2011年高考物理备考30分钟课堂集训系列 专题10 交变电流传感

20112011 年高中物理高考备考年高中物理高考备考 3030 分钟课堂集训系列专题分钟课堂集训系列专题 1010 交变交变 流流 传感器传感器 一 选择题 本大题共 10 个小题 共 50 分 每小题至少有一个选项正确 全部选对的 得 5 分 选对但不全的得 3 分 有选错的得 0 分 1 如图 1 所示 电路中有四个完全相同的灯泡 额定电压均为U 额定功率均为P 变 压器为理想变压器 现在四个灯泡都正常发光 则变压器的匝数比n1 n2和电源电 压 U1分别为 图 1 A 1 2 2U B 1 2 4U C 2 1 4U D 2 1 2U 解析 设灯泡正常发光时 额定电流为I0 由题图可知 原线圈中电流I原 I0 副 线 圈中两灯并联 副线圈中电流I副 2I0 U副 U 根据理想变压器的基本规律 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 项正确 答案 C 2 2011 扬州模拟 如图 2 所示 面积为S 匝数为N 电阻为r的线圈与阻值为R 的电 阻构成闭合回路 理想交流电压表并联在电阻R的两端 线圈在磁感应强度为B的 匀 强磁场中绕垂直于磁场的转动轴以角速度 匀速转动 设 线 圈转动到图示位置的时刻t 0 则 A 在t 0 时刻 线圈处于中性面 流过电阻R的电流为 0 电压表的读数也为 0 B 1 秒钟内流过电阻R的电流方向改变次 C 在电阻R的两端再并联一只电阻后 电压表的读数将 减小 D 在电阻R的两端再并联一只电容较大的电容器后 电压 表的读数不变 解析 图示位置为中性面 但由于产生的是正弦式电流 故流过电阻的瞬时电流是 零 电压表的读数为其有效值 不是 0 故 A 错 线圈每转过一圈 电流方向改变 2 次 故 1 秒内电流方向改变的次数为 2f 2 B 正确 R两端再并联电阻时 2 干路 电流增大 路端电压减小 故电压表读数减小 C 正确 并上电容后 由于电路与 交 变电源相连 电容反复充电放电 该支路有电流通过 故电压表的读数也减小 D 错误 答案 BC 3 利用如图 3 所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流 若互感器原 副线圈 的 匝数比n1 n2 1 100 交流电流表 A 的示数是 50 mA 则 图 3 A 被测电路的电流的有效值为 5 A B 被测电路的电流的平均值为 0 5 A C 被测电路的电流的最大值为 5 A 2 D 原 副线圈中的电流同时达到最大值 解析 交流电流表示数为副线圈中电流的有效值 即I2 50 mA 0 05 A 根据 I1 I2 n2 n1 得 I1 5 A A 对 B 错误 原线圈 被测电路 中电流的最大值I1m I1 5A C 22 项正确 原线圈中电流最大时 线圈中磁通量的变化率等于零 此时副线圈中的电 流 最小 原线圈中电流等于 0 时 磁通量的变化率最大 副线圈中电流最大 所以原 副线圈中的电流有相位差 故不能同时达到最大值 D 项错误 答案 AC 4 多数同学家里都有调光台灯 调速电风扇 过去是用变压器来实现上述调节的 缺 点是成本高 体积大 效率低 且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速 现在的调 光 台灯 调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的 如图 4 所示为一个经过双向 可 控硅电子元件调节后加在电灯上的电压 即在正弦式电流的每一个 周期中 前面的 1 2 1 4 被截去 从而改变了电灯上的电压 那么现在电灯上的电压为 图 4 A Um B Um 2 C D Um 2 Um 4 解析 由有效值的定义知T U2 R Um 2 2 R T 2 得U C 项正确 Um 2 答案 C 5 如图 5 所示 一个匝数为 10 的矩形线圈在匀强磁场中绕垂 直 于磁场的轴匀速转动 周期为T 若把万用电表的选择开关拨 到 交流电压挡 测得a b两点间的电压为 20 V 则可知 从中 性面开始计时 当t T 8 时 穿过线圈的磁通量的变化率约 为 A 1 41 Wb s B 2 0 Wb s C 14 1 Wb s D 20 0 Wb s 6 2011 福建模拟 如图 6 甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为 10 1 R1 20 R2 30 C为电容器 已知通过R1的正弦式电流如图乙所示 则 图 6 A 交变电流的频率为 0 02 Hz B 原线圈输入电压的最大值为 200 V 2 C 电阻R2的电功率约为 6 67 W D 通过R3的电流始终为零 7 计算机光驱的主要部分是激光头 它可以发射脉冲激光信号 激光扫描光盘时 激 光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统 再通过 计 算机显示出相应信息 光敏电阻自动计数器的示意图如图 7 所示 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 图 7 A 当有光照射R1时 处理系统获得高电压 B 当有光照射R1时 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 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 解析 R1 R2和电源组成一个闭合电路 只有R2两端获得高电压时 处理系统才能 进行信号处理 当激光照到光敏电阻时 R1的阻值变小 总电流变大 则R2两端获 得高电压 因此选 A D 答案 AD 8 2011 山东模拟 如图 8 所示 一理想变压器原线圈接入一交流电源 副线圈电路 中 R1 R2 R3和R4均为固定电阻 开关 S 是闭合的 和为理想电压表 读数 分 别为U1和U2 和 为理想电流表 读数分别为I1 I2和I3 现 断开 S U1数值不变 下列推断中正确的是 图 8 A U2变小 I3变小 B U2不变 I3变大 C I1变小 I2变小 D I1变大 I2变大 解析 因为变压器的匝数与U1不变 所以U2不变 故两电压表的示数均不变 当 S 断开时 