2020版高考物理一轮复习单元质检11 交变电流传感器(含解析)

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.右图是一种测定压力的电容式传感器,A为固定电极,B为可动电极,组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定,当待测压力施加在可动电极上时,可动电极发生形变,从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器与零刻线在中央的灵敏电流表和电源串联,组成闭合电路,已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时(　　)

A.电容器的电容将减小

B.灵敏电流表指针在正中央零刻线处不动

C.灵敏电流表指针向左偏转

D.灵敏电流表指针向右偏转

答案D

解析当待测压力增大时,电容器极板间距离减小,由C=知,电容器的电容增大,选项A错误;由于电容器与电源相连,故电压U不变,由Q=CU知,电容器的电荷量将增加,即电容器需充电,故电流从电流表的正接线柱流入,指针将向右偏转,选项B、C错误,D正确。

2.远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R,变压器为理想变压器,下列关系式中正确的是(　　)

A. B.I2=

C.I1U1=R D.I1U1=I2U2

答案D

解析根据理想变压器的工作原理得I1U1=I2U2、,公式中的U2不是加在R两端的电压,故I2≠,而I1U1等于R上消耗的功率R与下一级变压器的输入功率之和。只有选项D正确。

3.下图为两根间距为20 cm的无限长光滑金属导轨,电阻不计,其左端连接一阻值为10 Ω的定值电阻,两导轨之间存在着磁感应强度为1 T的匀强磁场,磁场边界虚线为正弦曲线的一部分。一阻值为10 Ω的光滑导体棒,在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动(接触电阻不计),交流电压表和交流电流表均为理想电表。则(　　)

A.回路中产生的是正弦式交变电流

B.电压表的示数是2 V

C.导体棒运动到图示虚线位置时,电流表示数为零

D.导体棒上消耗的热功率为0.2 W

答案A

解析由磁场边界虚线为正弦曲线的一部分,可知导体棒切割磁感线产生正弦式交变电流,A正确;感应电动势最大值Em=Blmv=2V,电压表测的是有效值,即为U==1V,B错误;电流表测的是有效值,所以导体棒运动到图示虚线位置时,电流表示数不为0,C错误;导体棒上消耗的热功率为P=W=0.1W,D错误。

4.如图所示,匝数为100的矩形线圈abcd位于磁感应强度B= T的水平匀强磁场中,线圈面积S=0.5 m2,内阻不计。线圈绕垂直于磁场的轴以角速度ω=10π rad/s匀速转动。线圈通过金属滑环与理想变压器原线圈相连,在变压器的副线圈接入一只“12 V　12 W”的灯泡,灯泡正常发光。下列说法正确的是(　　)

A.通过灯泡的交变电流的频率是50 Hz

B.变压器原、副线圈匝数之比为10∶1

C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120 V

D.若将灯泡更换为“12 V　24 W”且保证其正常发光,需要增大矩形线圈的转速

答案B

解析由ω=2πf可得通过灯泡的交变电流的频率是5Hz,选项A错误;矩形线圈在水平匀强磁场中转动产生感应电动势最大值为Em=NBSω=100××0.5×10πV=120V,变压器输入电压的有效值为120V,由变压器变压公式可知,变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,选项B正确,C错误;因副线圈电压仍为12V,故将灯泡更换为“12V　24W”仍将正常发光,不需要增大线圈的转速,选项D错误。

5.如图所示,一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=55∶1,原线圈接电压u=220sin 100πt V的交流电源,电表均为理想电表。闭合开关后,在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中,下列说法正确的是(　　)

A.副线圈交变电流的频率是100 Hz

B.电压表的示数为4 V

C.滑动变阻器两端的电压先变大后变小

D.电流表的示数变小

答案B

解析由电压公式知交变电流的角速度为ω=100πrad/s,则频率f==50Hz,变压器不改变电流的频率,故副线圈交变电流的频率是50Hz,A错误;原线圈两端的输入电压有效值为220V,由知,副线圈两端电压为U2=4V,即为电压表的读数,故B正确;在滑动变阻器的滑片P从最上端滑到最下端的过程中,电路中的总电阻减小,根据欧姆定律可知,变压器的输出电流增大,则输入的电流也增大,即电流表的示数变大,定值电阻R两端的电压变大,副线圈两端电压不变,所以滑动变阻器两端电压变小,故C、D错误。

6.图中甲、乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化。则下列说法正确的是(　　)

甲

乙

A.图甲表示交流,图乙表示直流

B.两种电压的有效值相等

C.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sin 100πt V

D.图甲所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后,频率不变

答案CD

解析电流方向随时间周期性变化的为交流,电流方向不改变的为直流,显然题中两图表示的都是交流,A错误;两种电压的最大值相同,但题图甲是正弦式交流电压,其有效值为V=220V,题图乙是锯齿形交流电压,有效值不能按正弦式交变电流有效值公式计算,B错误;题图甲所示的正弦式交流电压的周期为2×10-2s,则角速度ω==100πrad/s,所以交流电压的瞬时值表达式为u=311sin100πtV,C正确;变压器不改变交变电流的频率,D正确。

7.

