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2019高考物理一轮复习单元检测十交变电流传感器

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                    单元检测十 交变电流 传感器

考生注意:
1.本试卷共     4 页.
2.答卷前,考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔将自己的姓名、班级、学号填写在相
应位置上.
3.本次考试时间       90 分钟,满分    100 分.
4.请在密封线内作答,保持试卷清洁完整.
一、单项选择题(本题共          6 小题,每小题     3 分,共计    18 分.每小题只有一个选项符合题意)
1.(2018·苏锡常镇四市教学调研)两矩形线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转
动,线圈中产生的感应电动势            e 随时间   t 的变化关系分别如图         1 中甲、乙所示,则下列说法
正确的是(  )


                                     图 1

A.两交变电流的频率之比           f 甲∶f 乙=1∶2

B.两交变电流电动势的有效值之比              E 甲∶E  乙=3∶1
C.t=1s  时,两线圈中的磁通量的变化率均为零
D.t=1s  时,两线圈均处在与中性面垂直的位置上
2.(2018·南京市、盐城市调研)一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化
的情况如图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是(  )


3.(2017·南京市、盐城市、徐州市、连云港市二模)一理想变压器的原线圈连接一只交流
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     2 所示.在副线圈输出端连
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接了定值电阻      R0 和滑动变阻器     R,原线圈上加一电压为          U 的交流电,则(  )


                                     图 2
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
4.图  3 甲是一台小型发电机的构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势                            e 随时间   t 变
化的正弦规律图象如图乙所示.发电机线圈的内阻不计,外接灯泡的电阻为                               12Ω,则(  )


                                     图 3
A.在  t=0.01s 时刻,穿过线圈的磁通量为零
B.电压表的示数为        6 2V
C.灯泡消耗的电功率为          3W
D.若其他条件不变,仅将线圈的转速提高一倍,则线圈电动势的表达式                             e=12  2sin100πt 

(V)
5.(2018·黄桥中学第三次段考)如图            4 所示,一理想变压器原、副线圈匝数比为                 3∶1,副
线圈接三个相同的灯泡,均能正常发光,若在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡                                  L(设电
源电压有效值不变),则(  )


                                     图 4
A.灯  L 与三灯亮度相同
B.灯  L 比三灯都暗
C.灯  L 将会被烧坏
D.无法判断其亮度情况
6.(2018·铜山中学模拟)某一火警报警系统原理图如图                    5 所示,报警器未画出,a、b          接在
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电压  u=311sin314t  (V)的正弦交流电源上,Rt         为半导体热敏材料制成的传感器,Rt              的电阻
随温度升高而减小,下列说法正确的是(  )


                                     图 5
A.电压表    V 的示数为    311V
B.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
二、多项选择题(本题共          6 小题,每小题     4 分,共计    24 分.每小题有多个选项符合题意.全
部选的对得     4 分,选对但不全的得        2 分,错选或不答的得         0 分)
7.(2018·锦屏中学模拟)如图         6 所示,某电路上接有保险丝、交流电压表、“220V 
900W”的电饭锅及“220V 200W”的抽油烟机.现接入                 u=311sin100πt   (V)的交流电,下
列说法正确的是(  )


                                     图 6
A.交流电压表的示数为          311V
B.1s 内流过保险丝的电流方向改变             100 次
C.电饭锅的热功率是抽油烟机热功率的                4.5 倍
D.为保证电路正常工作,保险丝的额定电流不能小于                      5A
8.(2017·扬州市高三第四次模拟测试)钳形电流表的外形和结构如图                          7 甲所示,图甲中电
流表的读数为      0.9A,图乙中用同一电缆线绕了            3 匝,则(  )


                                     图 7
A.这种电流表能测出交变电流的有效值
B.这种电流表既能测直流电流,又能测交变电流
C.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为                  0.3A
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D.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为                  2.7A
9.图  8 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,
  为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴                  OO′沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位
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.以下判断正确的是(  )


