高考備考30分鐘課堂集訓(xùn)系列專題10交變電流傳感器

2011年高中物理高考備考30分鐘課堂集訓(xùn)系列專題10交變電流傳感器一、選擇題(本大題共10個小題，共50分，每小題至少有一個選項(xiàng)正確，全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)1．如圖1所示，電路中有四個完全相同的燈泡，額定電壓均為U，額定功率均為P，變壓器為理想變壓器，現(xiàn)在四個燈泡都正常發(fā)光，則變壓器的匝數(shù)比n1∶n2和電源電壓U1分別為 ()圖1A．1∶22U B．1∶24UC．2∶14U D．2∶12U解析：設(shè)燈泡正常發(fā)光時，額定電流為I0.由題圖可知，原線圈中電流I原＝I0，副線圈中兩燈并聯(lián)，副線圈中電流I副＝2I0，U副＝U，根據(jù)理想變壓器的基本規(guī)律：I原n1＝I副n2得n1∶n2＝2∶1；U原/U副＝n1/n2得U原＝2U，所以U1＝4U.C項(xiàng)正確．答案：C2．(2011·揚(yáng)州模擬)如圖2所示，面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的線圈與阻值為R的電阻構(gòu)成閉合回路，理想交流電壓表并聯(lián)在電阻R的兩端．線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)動軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動．設(shè)線圈轉(zhuǎn)動到圖示位置的時刻t＝0.則 ()A．在t＝0時刻，線圈處于中性面，流過電阻R的電流為0，電壓表的讀數(shù)也為0B．1秒鐘內(nèi)流過電阻R的電流方向改變eq\f(ω,π)次C．在電阻R的兩端再并聯(lián)一只電阻后，電壓表的讀數(shù)將減小D．在電阻R的兩端再并聯(lián)一只電容較大的電容器后，電壓表的讀數(shù)不變解析：圖示位置為中性面，但由于產(chǎn)生的是正弦式電流，故流過電阻的瞬時電流是零，電壓表的讀數(shù)為其有效值，不是0，故A錯；線圈每轉(zhuǎn)過一圈，電流方向改變2次，故1秒內(nèi)電流方向改變的次數(shù)為2f＝2×eq\f(ω,2π)＝eq\f(ω,π)，B正確；R兩端再并聯(lián)電阻時，干路電流增大，路端電壓減小，故電壓表讀數(shù)減小，C正確；并上電容后，由于電路與交變電源相連，電容反復(fù)充電放電，該支路有電流通過，故電壓表的讀數(shù)也減小，D錯誤．答案：BC3.利用如圖3所示的電流互感器可以測量被測電路中的大電流，若互感器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝1∶100，交流電流表A的示數(shù)是50mA，則()圖3A．被測電路的電流的有效值為5AB．被測電路的電流的平均值為0.5AC．被測電路的電流的最大值為5eq\r(2)AD．原、副線圈中的電流同時達(dá)到最大值解析：交流電流表示數(shù)為副線圈中電流的有效值，即I2＝50mA＝0.05A，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)得，I1＝5A，A對B錯誤；原線圈(被測電路)中電流的最大值I1m＝eq\r(2)I1＝5eq\r(2)A，C項(xiàng)正確；原線圈中電流最大時，線圈中磁通量的變化率等于零，此時副線圈中的電流最??；原線圈中電流等于0時，磁通量的變化率最大，副線圈中電流最大；所以原、副線圈中的電流有相位差，故不能同時達(dá)到最大值，D項(xiàng)錯誤．答案：AC4．多數(shù)同學(xué)家里都有調(diào)光臺燈、調(diào)速電風(fēng)扇，過去是用變壓器來實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)的，缺點(diǎn)是成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速．現(xiàn)在的調(diào)光臺燈、調(diào)速電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的，如圖4所示為一個經(jīng)過雙向可控硅電子元件調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，即在正弦式電流的每一個eq\f(1,2)周期中，前面的eq\f(1,4)被截去，從而改變了電燈上的電壓．那么現(xiàn)在電燈上的電壓為 ()圖4A．Um B.eq\f(Um,\r(2))C.eq\f(Um,2) D.eq\f(Um,4)解析：由有效值的定義知eq\f(U2,R)T＝eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)×eq\f(T,2)得U＝eq\f(Um,2).C項(xiàng)正確．答案：C5．如圖5所示，一個匝數(shù)為10的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，周期為T.若把萬用電表的選擇開關(guān)撥到交流電壓擋，測得a、b兩點(diǎn)間的電壓為20V，則可知：從中性面開始計(jì)時，當(dāng)t＝T/8時，穿過線圈的磁通量的變化率約為()A．1.41Wb/s B．2.0Wb/sC．14.1Wb/s D．20.0Wb/s6．(2011·福建模擬)如圖6甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1＝20Ω，R2＝30Ω，C為電容器，已知通過R1的正弦式電流如圖乙所示，則 ()圖6A．交變電流的頻率為0.02HzB．原線圈輸入電壓的最大值為200eq\r(2)VC．電阻R2的電功率約為6.67WD．通過R3的電流始終為零7．計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤時，激光頭利用光敏電阻自動計(jì)數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息．