2013届高考物理第一轮单元综合测试题5

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 sin2ωtB ．i ＝4I m sin2ωtC ．i ＝2I m sin ωtD ．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：A2．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1A ．220 V,220 VB ．220 V,110 VC ．110 V,110 VD ．220 V,0解析：对变压器，由U 1U 2＝n 1n 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：B3．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 kWB ．1.6×103 kWC ．1.6 kWD ．10 kW解析：用电器的额定电流为：I ＝P U ＝40×103800A ＝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：A4．(2011·福建卷)图2甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1：n 2＝5：1，电阻R ＝20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图2乙所示．现将S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光．下列说法正确的是( )图2A ．输入电压u 的表达式u ＝202sin(50πt )VB ．只断开S 2后，L 1、L 2均正常发光C ．只断开S 2后，原线圈的输入功率增大D ．若S 1换接到2后，R 消耗的电功率为0.8 W解析：由图象可知U m ＝202，T ＝0.02 s ，故ω＝2πT ＝100π，即输入电压u 的表达式u＝202sin(100πt )V ，所以A 项错误．断开S 2后两灯泡串联，总电压仍为4 V ，所以L 1、L 2均不能正常发光，B 项错误．根据P 入＝P 出＝U 2R 可知断开S 2后R 增大，P 入变小，C 项错误．若S 1接2，由P ＝U 2R 可得P ＝4220W ＝0.8 W ，故答案为D.答案：D图35．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46．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：ABD7．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( )图5A ．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 ＝εS4πkd 知，A 对；由Q ＝CU 知，C 对，D 错．答案：AC8．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( )图6A．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：C9．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()图7A．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：BD10．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8A．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)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．图9(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℃<T1<95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．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.答案：(1)实验原理电路图如图10所示．图10(2)d.电阻箱的读数R0e．仍为I0电阻箱的读数R1f．R0－R1＋150 Ω12．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10(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1313．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l 1＝0.05 m ，宽l 2＝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 ＝nBωl 1l 2＝1.6 V. (2)I m ＝E mR ＋r＝0.16 A ，电流表读数为有效值 I ＝I m2＝0.11 A. (3)P ＝I 2R ＝0.12 W.答案：(1)1.6 V (2)0.11 A (3)0.12 W14．(2011·江苏卷)图14(1)为一理想变压器，ab 为原线圈，ce 为副线圈，d 为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u －t 图象如图14(2)所示．若只在ce 间接一只R ce ＝400 Ω的电阻，或只在de 间接一只R de ＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.图14(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式； (2)求只在ce 间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I 1； (3)求ce 和de 间线圈的匝数比n ce n de .解析：(1)由题图(2)知ω＝200πrad/s 电压瞬时值u ab ＝400sin200πt (V)． (2)电压有效值U 1＝2002V ， 理想变压器P 1＝P 2， 原线圈中的电流I 1＝P 1U 1，解得I 1≈0.28 A(或25A)． (3)设ab 间匝数为n 1，U 1n 1＝U ce n ce ， 同理U 1n 1＝U den de， 由题意知U ce 2R ce ＝U de 2R de ，解得n cen de ＝R ceR de， 代入数据得n ce n de ＝43. 答案：(1)u ab ＝400sin200πt (V) (2)0.28 A(或25A) (3)n ce n de ＝4315．有条河流，流量Q ＝2 m 3/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U 0＝240 V ；输送电路如图15所示．图15为满足输电要求，据ΔP 损＝I 送2R 有I 送＝ΔP 损/R ＝P 输出×6%R＝5×104×0.0630A＝10A ，则送电电压为U 送＝P 输出I 送＝5×10410V＝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＝5×104－5×104×0.06100(盏)＝470(盏)．答案：6：125 235：11 470图1616．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？ 解析：图17(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＝DCh ②由①②两式得a ＝g ·DCh③又设列车加速度为a 时，电压表读数为U ′， U ′U ＝R DC R AB ＝DCL ④ 由④得DC ＝U ′L /U ⑤ 将⑤代入③得a ＝g ·U ′L Uh⑥(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．U′L答案：(1)a＝g·Uh(2)均匀。