1、江苏省高考物理复习第十一章交变电流及传感器练习手册第十一章 交变电流及传感器第1讲交变电流的产生和描述一、 单项选择题1. (2016南京、盐城一模)一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化的情况如下图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是 ()ABCD2. (2016无锡一模)一正弦式交变电流的电流随时间变化的规律如图所示.由图可知 ()A. 该交变电流的电流瞬时值的表达式为i=2sin(100t)AB. 该交变电流的频率是50HzC. 该交变电流的电流有效值为2 AD. 若该交变电流通过R=10的电阻,则电阻消耗的功率是20W3. (2017盐城中学)一台小型发电机的原理示意图如
2、图甲所示,单匝矩形线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示.已知发电机线圈内阻为1,外接标有灯泡和电压表,则下列说法中正确的是 ()甲乙A. 电压表的示数为220VB. 线圈转到如图甲所示位置时感应电动势为零C. 当t=0.01s时线圈中的磁通量最小为零D. 当t=0.01s时线圈中的磁通量最大为 Wb4. (2016海安中学)如图,一矩形线圈的面积为S,匝数为N,电阻为r,处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,绕垂直磁场的水平轴OO以角速度匀速转动.线圈通过滑环与定值电阻R及理想电流表组成闭合回路.已知理想电压表的示数为U,从线圈平面与磁感线平行的
3、位置开始计时,则 ()A. R两端电压瞬时值的表达式为uR=Usin tB. 理想电流表的示数为 C. 从到的时间内,穿过线圈平面磁通量的变化量为零D. 若=100 rad/s,通过R的电流每秒钟方向改变50次5. (2016南师附中)如图所示,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的光滑导体棒,在外力作用下以10m/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2VC
4、. 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0.2W二、 多项选择题6. (2016扬州中学改编)电阻为1 的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动,线圈的电动势随时间变化的图象如图所示.现把线圈的电动势加在电阻为9的电热丝上,则下列说法中正确的是 ()A. 线圈转动的角速度为31.4 rad/sB. 如果线圈转速提高一倍,则电流发生改变C. 电热丝两端的电压U=100 VD. 电热丝的发热功率P=1800 W7. (2016南师附中)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表.线圈绕垂直于磁场方向的水平轴
5、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象如图乙所示,下列说法中正确的是 ()甲乙A. 电流表的示数为10 AB. 线圈转动的角速度为50 rad/sC. 0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D. 0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左8. (2016河北石家庄二模改编)如图甲所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一匝数为n,面积为S,总电阻为r的矩形线圈abcd绕轴OO做角速度为的匀速转动,矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路,回路中接有一理想交流电流表.图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图象.下列说法中正确的是()甲乙A.
6、 从t1到t3这段时间穿过线圈磁通量的变化量为2nBSB. 从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为C. t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为BSD. 电流表的示数为9.(2014南师附中)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于水平方向的匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动,线框转过时的感应电流为I.下列说法中正确的是 ()A. 线框中感应电流的有效值为2IB. 线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为C. 从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为D. 线框转动一周的过程中,产生的热量为三、 非选择题10. (2015淮阴
7、中学)如图所示,矩形线圈的匝数为n,面积为S,电阻为r,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动,外电路电阻为R.在线圈由图示位置转过90的过程中,求:(1) 通过电阻R的电荷量q.(2) 电压表的读数.(3) 电阻R上产生的热量Q.11. (2015苏锡常镇二模)如图所示是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图.他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动,铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连.摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场(可视为匀强磁场)垂直. 摇动时,铜芯线所围成半圆周的面积S=2m2,转动角速度=10 rad/s,用电表测得电路中电流I=40A,电路