                                     图 8
A.电流表的示数为        10A
B.线圈转动的角速度为          50πrad/s
C.t=0.01s  时,线圈平面与磁场方向平行
D.t=0.02s  时,电阻    R 中电流的方向自右向左
10.(2018·苏州市调研)如图        9 甲为风力发电的简易模型,在风力的作用下,风叶带动与其
固定在一起的永磁铁转动,转速与风速成正比.某一风速时,线圈中产生的正弦式电流如图
乙所示,则(  )


                                     图 9
A.电流的表达式为        i=0.6sin (10πt) A
B.磁铁的转速为       10r/s
C.风速加倍时电流的表达式为            i=1.2sin (10πt) A
D.风速加倍时线圈中电流的有效值为               0.6 2A

11.(2018·高邮市段考)如图        10 所示,L1   和 L2 是高压输电线,甲、乙是两个互感器.若已
知甲和乙的原、副线圈匝数比分别为               1000∶1  和 1∶100,两个电表的示数分别为            10A 和
220V.则(  )
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                                    图  10
A.电表   A 是电压表
B.电表   A 是电流表
C.线路输送的电功率为          2.2×108W
D.线路输送的电功率为          2.2×104W
12.(2018·南通市如东县质检)图          11 甲为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器.升
压变压器原、副线圈匝数比为            1∶100,其输入电压如图乙所示,远距离输电线的总电阻为

100Ω.降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中                       R1 为一定值电阻,R2     为用半导
体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小.电压表                          V 显示加在报警器上的电压
(报警器未画出).未出现火警时,升压变压器的输入功率为                        750kW.下列说法正确的是(  )


                                    图  11
A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为                 50Hz
B.未发生火情时,远距离输电线路损耗功率为                   180kW

C.当传感器     R2 所在处出现火警时,电压表           V 的示数变大

D.当传感器     R2 所在处出现火警时,输电线上的电流变大
三、非选择题(本题共         5 小题,共计    58 分)

13.(10 分)(2017·南通市第三次调研)对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻                            Rt,在

给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将                          Rt 和两个适当的定值电阻

R1、R2 连成图   12 虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻                  RL 的阻值随    Rt 所处环境温度
的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不

同温度下    RL 的阻值,测量电路如图所示,图中的电压表内阻很大.实验中的部分实验数据
测量结果如表所示.


                                    图  12
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          温度  t/℃    30.0   40.0   50.0    60.0   70.0   80.0   90.0

         RL 阻值/Ω     54.3   51.0   47.5    44.3   41.0   37.9   34.7

回答下列问题:
(1)根据图   12 所示的电路,在图       13 所示的实物图上连线.

(2)为了检验    RL 与 t 之间近似为线性关系,在图           14 的坐标纸上作出      RL-t 关系图线.


                                  
            图            13                  图                   14
(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图                      15、16 所示,电流表的读数为

________,电压表的读数为________.此时等效电阻              RL 的阻值为________;热敏电阻所处
环境的温度约为________.


                 图                 15          图           16

14.(9 分)(2018·无锡市调研)有一个阻值为             R 的电阻,若将它接在电压为           U0=20V 的直流
电源上,其消耗的功率为           P;若将它接在如图        17 所示的理想变压器的次级线圈两端时,其
           P
消耗的功率为2.已知变压器输入电压为               u=220sin100πt (V),不计电阻随温度的变化,求:


                                    图  17
(1)理想变压器次级线圈两端电压的有效值;
(2)此变压器原、副线圈的匝数之比.
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15.(12 分)(2018·阜宁中学调研)某河的水流量为              4m3/s,水流下落的高度差为          5  m.现在
利用河水来发电,设所用发电机的总效率为                  50%.(水的密度    ρ=1.0×103         kg/m3,g=

9.8m/s2)
(1)求发电机的输出功率.


(2)设发电机的输出电压为          350V,在输送途中输电线的电阻为            4Ω,损耗的功率为输出功率
的 5%,在用户需用电压为         220V 时,求所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分
别为多少?


