流表G的內(nèi)阻,所用的電路如圖(甲),主要步驟是:①閉合開關(guān)S1,調(diào)節(jié)滑動變阻器R1,使G指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度;②保持R1不變,再閉合開關(guān)S2,調(diào)節(jié)電阻箱R2,使G指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半,讀出此時R2的阻值為299.0Ω,可認(rèn)為Rg=R2,實(shí)驗(yàn)時,圖(甲)電路中的滑動變阻器R1和電源有下列器材可供選擇:A.滑動變阻器(0～200Ω)B.滑動變阻器(0～20kΩ)C.電源(1.5V,內(nèi)阻不計(jì))D.電源(9V,內(nèi)阻不計(jì))為了使測量Rg盡量精確,R1應(yīng)選,電源應(yīng)選.(填選項(xiàng)前的字母)

(2)溫度0～300℃范圍內(nèi),某熱敏電阻的阻值Rt隨溫度t(℃)的變化情況為Rt=200+50t(Ω),把這個熱敏電阻、標(biāo)準(zhǔn)定值電阻、電池、開關(guān)與電流表G串聯(lián)起來,電路如圖(乙),電流表G的表盤如圖(丙).用該熱敏電阻作探頭,將G表盤上的電流刻度值改成對應(yīng)的溫度值,制作成簡單的電子溫度計(jì).已知電池的電動勢E=1.5V,內(nèi)阻未知,標(biāo)準(zhǔn)定值電阻的阻值R0=2500Ω,根據(jù)(1)中測得的Rg值和閉合電路歐姆定律,得出電流表G表盤上500μA刻度處對應(yīng)的溫度刻度值是0℃,則300μA刻度處對應(yīng)的溫度刻度值是℃.

(3)由于用圖(甲)電路測定電流表的內(nèi)阻Rg在原理上存在一定的系統(tǒng)誤差,因而制作的電子溫度計(jì)在測量溫度時,測量值比真實(shí)值(選填“偏大”或“偏小”).

解析:(1)首先我們要知道半偏法測量電流表內(nèi)阻的方法以及測量原理:如題中的(甲)圖,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,S2斷開時,設(shè)電流表滿偏電流Ig=,實(shí)驗(yàn)要求R1?Rg,R1?r,這樣才有Ig≈500μA刻度處等于,當(dāng)S2閉合時,R2和Rg并聯(lián),并聯(lián)后總阻值R并<Rg?R1,這樣才有S2閉合后,電路中總電流幾乎不變,仍然近似等于;調(diào)節(jié)R2使電流表半偏為,所以流過R2的電流也為,所以R2=Rg.從上述原理可知,S2斷開與閉合,近似認(rèn)為干路中電流不變,前提是R1?Rg,故實(shí)驗(yàn)器材選擇應(yīng)滿足①電源電動勢盡可能大,②R1盡可能大,所以R1選用大量程B,電源選用電動勢較大的D.(2)電流表G表盤上500μA刻度處Rt=-r-Rg-R0=200Ω,300μA刻度處Rt=-r-Rg-R0=2200Ω,則有2200=200+50t,解得t=40℃.(3)測量的電流表內(nèi)阻的測量值比真實(shí)值要偏小,則對應(yīng)熱敏電阻阻值偏大,則測量的溫度偏大.答案:(1)BD(2)40(3)大評分標(biāo)準(zhǔn):(1)問每空2分;(2)問3分;(3)問2分15.(8分)如圖所示,一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動,磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直.線圈匝數(shù)n=40,電阻r=0.1Ω,長l1=0.05m,寬l2=0.04m,角速度ω=100rad/s,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T.線圈兩端外接電阻R=9.9Ω的用電器和一個交流電流表.求:(1)線圈中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢;(2)電流表的讀數(shù);(3)用電器上消耗的電功率.解析:(1)Em=nBSω=nBl1l2ω=1.6V.(2分)(2)Im==0.16A,(2分)電流表讀數(shù)為有效值I==0.11A.(2分)(3)P=I2R=0.12W.(2分)答案:(1)1.6V(2)0.11A(3)0.12W16.(8分)如圖所示,理想變壓器的原線圈接在220V、50Hz的正弦交流電源上,副線圈接有一理想二極管(正向電阻為零,反向電阻為無窮大)和一阻值為10Ω的電阻,已知原副線圈的匝數(shù)比為2∶1.(1)二極管的耐壓值至少為多少伏?(2)電阻R上1s內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為多少?(3)通過電阻R的電流的有效值為多少?(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析:(1)原線圈兩端電壓有效值U1=220V由=得,U2=U1=110V(1分)則副線圈兩端電壓最大值U2m=110V.(1分)即二極管耐壓值為156V.(2)交變電流的周期T==s=0.02s,則1s內(nèi)有50個周期由于二極管只允許正向電流通過,故1s內(nèi)只有0.5s有電流通過電阻.(1分)電阻R上1s內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q=t=×0.5J=605J.(2分)(3)設(shè)通過電阻R的電流的有效值為I,根據(jù)焦耳定律有·=I2RT(2分)解得I==×A=7.78A.(1分)答案:(1)156V(2)605J(3)7.78A17.(10分)如圖所示,N=50匝的矩形線圈abcd,邊長ab=20cm,ad=25cm,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場中,外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO′軸以n=3000r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動,線圈電阻r=1Ω,外電路電阻R=9Ω,t=0時線圈平面與磁感線平行,ab邊正好轉(zhuǎn)出紙外,cd邊轉(zhuǎn)入紙里.(1)在圖中標(biāo)出t=0時感應(yīng)電流的方向;(2)寫出線圈感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式;(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功多少?解析:(1)根據(jù)右手定則得出感應(yīng)電流的方向是adcb,如圖.(2分)(2)n=3000r/min=50r/s,所以線圈的角速度ω=2πn=100πrad/s(1分)感應(yīng)電動勢的最大值Em=NBSω=314V(1分)所以感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=Emcosωt=314cos100πt(V).(2分)(3)電動勢有效值E=,電流I=,周期T=,線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功等于電功的大小,即W=I2(R+r)T=