8、总电阻R=10,取=2.25. (1) 求该处地磁场的磁感应强度B.(2) 从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时,求其转过四分之一周的过程中,通过电流表的电荷量q.(3) 求铜芯线转动一周的过程中,电路产生的热量Q. 第2讲变压器远距离输电一、 单项选择题1. (2016苏州一模)如图所示,一只原、副线圈分别是200匝和100匝的理想变压器.副线圈的两端连接两个阻值均为20 的电阻,原线圈接频率为50 Hz的正弦交流电源,电压表的示数为5 V.电流表、电压表均为理想交流电表,则下列说法中正确的是 ()A. 电流表的读数为0.5 AB. 流过电阻的交变电流频率为100 HzC. 交流电源的输
9、出电压的最大值为20 VD. 交流电源的输出功率为5 W2. (2016苏北四市三模)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比n1n2=12,副线圈与阻值R=10 的电阻相连,原线圈两端所加的电压u=10sin(100t)V.下列说法中正确的是 ()A. 交流电压表的示数为14.1 VB. 原线圈中的电流为4 AC. 电阻R消耗的电功率为400 WD. 副线圈中交流电压的频率为100 Hz3. (2015连云港、宿迁、徐州三模)如图甲所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为101,灯泡L的额定功率为6 W,电表均为理想电表.若原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压,开关S闭合后灯泡L恰正常发光.下列说
10、法中正确的是 ()A. 副线圈交变电流的频率为5 HzB. 电压表的示数为4.24 VC. 电流表的示数为0.2 AD. 灯泡正常发光时的电阻为1.5 4. (2016扬州一模)某一火警报警系统原理图如图所示,报警器未画出,a、b接在电压u=311sin(314t)V的正弦交流电源上,Rt为用半导体热敏材料制成的传感器,Rt的电阻值随温度升高而减小.下列说法中正确的是 ()A. 电压表V的示数为311 VB. 电容器C的电容增大,灯L变暗C. Rt所在处出现火警时,电流表A的示数增大D. Rt所在处出现火警时,变压器输入功率减小5. (2016南京、盐城、连云港二模)一理想变压器的原线圈连接一
11、只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节,如图所示.在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,原线圈上加一电压为U的交变电流,则 ()A. 保持Q位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大B. 保持Q位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数不变C. 保持P位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变小D. 保持P位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变大二、 多项选择题6. (2016苏北四市一模)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为51,V、R和L分别是电压表、定值电阻和电感线圈,D1、D2均为灯泡.已知原线圈两端电压u按图乙所示正弦规律变化,下列说法中正确的是 ()甲
12、乙A. 电压表示数为62.2VB. 电压u的表达式u=311sin(100t)VC. 仅增大电压u的频率,电压表示数增大D. 仅增大电压u的频率,D1亮度不变,D2变暗7. (2017镇江一模)某发电机输出的交流电压如图所示,经理想变压器升压后向远处输送,最后经理想变压器降压后输送给用户.则下列说法中正确的是 ()A. 发电机输出交流电压的有效值为500 VB. 用户获得的交流电压频率为50 HzC. 若增加用户用电负载的数量,输电线上损失的功率将增加D. 若增加升压变压器原线圈的匝数,输电线上损失的功率将减小8. (2016南通中学)如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器.升压变压器
13、T1 的原、副线圈匝数之比为n1n2 = 110,在T1 的原线圈两端接入一正弦交流电压,输电线的总电阻为2r =2,降压变压器T2 的原、副线圈匝数之比为n3n4 =101,若T2 的“用电设备”两端的有效电压为U4=200 V 且“用电设备”消耗的功率为10 kW,不考虑其他因素的影响,则 ()A. T1的副线圈两端电压的最大值为2010 V B. T2 的原线圈两端电压的有效值为2000V C. 输电线上损失的功率为50 W D. T1的原线圈输入的功率为10.1 kW 9. (2016苏锡常镇三模)如图所示为某款电吹风的电路图.图中理想变压器的两线圈匝数分别为n1和n2,a、b、c、d
14、为四个固定触点,可动的扇形金属片P可同时接触两个触点.触片P处于不同位置时,电吹风可处于停机、吹热风和吹自然风三种不同的工作状态.其各项参数如下表所示.关于该款电吹风,下列说法中正确的是 ()热风时输入功率490 W自然风时输入功率50 W小风扇额定电压50 V正常工作时小风扇的机械功率42 WA. 小风扇线圈电阻为8 .B. 电热丝正常工作时电流为2 AC. 变压器两线圈的匝数比n1n2=225D. 触片P与触点b、c接触时,电吹风吹热风三、 非选择题10. (2016无锡一模)有一个阻值为R的电阻,若将它接在电压为20V的直流电源上,其消耗的功率为P;若将它接在如图所示的理想变压器的副线圈
15、两端时,其消耗的功率为.已知变压器输入电压为u=220sin(100t)V,不计电阻随温度的变化,求:(1) 理想变压器副线圈两端电压的有效值.(2) 此变压器原、副线圈的匝数之比.11. 一个小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户.已知发电机的输出功率为50kW,输出电压为500V,升压变压器原、副线圈匝数比为15,两个变压器间的输电导线的总电阻为15,降压变压器的输出电压为220V,变压器本身的损耗忽略不计,在输电过程中因线间电容与感抗造成电压的损失不计.求:(1) 升压变压器副线圈的端电压.(2) 输电线上损耗的电功率.(3) 降压变压器原、副线圈的匝数比.第3讲传感器及其应用一