光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖如圖7所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是 ()圖7A．當(dāng)有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：R1、R2和電源組成一個閉合電路，只有R2兩端獲得高電壓時，處理系統(tǒng)才能進(jìn)行信號處理，當(dāng)激光照到光敏電阻時，R1的阻值變小，總電流變大，則R2兩端獲得高電壓，因此選A、D.答案：AD8．(2011·山東模擬)如圖8所示，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的.和為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2；、和為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3，現(xiàn)斷開S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是 ()圖8A．U2變小，I3變小 B．U2不變、I3變大C．I1變小、I2變小 D．I1變大、I2變大解析：因?yàn)樽儔浩鞯脑褦?shù)與U1不變，所以U2不變，故兩電壓表的示數(shù)均不變．當(dāng)S斷開時，因?yàn)樨?fù)載電阻增大，故副線圈中的電流I2減小，由于輸入功率等于輸出功率，所以I1也將減小，C正確；因?yàn)镽1的電壓減小，故R2、R3兩端的電壓將增大，I3變大，B正確．答案：BC9．歐洲核子研究中心于2008年9月10日啟動了大型強(qiáng)子對撞機(jī)，如圖9甲所示，將一束質(zhì)子流注入長27km的對撞機(jī)隧道，使其加速后相撞，創(chuàng)造出與宇宙大爆炸之后萬億分之一秒時的狀態(tài)相類似的條件，為研究宇宙起源和各種基本粒子特性提供強(qiáng)有力的手段．設(shè)n個長度逐漸增大的金屬圓筒沿軸線排成一串，各筒相間地連到頻率為f、最大電壓值為U的正弦交流電源上，圖乙所示為其簡化示意圖．質(zhì)子束以一定的初速度v0沿軸線射入圓筒實(shí)現(xiàn)加速，則 ()圖9A．質(zhì)子在每個圓筒內(nèi)都做加速運(yùn)動B．質(zhì)子只在圓筒間的縫隙處做加速運(yùn)動C．質(zhì)子穿過每個圓筒的時間恰為交變電流的周期D．每個筒長應(yīng)與其對應(yīng)的位置成線性關(guān)系解析：由于同一個金屬筒所處的電勢相同，內(nèi)部無場強(qiáng)，故質(zhì)子在筒內(nèi)必做勻速直線運(yùn)動；而前后兩筒間的電勢差為U，故質(zhì)子每次穿越縫隙時將被電場加速，則B對A錯．又由于各筒相間地連到頻率為f的交流電源上，故質(zhì)子穿過每個圓筒的時間都應(yīng)為交變電流的半個周期，故C錯．若設(shè)vn為質(zhì)子在第n個筒內(nèi)的速度，則筒長為Ln＝vn·eq\f(T,2)，又eq\f(1,2)mvn2－eq\f(1,2)mv02＝(n－1)qU，得Ln＝eq\f(1,2f)eq\r(\f(2n－1qU,m)＋v02)，即筒長與其對應(yīng)的位置不成線性關(guān)系，D項(xiàng)錯誤．答案：B10．一個閉合的矩形線圈放在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω時，線圈中產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為E0，周期為T0，外力提供的功率為P0.若使線圈轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)?ω，線圈中產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為E，周期為T，外力提供的功率為P.則E、T和P的大小為 ()A．E＝2E0，T＝eq\f(1,2)T0，P＝2P0B．E＝E0，T＝eq\f(1,2)T0，P＝2P0C．E＝2E0，T＝T0，P＝2P0D．E＝2E0，T＝eq\f(1,2)T0，P＝4P0解析：設(shè)線圈為N匝，面積為S，所在區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)角速度為ω時，產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢E0＝NBSω，周期T0＝eq\f(2π,ω)，外力提供的功率P0＝eq\f(E有2,R)＝eq\f(NBSω2,\r(2)2R)＝eq\f(N2B2S2ω2,2R).當(dāng)角速度為2ω時，產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢E＝2NBSω＝2E0，周期T＝eq\f(2π,2ω)＝eq\f(π,ω)＝eq\f(1,2)T0，外力提供的功率P＝eq\f(NBS2ω2,\r(2)2R)＝eq\f(4N2B2S2ω2,2R)＝4P0.故選項(xiàng)D對．答案：D二、實(shí)驗(yàn)題(本大題共2個小題，共10分)11．(4分)(2011·北京模擬)當(dāng)光照射到光敏電阻上時，光敏電阻的阻值________(填“變大”、“不變”或“變小”)．半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨________變化而改變的特性制成的．解析：本題考查傳感器中兩個常用元件光敏電阻和熱敏電阻的性質(zhì)．光敏電阻是感光元件，它的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，它可把光學(xué)量變?yōu)殡娮柽@一電學(xué)量，常用來制造光控開關(guān)，熱敏電阻對溫度反應(yīng)敏感．