2023届人教版高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器单元质检十一交变电流传感器（Word版带解析）

单元质检十一　交变电流　传感器(时间:45分钟　满分:100分)一、单项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)1.在电工技术中,钳形电流测量仪得到广泛的应用。其原理如图所示,把两块铁芯固定在钳子上,铁芯上绕有匝数n=50的线圈,线圈与电流表组成闭合电路,测量时,钳口打开,把被测的通电导线放在钳口中间,通过电流表A可以间接测出导线中的大电流。在某次测量时,电流表A的示数为0.2A,则下列说法正确的是(　　)A.该测量仪工作原理是利用自感现象B.如果导线材料相同,该测量仪绕制线圈所用导线要比通电导线粗C.若导线中电流变大,电流表A读数变小D.被测通电导线中的电流为10A2.如图所示电路,电阻R1与电阻R2阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在A、B间加一正弦式交变电流μ=20sin100πt(V),则加在R2上的电压有效值为(　　)A.10VB.20VC.5VD.5V3.(2021四川成都高三三模)右图为一交流发电机示意图,线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO'沿顺时针方向匀速转动,产生的电动势的瞬时值表达式为e=110sin100πt(V)。已知线圈电阻r=2Ω,定值电阻R=20Ω,电表均为理想交流电表,下列说法正确的是(　　)A.电流表读数为5AB.电压表读数为110VC.t=5×10-3s时刻,穿过线圈的磁通量最大\nD.0~5×10-3s内,通过电阻R的电荷量为C4.(2022安徽蚌埠高三一模)如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=5∶3,电阻R1=R2=5Ω,交流电源的电压u随时间变化规律如图乙所示,A1、A2均为理想电流表。以下判断正确的是(　　)A.断开开关S,电流表A2的示数为0.3AB.闭合开关S,电流表A1的示数为0.6AC.闭合开关S,R2的电功率减小D.闭合开关S,原线圈输入功率增大5.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈的匝数分别为n1、n2。在T的原线圈两端接入一电压u=Umcosωt的交流电源,已知升压变压器T的原线圈输入的总电功率为P,输电线的总电阻为r,不考虑其他因素的影响,则用户消耗的电功率为(　　)A.P-2()2rB.P-()2rC.2()2rD.4()2r二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)6.两人在赤道上站立,各自手握金属绳OPO'的一端,绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动,周期为T,将金属绳连入电路,闭合回路如图所示,取金属绳在图示的最高位置时为t=0时刻,则下列说法正确的是(　　)A.电路中存在周期为T的变化电流B.t=0时刻,回路磁通量最大,电路中电流最大C.t=时刻,电流向左通过灵敏电流表D.t=时刻,穿过回路的磁通量最小,电路中电流最小\n7.(2021山东烟台高三三模)图甲为可拆变压器的零部件,其中铁芯B可以安装在铁芯A的横梁上以形成闭合铁芯;原、副线圈的匝数分别为n1和n2,将它们分别套在铁芯A的两臂上,如图乙所示。某同学为测量原线圈的电阻,将多用电表的欧姆挡调到合适挡位,用两表笔接触原线圈的两接线柱,等指针稳定后读数,读数完毕后将两表笔与接线柱脱开;之后使原线圈与正弦式交流电源相连,并测得原、副线圈的电压分别为U1和U2。下列说法正确的是(　　)A.两表笔与接线柱接触后,通过欧姆表的电流逐渐增大到一个稳定值B.两表笔与接线柱脱开瞬间,有比稳定时更大的电流流过原线圈C.若铁芯B没有安装在铁芯A上,则有U1∶U2>n1∶n2D.无论铁芯B是否安装在铁芯A上,都有U1∶U2=n1∶n28.(2021广东茂名高三二模)如图甲所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,L1、L2、L3、L4为四只规格均为“8V、2W”的灯泡,各电表均为理想交流电表,定值电阻R1=9Ω。输入端交流电压u随时间t变化的图象如图乙所示,四只灯泡均正常发光,则(　　)A.电压u的瞬时值表达式为u=36sinπt(V)B.电压表的示数为33VC.电流表的示数为1AD.