16、、 单项选择题1. 遥控器能调换电视机频道,利用的是光传感器.下列属于应用这类传感器的是 ()A. 红外报警装置B. 金属电阻温度计C. 电子电路中使用的“干簧管”D. 霍尔元件2. 关于传感器,下列说法中正确的是 ()A. 半导体热敏电阻常被用做温度传感器,其温度越高,阻值越大B. 电饭锅应用了温度传感器,它的主要元件是感温铁氧体C. 电熨斗装有双金属片,应用了力传感器D. 计算机的光电鼠标主要应用了力传感器3. (2016南京三模)在如图所示电路中,R2为光敏电阻.合上开关S,用较弱光照射R2,电压表读数为U0,电流表读数为I0;用较强光照射R2,电压表读数为U1,电流表读数为I1;用更强
17、光照射R2,电压表读数为U2,电流表读数为I2.令k1=|,k2=|,则k1、k2的关系为()A. k1k2 B. k1=k2C. k1k2 D. 无法确定4. 有一种测量物体重力的电子秤,其电路原理图如图中的虚线所示,主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质上是电流表).不计踏板的质量,已知电流表的量程为2A,内阻为 1 ,电源电动势为12V,内阻为 1 ,电阻R随压力F变化的函数式为R=30-0.01F(F和R的单位分别是N和).下列说法中正确的是 ()A. 该秤能测量的最大体重是2 500 NB. 该秤零刻度线(即踏板空载
18、时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处C. 该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400A处D. 该秤可以通过电路规律转换成F=3 200+关系进行刻度转换二、 多项选择题5. 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中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 ()A. 当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压B. 当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压C. 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D. 信息处理系统每获得一次高电压就计数一次6. 下列关于电熨斗的说法中,正确的是 ()A. 电熨斗中的双金属片是一种半导体材料B. 电熨斗能自动控
19、制温度主要利用了双金属片中两片金属的膨胀系数相同C. 常温下,双金属片上下触点是接触的;温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离D. 需要较高温度熨烫时,要调节温度旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移7. 燃气灶的点火开关有两种:一种是电脉冲点火开关,它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压,击穿空气后点火;另一种是电子压电点火开关,它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变,相应地输出很高的电压,击穿空气后点火.下列关于这两种点火开关的说法中,正确的是 ()A. 电脉冲点火开关是一种传感器B. 电子压电点火开关是一种传感器C. 压电陶瓷片完成的能量转化是电能转
20、化为光能D. 压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能三、 非选择题8. 图甲为在温度为10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20k,R2=10k,R3=40k,Rt为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示.当a、b端电压Uab0时,电压鉴别器会使S断开,停止加热.则恒温箱内的温度恒定在.9. 如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体时,在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为U=k,式中的比例系数称为霍尔系数.霍尔效应可
21、解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场,横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e.(1) 达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势与下侧面A的电势的高低情况如何?(2) 求电子所受的洛伦兹力的大小.(3) 当导体板上下侧面之间的电势差为U时,求电子所受静电力的大小.(4) 由静电力和洛伦兹力平衡的条件证明霍尔系数为k=,其中n代表导体板单位体积中电子的个数.10. 某同学为了测量一物
22、体的质量,找到了一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图所示.测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为零;然后在其受压面上放物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上).请完成对该物体的测量.(1) 设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能的大,在方框中画出完整的测量电路图.(2) 简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.(3) 写出在设计实验中可能出现的一个问题.第十