右图为一自耦变压器,保持电阻R'和输入电压不变,以下说法正确的是(　　)

A.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

答案AD

解析由于U2=U1,所以P上移,U2减小,而Q下移,负载电阻R负增大,所以输出功率P2=减小,I1减小,A正确;Q上移,负载电阻R负减小,但U2不变,所以输出功率增大,电流表的示数增大,B错;同理,分析可知,C错,D正确。

8.如图所示,一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1,原线圈接入电压为220 V的正弦式交流电压,副线圈上接有两只理想二极管(正向电阻为0,反向电阻为无穷大)和两个电阻,且电阻R1=R2=50 Ω。电压表和电流表均为理想交流电表,则下列说法正确的是(　　)

A.电流表的示数为0.275 A

B.电压表的示数为55 V

C.1 min内电阻R1上产生的热量为3 630 J

D.电阻R2消耗的电功率为60.5 W

答案AB

解析根据,可得U2=55V,由于两只理想二极管反接,R1=R2=50Ω,所以电压表的示数为U=U2=55V,故B正确;电流I2=A,由,可得I1=0.275A,故A正确;1min内电阻R1上产生的热量为Q=R1t=1815J,故C错误;电阻R2消耗的电功率为P=R2=30.25W,故D错误。

二、实验题(20分)

9.下图为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。

(1)为了通过测量得到如图所示I-U关系的完整曲线,在图甲和图乙两个电路中应选择的是图　　　　　　;简要说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(电源电动势为9 V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0~100 Ω)

(2)

丙

在如图丙所示电路中,电源电压恒为9 V,电流表读数为70 mA,定值电阻R1=250 Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知,此时热敏电阻两端的电压为　　　　 V,电阻R2的阻值为　　　　Ω。 

答案(1)甲　因为甲电路电压可从0 V调到所需电压,电压调节范围大　(2)5.0　117.6

解析(1)应选择图甲。因为图甲电路电压可从0V调到所需电压,电压调节范围大。

(2)由题图丙知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9V电源上,总电流I=70mA。R1=250Ω,设通过热敏电阻的电流为I2,通过R1的电流为I1=A=0.036A=36mA,则I2=I-I1=(70-36)mA=34mA,由I-U图像查得34mA对应的电压为5.0V,则R2两端电压U2=9V-5.0V=4.0V,所以R2==117.6Ω。

三、计算题(本题共2小题,共32分)

10.(16分)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π,磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l。线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动,bc和ad边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r,外接电阻为R。求:

(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小Em;

(2)线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F;

(3)外接电阻上电流的有效值I。

答案(1)2NBl2ω　(2)　(3)

解析(1)bc、ad边的运动速度v=ω

感应电动势Em=4NBlv

解得Em=2NBl2ω。

(2)电流Im=

安培力F=2NBIml

解得F=。

(3)一个周期内,通电时间t=T

R上消耗的电能W=Rt且W=I2RT

解得I=。

11.(16分)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=3∶1,原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若干“6 V

6 W”的相同灯泡。输入端交流电压u的图像如图乙所示。

(1)求图甲中电压表的读数;

(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数;

(3)为满足第(2)问中要求,求可变电阻R应调到的电阻值。

答案(1)9 V　(2)9　(3)Ω

解析(1)根据图像可得原线圈电压的最大值U1m=27V

其有效值为U1=27V

根据n1∶n2=U1∶U2

可得U2=9V

即电压表的读数为9V。

(2)设原线圈中通过的电流为I1,副线圈中通过的电流为I2

I1允许通过的最大电流的有效值为3A

根据U1I1=U2I2

代入数据后可得I2=9A

正常发光时每个灯泡中电流为I灯==1A

所以允许接入的灯泡个数为n==9。

(3)电阻R两端电压为UR=U2-U灯=3V,通过的电流为9A

所以电阻阻值为R=Ω。