答案：變小溫度12．(6分)有一個教學(xué)用的可拆變壓器，如圖10甲所示，它有兩個用相同的導(dǎo)線繞制的線圈A、B，線圈外部還可以繞線．圖10(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對應(yīng)圖乙中的a、b位置，則A線圈的電阻為________Ω，由此可推斷________線圈的匝數(shù)較多(選填“A”或“B”)．(2)如果把它看做理想變壓器，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源，請簡要敘述實(shí)驗(yàn)的步驟(寫出要測的物理量，并用字母表示)：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；A線圈的匝數(shù)為nA＝________.(用所測物理量符號表示)答案：(1)24A(2)①用絕緣導(dǎo)線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈；②將A線圈與低壓交流電源相連接；③用多用電表的交流電壓擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓Ueq\f(UA,U)n(其他方法，只要合理即可)三、計(jì)算題(本大題共4個小題，共40分，解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13．(8分)一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場方向的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈匝數(shù)n＝100.穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間按正弦規(guī)律變化，如圖11所示，發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r＝5.0Ω，外電路電阻R＝95Ω.已知感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nωΦm，其中Φm為穿過每匝線圈磁通量的最大值．求串聯(lián)在外電路中的交流電流表(內(nèi)阻不計(jì))的讀數(shù)．圖11解析：從Φ－t圖象可以看出Φm＝1.0×10－2Wb，T＝3.14×10－2s，已知Em＝nωΦm，又ω＝eq\f(2π,T)，故電路中電流最大值Im＝eq\f(Em,R＋r)＝eq\f(n·2π·Φm,TR＋r)＝eq\f(100×2×3.14×1.0×10－2,3.14×10－2×95＋5.0)A＝2A.交流電流表讀數(shù)I＝Im/eq\r(2)≈1.4A.答案：1.4A14．(10分)交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動．一小型發(fā)電機(jī)的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05m2Hz，線圈內(nèi)阻不計(jì)，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),π)T．為用此發(fā)電機(jī)所發(fā)出交變電流帶動兩個標(biāo)有“220V,11kW”的電機(jī)正常工作，需在發(fā)電機(jī)的輸出端a、b與電機(jī)之間接一個理想變壓器，電路如圖12所示，求：圖12(1)發(fā)電機(jī)的輸出電壓有效值為多少？(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為多少？(3)與變壓器原線圈串聯(lián)的交流電流表的示數(shù)為多大？解析：(1)根據(jù)Em＝NBSω＝1100eq\r(2)V得輸出電壓的有效值為U1＝eq\f(Em,\r(2))＝1100V.(2)根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得eq\f(n1,n2)＝eq\f(5,1).(3)根據(jù)P入＝P出＝2.2×104W再根據(jù)P入＝U1I1，解得I1＝20A.答案：(1)1100V(2)5∶1(3)20A15．(10分)為了減少因火電站中煤的燃燒對大氣的污染，目前正大力發(fā)展水電站．某一水電站發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)為：水以v1＝3m/s的速度流入水輪機(jī)后以v2＝1m/s的速度流出，流出水位比流入的水位低100m，水流量為Q＝100m3機(jī)效率為80%，求：(g＝10m/s2，水的密度ρ＝103kg/m(1)發(fā)電機(jī)組的輸出功率是多少？(2)如果發(fā)電機(jī)輸出電壓為24kV，輸電線路中能量損失為0.05%，輸電線電阻為19.5Ω，那么所需升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少？解析：(1)時間t內(nèi)水流質(zhì)量m＝ρQt，水輪機(jī)獲得的機(jī)械能E＝[mgh＋eq\f(1,2)m(v12－v22)]×75%則發(fā)電機(jī)輸出的電能E電＝E×80%發(fā)電機(jī)的輸出功率P0＝eq\f(E電,t)≈6.02×107W.(2)發(fā)電機(jī)的輸出電流I1＝P0/U1≈2508A輸電線路損失ΔP＝P0×0.05%輸電電流滿足I22＝ΔP/R，得I2≈39.3A則升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比：n1∶n2＝I2∶I1≈1∶64.答案：(1)6.02×107W(2)1∶6416．(12分)如圖13所示，一個半徑為r的半圓形線圈，以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動，