16.(12 分)如图   18 所示,一个半径为        r 的半圆形线圈,以直径         ab 为轴匀速转动,转速为
n,ab 的左侧有垂直于纸面向里(与            ab 垂直)的匀强磁场,磁感应强度为             B.M 和 N 是两个集
流环,负载电阻为        R,线圈、电流表和连接导线的电阻不计,求:


                                    图  18
(1)感应电动势的最大值;
                  1
(2)从图示位置起转过4圈的时间内,负载电阻                 R 上产生的热量;
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                  1
(3)从图示位置起转过4圈的时间内,通过负载电阻                   R 的电荷量;
(4)电流表的示数.


17.(15 分)如图   19 甲所示,某人设计一种振动发电装置,它的结构是一个半径                         r 为 0.1m、
20 匝的线圈套在轴向形永久磁铁槽中,磁场中的磁感线均沿半径方向均匀分布,从右侧观
察如图乙所示.已知线圈所在位置磁感应强度                   B 的大小均为     0.2T,线圈总电阻为       2Ω,它的
引出线接有阻值为        8Ω 的小灯泡    L.外力推动与线圈相连的          P 端使其做往复运动,线圈切割
辐向磁场中的磁感线产生感应电流,线圈位移随时间变化的规律如图丙所示(线圈位移取向
右为正).


                                   
                                    图  19
(1)在丁图中画出感应电流随时间变化的图象(在乙图中取逆时针电流为正);
(2)求每一次推动线圈运动过程中的作用力的大小;
(3)若不计摩擦等损耗,求该发电机的输出功率.
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                                   答案精析


1.C [甲电流周期       T 甲=1 s,乙电流周期       T 乙=2 s,故两交变电流的频率之比            f 甲∶f 乙=

2∶1,选项    A 错误;Em  甲=2     V,Em 乙=6    V,根据最大值和有效值的关系知              E 甲∶E 乙=
1∶3,选项    B 错误;t=1     s 时,两线圈中感应电动势都为            0,磁通量的变化率为         0,磁通量
最大,线圈处于中性面位置,选项              C 正确,D   错误.]
2.D [A、B   项中交流电的有效值均为           2A,C  项中电流的有效值为         1.5A,D 项中电流的有效
值为  2A,由  Q=I2Rt 可知,在相同时间内电阻产生热量最大的是                   D 项对应的电流,D      项正
确.]
3.D [在原、副线圈匝数比一定的情况下,变压器的输出电压由输入电压决定.因此,当
Q 位置不动时,输出电压         U′不变,此时      P 向上滑动,负载电阻值          R′增大,则输出电流

I′减小.根据输入功率          P1 等于输出功率     P2,电流表的读数      I 变小,故    A、B  错误;P   位置
不动,将    Q 向上滑动,则输出电压         U′变大,I′变大,电流表的读数变大,则选项                    C 错误,
D 正确;故选    D.]
4.C [在   t=0.01s 的时刻,电动势为零,则线圈平面位于中性面,穿过线圈的磁通量最大,
                                                                     6 2

选项  A 错误;电动势的最大值为          Em=6  2V,电压表测量的为有效值,故示数为               E=   2 V=
                                E2  62
6V,选项   B 错误;灯泡消耗的功率         P=  R =12W=3W,选项    C 正确;周期为      0.02s,瞬时电
                    2π

动势表达式为      e=Emsin( T t)=6 2sin100πt   (V).转速提高一倍后,ω=2πn,角速度变
为原来的    2 倍,最大值变成       12 2V,表达式应为      e=12 2sin200πt (V),选项    D 错误.]
5.A [由于电源电压有效值不变,设为               U,当在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡                   L 时,

灯 L 与原线圈分压,设原线圈两端的电压为                U1,则  U1=U-UL,其中     UL 为灯泡  L 两端的电压,

UL=I1RL,设此时接入副线圈的每只灯泡中的电流为                  I,则副线圈输出电流         I2=3I,根据电
           I1  n2  1        n2