定值电阻R2=3Ω三、实验题(本题共2小题,共20分)9.(10分)某同学设计了一个简易的温控装置,实验原理电路图如图所示,继电器与热敏电阻RT、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当通过继电器的电流超过15mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电器的电阻约20Ω,热敏电阻的阻值RT与温度t的关系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0RT/Ω199.5145.4108.181.862.949.1\n(1)提供的实验器材有:电源E1(3V,内阻不计)、电源E2(6V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0~200Ω)、滑动变阻器R2(0~500Ω)、热敏电阻RT、继电器、电阻箱(0~999.9Ω)、开关S、导线若干。为使该装置能实现对30~80℃之间任一温度的控制,电源E应选用　　　　(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用　　　　(选填“R1”或“R2”)。 (2)欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是　　　　。(填写各步骤前的序号) ①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关,将电阻箱从电路中移除④合上开关,调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1Ω(3)若按(2)步骤正确操作后,发现在温度达到50℃时加热器仍在加热。说明热敏电阻在50℃时的阻值比表格中给出的阻值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 10.(10分)(2021河北衡水中学高三三模)导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时,其阻值发生相应变化,图甲是用来称重的电子吊秤,就是利用了这个现象。电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是:挂钩上挂上重物,传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)。拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将所称物体重力变换为电信号。物理小组找到一根拉力敏感电阻丝RL,其阻值随拉力F变化的图象如图乙所示,小组按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E=3V,内阻r=1Ω;灵敏毫安表量程为10mA,内阻Rg=50Ω;R1是可变电阻器,A、B两接线柱等高且固定。现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环,将其两端接在A、B两接线柱之间固定不动,通过光滑绝缘滑环可将重物吊起,不计敏感电阻丝重力,现完成下列操作步骤:步骤a.滑环下不吊重物时,闭合开关,调节可变电阻R1,使毫安表指针满偏;步骤b.滑环下吊上已知重力的重物G,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ;步骤c.保持可变电阻R1接入电路电阻不变,读出此时毫安表示数I;步骤d.换用不同已知重力的重物,挂在滑环上记录每一个重力对应的电流;步骤e.将电流表刻度盘改装为重力刻度盘。(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F=　　　　。 (2)设R-F图象斜率为k,试写出电流表示数I与待测重物重力G的表达式I=　　　　(用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示)。 (3)若R-F图象中R0=100Ω,k=0.5Ω/N,测得θ=60°,毫安表指针半偏,则待测重物重力G=　　　\nN。 (4)若电源电动势不变,内阻变大,其他条件不变,用这台“简易吊秤”称重前,进行了步骤a操作,则测量结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 四、计算题(本题共3小题,共32分)11.