23、一章交变电流及传感器第1讲交变电流的产生和描述1. D【解析】 A、B选项中交变电流的有效值都为 A,C项中恒定电流的大小为1.5A,D项中交变电流的有效值为2A,根据热量的表达式Q=I2Rt得出D项正确.2. D【解析】 根据图中周期,角速度应为50,频率为25Hz,A、B选项错误;电流的有效值为 A,C项错误;R消耗的功率为P=I2R,用有效值算得20W,D项正确.3. D【解析】 由图可知电源电动势的有效值为220V,电压表的读数为路端电压,应小于220V,故A错误;线圈转到如图甲所示位置时感应电动势最大为220V,故B错误;当t=0.01s时线圈中的磁通量最大,故C错误;由Em=BS=
24、m,解得当t=0.01s时线圈中的磁通量最大为Wb,故D正确.4. B【解析】 电动势最大值Em=,所以uR=sint,故A错误;电源电动势最大值为Em=NBS,所以理想电流表的示数为I=,故B正确;从=到=的时间内,穿过线圈平面磁通量的变化量为2BS,故C错误;若=100 rad/s,频率为f=50Hz,通过R的电流每秒钟方向改变100次,故D错误.5. 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,故A正确;感应电动势最大值Em=BLmv=2 V,电压表测得是有效值,即为U=V=1V,故B错误;电流表测得是有效值,所以导体棒运动到图示虚线位置时,电流
25、表示数恒定,不为0,故C错误;导体棒上消耗的热功率为P= W=0.1W,故D错误.6. BD【解析】 从图中可知T=0.02s,=314 rad/s,故A错误;其他条件不变,如果线圈转速提高一倍,角速度变为原来的两倍,则电动势最大值Em=NBS变为原来的两倍,电压的有效值为原来的倍,根据欧姆定律可知电流发生改变,故B正确;该交流电压的最大值为200V,所以有效值为100 V,U=100 V=90 V,故C错误;根据P=得P= W=1800W,D正确.7. AC【解析】 电流表的示数为交变电流的有效值,为10 A,选项A正确.由图乙可知,周期为0.02 s,频率为f=50 Hz,线圈转动的角速度
26、为=2f=100 rad/s,选项B错误.0.01 s时产生的感应电流为负最大,线圈平面与磁场方向平行,选项C正确.由右手定则可判断0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右,选项D错误.8. CD【解析】 由图可知从t1到t3这段时间穿过线圈磁通量的变化量为2BS,故A错误;由q=t,=,=n,可得电荷量q=n=,故B错误;t3时刻电动势为E=nBS= n,解得t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为=BS,故C正确;电流表的示数为I=,故D正确.9. BC【解析】 根据法拉第电磁感应定律可得产生的电动势e=BSsint,电流i=sint,线框转过时的感应电流为I=,电流的有效值I=I,故A错误;线框
27、转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为BS,又I=,解得BS=,故B正确;从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为q=,故C正确;转一周产生的热量Q=I2RT,代入解得Q=,故D错误.10. (1) (2) (3) 【解析】 (1) 在此过程中,穿过线圈的磁通量变化量=BS,经历时间t=,由=n、=、q=t可得通过R的电荷量q=n=.(2) 产生的感应电动势的最大值为Em=nBS,电动势的有效值为E=,由闭合电路欧姆定律得,回路中电流的有效值为I=,电压表的读数即为R两端的电压U=IR=.(3) 该过程中电阻R上产生的热量为Q=I2Rt=R=.11. (1) 210-5 T(2) 41
28、0-6 C(3) 7.210-9 J【解析】 (1) 铜芯线中产生的是正弦交变电流,则Im=I,Em=ImR,Em=BS,B=210-5 T.(2) 在铜芯线与地面平行开始至铜芯线转动四分之一周的过程中E=,E=IR,q=It,q=410-6 C.(3) 铜芯线转动一周,电路中产生的热量为Q,则Q=I2RT=7.210-9 J.第2讲变压器远距离输电1. C【解析】 由电压表示数可得副线圈两端电压为10V,副线圈中电流为0.25A.则原线圈中电压的最大值为20 V,C项正确;根据电流与匝数成反比得出电流表示数为0.125A,A项错误;变压器不改变交变电流的频率,B项错误;副线圈消耗的功率为UI
29、=2.5W,D项错误.2. B【解析】 原线圈两端所加的电压u=10sin(100t)V,电压表的读数为有效值,U1=10V,A项错误;根据原、副线圈=,可得U2=20V,根据I2=,得I2=2A,根据原、副线圈=,得I1=4A,B项正确;电阻R消耗的电功率为P=U2I2=40W,C项错误;原线圈两端所加的电压u=10sin(100t)V,对比u=Umsin(t)V,得=100rad/s,而f=,得出f=50Hz,D项错误.3. D【解析】 由图乙知交变电流的周期为0.02 s,频率为50 Hz,变压器不改变频率,A项错误;原线圈电压的有效值为30 V,副线圈电压的有效值为3 V,B项错误;根
30、据P=UI得出电流表示数为2 A,C项错误;由R=得出灯泡正常发光的阻值为1.5 ,D项正确.4. C【解析】 电压表显示的是有效值,示数为220V,A项错误;电容器的电容越大其对交变电流的阻碍就越小,灯L应该变亮,Rt所在处出现火警,则温度升高,电阻的阻值变小,副线圈两端电压不变,电阻减小,变压器输入的功率会变大,副线圈中电流变大,原线圈中电流变大,C项正确,B、D选项错误.5. D【解析】 保持Q位置不动,输出电压不变,将P向上滑动时,电路中电阻增大,副线圈电流减小,原线圈电流也减小,所以电流表读数变小,A、B选项错误;保持P位置不动,电路中电阻不变,将Q向上滑动,副线圈输出电压变大,电流变大,原线圈电流也变大,电流表读数变大,C项错误,D项正确.6. BD【解析】 电压表的示数是有效值,为44V,A项错误;由图象知周期为T=0.02s,电压的表达式为u=Umsint=311sin(100t)V,B项正确;增大频率,对电压表的示数没有影响,C项错误;增大频率,感抗变大,D2变暗