流与匝数关系I2=n1=3,得         I1=n1·I2=I,即四只灯泡中的电流相同,功率相同,亮度相
同,故选项     A 正确.]
6.C [电压表的示数应为输入电压的有效值,即为                    220V,A 项错误;由于变压器原、副线
圈的匝数一定,因此副线圈输出电压一定,电容器                     C 的电容增大,则电容器的容抗减小,因

此通过电容器的电流增大,灯            L 变亮,B   项错误;Rt    所在处出现火警时,温度升高,Rt             的电
                                              I1  n2
阻减小,副线圈电路中的电流增大,根据变压器的规律I2=n1可知,原线圈中的电流也增大,
电流表   A 的示数增大,C      项正确;由于输入电压一定,电流增大,由                  P=UI 可知,变压器的
输入功率增大,D       项错误.]
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                                                      100π

7.BD [由   u=311sin100πt(V)知,电压最大值         Um=311V,f=   2π Hz=50Hz,1s 内电流方
                                            Um
向改变   100 次,交流电压表的示数为电压有效值               U=  2 =220V,故选项     A 错误,B   正确;电
饭锅的功率为抽油烟机功率的            4.5 倍,但抽油烟机不是纯电阻元件,其热功率小于                    200W,
                                                  P   1100
故选项   C 错误;电路正常工作时的总功率             P=1100W,有   I=U=   220 A=5A,故选项    D 正
确.]
8.AD [由于变压器工作原理是通过原线圈的电流发生变化,则原线圈产生的磁场发生变化,
故穿过副线圈的磁通量发生变化,从而在副线圈中产生感应电流,故这种电流表只能测交变
                                                    I1 n2

电流,而且测量的是交变电流的有效值,故                  A 正确,B   错误;I2=n1,由题意可知:当           n1=
                 I1  n2             I1  n2

1 时,I2=0.9A,即0.9=    1 ,当  n1=3 时:I2′=  3 ,解得:I2′=2.7A,故       C 错误,D   正
确.]
9.AC [电流表测量的是电路中电流的有效值                 I=10A,选项    A 正确.由题图乙可知,T=
               2π
0.02s,所以   ω=  T =100πrad/s,选项     B 错误.t=0.01     s 时,电流最大,感应电动势最
大,线圈平面与磁场方向平行,选项               C 正确.t=0.02 s    时,线圈所处的状态就是图示状况,
此时  R 中电流的方向自左向右,选项            D 错误.]

10.AD [由题图乙可知产生的电流为正弦交变电流,i=Imsinωt,其中                        Im=0.6A,T=
            2π                                                   1
0.2s,而  ω=  T =10πrad/s,则    i=0.6sin  (10πt)  A,A  项正确;n=f=T=5r/s,B        项
                                                 NBSω

错误;风速加倍时,角速度增大为原来的两倍,根据                      Im=  R  可知电流的最大值增大为原
                                                                          Im
来的两倍,则风速加倍时电流的表达式为                 i=1.2sin   (20πt)  A,C 项错误;根据       I=  2,
               2Im  2 × 0.6
风速加倍时     I′=   2 =   2  A=0.6  2A,D 项正确.]
11.AC
12.AD [变压器不改变交流电的频率,降压变压器副线圈输出的交流电频率为                              50Hz,选项
           U1  n1                      P
                                4
A 正确;根据U2=n2可得       U2=2.5×10  V,I2=U2=30A,故线路损耗功率为            P 线=I2r=

90kW,选项   B 错误;当传感器      R2 所在处出现火警时,将传感器看成一个等效电阻,等效电
阻减小,线路中电流增大,由变流比关系可知输电线上的电流变大,选项                              D 正确;当传感器

R2 所在处出现火警时,输电线电流增大,分压增大,降压变压器两端的电压变小,根据串联

分压,R1   两端电压增大,故电压表          V 的示数变小,选项        C 错误.]
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13.(1)连线如图甲所示 (2)RL-t         关系图线如图乙所示 (3)115mA 5.00V 43.5Ω 
63.0℃