(8分)如图所示,理想变压器原线圈中输入电压U1=3300V,副线圈两端电压U2=220V,输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2,绕过铁芯的导线所接的理想交流电压表V的示数U=2V。求:(1)原线圈的匝数n1;(2)当开关S断开时,电流表A2的示数I2=5A,电流表A1的示数I1;(3)在(2)情况下,当开关S闭合时,电流表A1的示数I1'。12.(10分)一台小型发电机的最大输出功率为P1=100kW,输出电压恒为U1=500V,现用电阻率为ρ=1.8×10-8Ω·m、横截面积为S=1.0×10-5m2的输电线向距离l=4×103m处的用电单位输电,要使发电机满负荷运行时,输电线上的损失功率为发电机总功率的4%,理想升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,理想降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4。(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比值是多少?(2)如果用户用电器的额定电压为220V,那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比值是多少?\n13.(14分)(2021浙江金华高三二模)我国已完全掌握磁悬浮列车制造的核心技术,它具有两个重要系统:一是悬浮系统,利用磁力使车体在导轨上悬浮起来;另一是驱动系统,在沿轨道安装的三相绕组中,通上三相交流电,产生随时间和空间做周期性变化的磁场,磁场与固定连接在车体下端的感应金属板相互作用,使车体获得牵引力。关于列车的驱动,我们可以用下述情境来模拟,如图甲所示,xOy平面代表轨道平面,x轴与轨道平行;金属矩形框ABCD锁定在轨道的坐标系上,AB边与y轴重合,长度为L,BD的宽度为d,金属框的总电阻为R。磁场与轨道平面垂直,平面内x坐标相同的点磁感应强度相同,其大小按图乙的规律随时间变化,B的这种变化方式正以恒定的速度向-x方向传播,t0时刻线圈所在的位置沿x方向各点的磁感应强度分布如图丙所示,y轴上各点的磁场垂直于轨道平面向下。忽略金属框的电感的影响,求:(1)t0时刻金属框中的感应电流大小和方向;(2)t=t0+T时刻金属框所受到的安培力的大小和方向;(3)在任意t=T时间内,金属框产生的热量。\n单元质检十一　交变电流　传感器1.D　解析:根据题意,钳形电流测量仪工作原理是互感,A错误。根据变压器原理,如果原、副线圈由同种材料制成,那么变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制;低压线圈匝数少而通过的电流大,应当用较粗的导线绕制,由此可得,B错误。根据变压器原、副线圈的电流与匝数成反比的关系,即,若导线中电流变大,则电流表A读数也应变大,C错误。同理,当电流表A的示数为I2=0.2A时,则被测通电导线中的电流为I1=nI2=10A,选项D正确。2.C　解析:当A点电势高于B点电势时,二极管导通,即R1被短路,R2两端电压为电源电压,U=V=10V;当B点电势高于A点电势时,二极管截止,R1、R2串联,各分得一半电压,则由有效值的概念可得T=,解得U'=5V,故C正确,A、B、D错误。3.D　解析:线圈产生的感应电动势的最大值为Em=110V,线圈产生的感应电动势的有效值为E==110V,根据闭合电路的欧姆定律可知I==5A,故A错误;电压表读数为UR=IR=5A×20Ω=100V,故B错误;t=5×10-3s时刻,线圈产生的感应电动势最大,此时线圈位于与中性面垂直位置,故穿过线圈的磁通量为零,故C错误;0~5×10-3s内,通过电阻R的电荷量为q=Δt,,则q=C,故D正确。4.D　解析:由题图乙可知,交流电源电压有效值为U1==10V,理想变压器原、副线圈匝数之比为n1∶n2=5∶3,副线圈电压为U2=·U1=6V,断开开关S,电流表A2的示数为I2==0.6A,故A错误;闭合开关S,电流表A2的示数为I2'==1.2A,则电流表A1的示数为I1=·I2'=0.72A,故B错误;闭合开关S,R2两端电压增大,电功率增大,故C错误;闭合开关S,副线圈总电阻变小,总功率变大,理想变压器输入功率等于输出功率,则原线圈输入功率增大,故D正确。5.A　解析:升压变压器原线圈输入电压的最大值为Um,有效值为U1=,根据,可知副线圈电压为U2=,输电电流I=,输电线上损失的电功率为P损=I2r=2()2r,用户消耗的电功率为P户=P-P损,联立解得P户=P-2()2r,故选A。