高考物理总复习第十一章交变电流传感器综合检测教科版(2021年整理)

2019年高考物理总复习第十一章交变电流传感器综合检测教科版
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《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I==可知,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 Hz
C。

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ω== rad/s=50π rad/s,所以电流瞬时值的表达式为i=10sin 50πt（A)，故A错误；频率f== 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I== A=5 A,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 W
B。

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=nBS·=nΦm·=10×0.2× V= 10πV,感应电动势的有效值E== V=5π V,线圈转动过程中消耗的电功率P== W=10π2W,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；ω== rad/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 W B。

18 W C。

22.5 W D。

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 V B。

110 V C.110 V D。

55 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Q=×+×=T，直流电电压产生的热量Q=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u=40sin 100πt(V）
B.理想电流表A的示数为 A
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100次
解析：灯泡正常发光,故副线圈两端的电压为U2=12 V,根据=得U1= U2=36 V,输入端的最大电压为E m=36 V，又ω== rad/s=100πrad/s，故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=36sin 100πt(V)，故A错
误；通过副线圈的电流为I2== A=3 A，根据=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 V B。

2∶1,20 V
C。

1∶2，16 V D.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+8 W=16 W,根据输入功率等于输出功率U1I1=P2得U1= V=16 V,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B正确.
8.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2U
C.输电电压为输电电流为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=100I2R
B.变压器原线圈两端的电压U1=10IR
C。

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=Isin ωt
D。

ab沿环转动过程中受到的最大安培力F=BIl
解析：由=得I2=10I,变阻器上消耗的功率P=R=100I2R，故A正确;副线圈的电压U2=I2R=10IR,由=知变压器原线圈两端的电压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= Icos ωt,故C错误；ab在最
低点时,感应电流最大,最大值为I,此时的安培力也是最大的,最大安培力为F=BIl,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u=220sin 100πt（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 Hz
B。

此电动机输出功率为44 W
C。

电流表A1示数为0.2 A
D.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f== Hz=50 Hz，故A错误；原线圈两端电压的有效值为U1= V=220 V，由=，得U2=U1=×220 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=r=12×10 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I1== A=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== W=193。

6 W，电源的输出功率为原来的=4。

4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 V
B。

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DCBA C。

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,U== V=10 V，故A错误；线圈转动的角速度为ω= =
rad/s=100π 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1×107 Pa，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：
压力
0250500750100012501500…F/N
电阻300270240210180150120…
R/Ω
(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，所以= =-，得R=300— F.
(2)F=0时,R=300 Ω,由闭合电路欧姆定律有I==1。

6×10—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:(1)300- F （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==0。

16 A,(2分）
电流表读数为有效值
I==0。

11 A。

（2分)
（3）P=I2R=0。

12 W。

（2分）
答案:（1)1。

6 V (2）0.11 A （3)0.12 W
16.(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=得，
U2=U1=110 V(1分)
则副线圈两端电压最大值U2m=110 V。

(1分)
即二极管耐压值为156 V.
（2)交变电流的周期T== s=0.02 s,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=t=×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·=I2RT(2分)
解得I==× A=7。

78 A.（1分)
答案:（1）156 V (2)605 J （3)7.78 A
17。

(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E=，电流I=，
周期T=,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 J
18。

(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= 220sin 100πt（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== A=20 A,(2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
ΔP=R=52×10 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)
再根据升压变压器的原副线圈电压关系=，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。