解析 (3)因为电流表的最小刻度为             5mA,故读数时只需要精确到           1mA,所以电流表的读数为
115mA,而电压表的最小刻度为          0.1V,故读数时要估读到         0.01V,所以电压表的读数为
                  U

5.00V.等效电阻     RL= I ≈43.5Ω,结合    RL-t 图象可知热敏电阻所处环境的温度约为
63.0℃.
                11
14.(1)10 2V (2)  1
解析 (1)将    R 接在理想变压器的次级线圈两端时有
P  U22
2=  R
                       U02
将 R 接在直流电源上有        P=  R

解得  U2=10  2V
                        220

(2)原线圈电压的有效值         U1=  2 V=110 2V
    n1 U1   11
解得n2=U2=    1
                    1  133
15.(1)9.8×104W (2)8    11
                                 mgh
解析 (1)水推动发电机叶轮的功率             P=   t ,又  m=ρV
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       ρVgh

所以  P=   t ,发电机的输出功率为          P 出=50%P

                    3                     4
解得  P 出=50%×1.0×10   ×4×9.8×5W=9.8×10     W.
(2)输电线上损耗的功率为

                      4         3
P 损=5%P 出=5%×9.8×10   W=4.9×10   W

        2
又 P 损=I r
所以输电线中的电流

    P损    4.9 × 103
I=   r =     4   A=35A
根据理想变压器的输入功率和输出功率相等可知,升压变压器副线圈两端的电压为
   P出   9.8 × 104
                         3
U2= I =    35  V=2.8×10   V
所以升压变压器原、副线圈的匝数比为
n1  U1    350    1
n2=U2=2.8  × 103=8
因为降压变压器原线圈两端的电压为

            3                  3
U1′=2.8×10   V-35×4V=2.66×10    V

降压变压器副线圈两端的电压为             U2′=220V
所以降压变压器原、副线圈的匝数比为
n1′ U1′  2660 133
n2′=U2′= 220 = 11 .
                  π4B2r4n    πBr2    π2r2nB
16.(1)π2Bnr2 (2)    8R   (3)  2R  (4)  2R
解析 (1)线圈绕轴匀速转动时,在电路中产生如图所示的交变电流.


此交变电动势的最大值为
            πr2
                        2   2
Em=BSω=B·    2 ·2πn=π    Bnr
                      1                               Em   2π2Bnr2
(2)在线圈从图示位置转过4圈的时间内,电动势的有效值为                       E=  2 =   2
                        E    T  π4B2r4n
电阻  R 上产生的热量为       Q=(R)2R·4=     8R
                      1                              ΔΦ
(3)在线圈从图示位置转过4圈的时间内,电动势的平均值为E=                        Δt
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                        E       ΔΦ   πBr2
通过  R 的电荷量    q=I·Δt=R·Δt=       R = 2R
                                                            Em
                                                              2
                                                             2     T  E′2
(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为                 E′,由有效值的定义得            R   ·2=   R T,解
       Em
得 E′=   2
                   E′ π2r2nB
故电流表的示数为        I=R=    2R  .
17.见解析
                                                                       Δx
解析 (1)由    x-t 图可知,线圈往返的每次运动都是匀速直线运动,速度大小为                          v=Δt=
0.8m/s
线圈中产生的感应电流的大小恒定不变
感应电动势     E=nBLv,L=2πr
解得:E=2V
             E
感应电流    I=R1+R2=0.2A
从题图中可以看出线圈沿           x 正方向运动时,产生的感应电流方向在图乙中为顺时针,在线圈
沿 x 负方向运动时,产生的感应电流方向为逆时针,则感应电流随时间变化的图象如图所
示.


(2)因线圈做匀速直线运动,所以每次运动过程中推力等于安培力.

F 推=F 安

F 安=nILB=nI·2πr·B

解得:F   推=0.5N

                       2
(3)发电机的输出功率        P=I R2=0.32W
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