\n6.AD　解析:用类比法,如线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生周期性变化的交变电流,所以这个电路中存在周期为T的变化电流,则A正确;由于地磁场方向等效为由南指向北,则t=0时刻,穿过回路的磁通量最大,电路中电流最小为0,所以B错误;t=时刻,第一次经过水平位置,这个过程磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流方向向右通过灵敏电流表,所以C错误;t=时刻,穿过回路的磁通量最小,电路中电流最小,故D正确。7.AC　解析:两表笔与接线柱接触瞬间,整个闭合回路立即有电流,但由于线圈的自感作用,产生的感应电流阻碍原电流的增大,最终增大到一个稳定值,故A正确;两表笔与接线柱脱开瞬间,由于线圈的自感作用,线圈中会产生感应电动势,但由于线圈没有形成闭合回路,所以此时原线圈没有电流流过,故B错误;若铁芯B没有安装在铁芯A上,则漏磁较大,副线圈两端的电压比没有漏磁的情况下小得多,即U2<U1,所以有U1∶U2>n1∶n2,故C正确;只有把铁芯B安装到铁芯A上时,形成闭合磁路,没有漏磁时,才有U1∶U2=n1∶n2,故D错误。8.BD　解析:由题图乙可得T=0.02s,则ω==100πrad/s,电压u的瞬时值表达式为u=36sin100πt(V),选项A错误;四只灯泡均正常发光,流过灯泡的电流大小为I灯=A,流过副线圈的电流为I2=4I灯=1A,由可得流过原线圈的电流为I1=A,选项C错误;输入端电压U=V=36V,电压表的示数即原线圈两端的电压为U1=U-I1R1=33V,选项B正确;由可得副线圈两端的电压为U2=11V,且U2=I2R2+U灯,解得R2=3Ω,选项D正确。9.答案:(1)E2　R2　(2)⑤④②③①(3)偏大解析:(1)要想控制30℃时的情况,此时热敏电阻的阻值199.5Ω,需要的最小电动势E=15×10-3×(199.5+20)V=3.3V,还要考虑滑动变阻器的阻值,电源电动势3V太小,因此电源应选择电动势为6V的E2;滑动变阻器采用限流接法,当通过继电器的电流为I=15mA=0.015A时,总电阻R总==400Ω,由表中数据可知,当温度为80°时,滑动变阻器阻值应为R'=R总-RT-R继电器=330.9Ω,因此滑动变阻器应采用R2。(2)要使50℃时被吸合,由表格数据可知,电阻为108.1Ω,为了使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合,应先用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1Ω,再合上开关,调节滑动变阻器的阻值,直到观察到继电器的衔铁被吸合,此时再断开开关将电阻箱取下,换下热敏电阻即可实现实验目的。故步骤为⑤④②③①。(3)发现在温度达到50℃时加热器仍在加热。说明通过继电器的电流没有超过15mA,衔铁未被吸合,说明热敏电阻在50℃时的阻值比表格中给出的阻值偏大。10.答案:(1)\n(2)(3)600　(4)不变解析:(1)根据平衡条件有G=2Fcosθ,解得F=。(2)根据闭合电路欧姆定律有E=I(r+Rg+R1+R)由题图乙可知R=R0+kF=R0+k联立可得I=。(3)毫安表指针半偏,则有r+Rg+R1+R0=Ω=300Ω代入数据解得G=600N。(4)根据操作过程可知,当内阻增大,仍会使得电流表满偏,则电阻R1会变小,即r+R1之和仍旧会不变,也就是说测量结果也会不变。11.答案:(1)1650　(2)I1=A(3)I1'=A解析:(1)由电压与变压器匝数的关系可得n1=n=×1=1650。(2)当开关S断开时,由输入功率等于输出功率U1I1=U2I2可得I1=A。(3)当开关S断开时,有RL==44Ω当开关S闭合时,设副线圈总电阻为R',则有R'=0.5RL=22Ω副线圈中的总电流为I2',则I2'==10A由U1I1'=U2I2'得I1'=A。12.答案:(1)　(2)解析:(1)导线电阻R线=ρ代入数据解得R线=14.4Ω升压变压器原线圈中电流I1满足P1=U1I1\n得I1=200A升压变压器副线圈中电流I2满足R线=4%×P1解得I2=A由得。(2)降压变压器的输入电压U3满足P1-4%P1=U3I2代入数据解得U3=5760V因为输出电压U4=220V由得。13.答案:(1),顺时针方向(2),水平向左(或沿x负方向)　(3)解析:(1)右手定则判断(或楞次定律),感应电流方向为顺时针方向。v=E感=2B0LvI感=解得I感=。(2)当t=t0+T时,根据题意可知,AB处磁场为垂直纸面向外,大小为B=B0CD处磁场为垂直纸面向里,大小为B=B0安培力方向为水平向左(或沿x负方向)。I感=F安=2BI感L=。(3)题(1)中感应电流为峰值,故有效值为I有=Q=RT=。