因为负载电阻增大 故副线圈中的电流I2减小 由于输入功率等于输出功 率 所以I1也将减小 C 正确 因为R1的电压减小 故R2 R3两端的电压将增大 I3变 大 B 正确 答案 BC 9 欧洲核子研究中心于 2008 年 9 月 10 日启动了大型强子对撞机 如图 9 甲所示 将 一束质子流注入长 27 km 的对撞机隧道 使其加速后相撞 创造出与宇宙大爆炸之 后 万亿分之一秒时的状态相类似的条件 为研究宇宙起源和各种基本粒子特性提供强 有 力的手段 设n个长度逐渐增大的金属圆筒沿轴线排成一串 各筒相间地连到频率 为 f 最大电压值为U的正弦交流电源上 图乙所示为其简化示意图 质子束以一定的 初速度v0沿轴线射入圆筒实现加速 则 图 9 A 质子在每个圆筒内都做加速运动 B 质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动 C 质子穿过每个圆筒的时间恰为交变电流的周期 D 每个筒长应与其对应的位置成线性关系 解析 由于同一个金属筒所处的电势相同 内部无场强 故质子在筒内必做匀速直 线 运动 而前后两筒间的电势差为U 故质子每次穿越缝隙时将被电场加速 则 B 对 A 错 又由于各筒相间地连到频率为f的交流电源上 故质子穿过每个圆筒的时间都 应 为交变电流的半个周期 故 C 错 若设vn为质子在第n个筒内的速度 则筒长为Ln vn 又mvn2 mv02 n 1 qU 得Ln 即筒长与其 T 2 1 2 1 2 1 2f 2 n 1 qU m v02 对 应的位置不成线性关系 D 项错误 答案 B 10 一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动 角速度为 时 线圈中产生的交 变 电动势的最大值为E0 周期为T0 外力提供的功率为P0 若使线圈转动的角速度变 为 2 线圈中产生的交变电动势的最大值为E 周期为T 外力提供的功率为P 则 E T和P的大小为 A E 2E0 T T0 P 2P0 1 2 B E E0 T T0 P 2P0 1 2 C E 2E0 T T0 P 2P0 D E 2E0 T T0 P 4P0 1 2 解析 设线圈为N匝 面积为S 所在区域磁感应强度为B 当角速度为 时 产 生 的最大感应电动势E0 NBS 周期T0 外力提供的功率P0 2 E有2 R NBS 2 2 2R 当角速度为 2 时 产生的最大感应电动势E 2NBS 2E0 周期T N2B2S2 2 2R 2 2 T0 外力提供的功率P 4P0 故选项 D 对 1 2 NBS2 2 2 2R 4N2B2S2 2 2R 答案 D 二 实验题 本大题共 2 个小题 共 10 分 11 4 分 2011 北京模拟 当光照射到光敏电阻上时 光敏电阻的阻值 填 变 大 不变 或 变小 半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随 变化而改变的特性制成的 解析 本题考查传感器中两个常用元件光敏电阻和热敏电阻的性质 光敏电阻是感 光 元件 它的阻值随光照强度的增强而减小 它可把光学量变为电阻这一电学量 常 用 来制造光控开关 热敏电阻对温度反应敏感 答案 变小 温度 12 6 分 有一个教学用的可拆变压器 如图 10 甲所示 它有两个用相同的导线绕制 的 线圈A B 线圈外部还可以绕线 图 10 1 某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A B线圈的电阻值 指针分别对 应 图乙中的a b位置 则A线圈的电阻为 由此可推断 线圈的匝 数较多 选填 A 或 B 2 如果把它看做理想变压器 现要测量A线圈的匝数 提供的器材有 一根足够长 的 绝缘导线 一只多用电表和低压交流电源 请简要叙述实验的步骤 写出要测的物理 量 并用字母表示 A线圈的匝数为nA 用所测物理量符号表示 答案 1 24 A 2 用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈 将A线圈与低压交流电源相连接 用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U n 其他方法 只要合理即可 UA U 三 计算题 本大题共 4 个小题 共 40 分 解答时应写出必要的文字说明 方程式和 演 算步骤 有数值计算的要注明单位 13 8 分 一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场 方 向的固定轴转动 线圈匝数n 100 穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变 化 如图 11 所示 发电机内阻r 5 0 外电路电阻R 95 已知感应电动势的最 大值 Em n m 其中 m为穿过每匝线圈磁通量的最大值 求串联在外电路中的交流电 流表 内阻不计 的读数 图 11 解析 从 t图象可以看出 m 1 0 10 2 Wb T 3 14 10 2 s 已知Em n m 又 2 T 故电路中电流最大值 Im Em R r n 2 m T R r A 2 A 100 2 3 14 1 0 10 2 3 14 10 2 95 5 0 交流电流表读数I Im 1 4 A 2 答案 1 4 A 14 10 分 交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO 匀 速转动 一小型发电机的线圈共 220 匝 线圈面积S 0 05 m2 线圈转动的频率为 50 Hz 线圈内阻不计 磁场的磁感应强度B T 为用此发电机所发出交变电流带 2 动两个标有 220 V 11 kW 的电机正常工作 需在发电机的输出端a b与电机之 间 接一个理想变压器 电路如图 12 所示 求 图 12 1 发电机的输出电压有效值为多少 2 变压器原 副线圈的匝数比为多少 3 与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大 解析 1 根据Em NBS 1100 V 2 得输出电压的有效值为U1 1100 V Em 2 2 根据 得 U1 U2 n1 n2 n1 n2 5 1 3 根据P入 P出 2 2 104 W 再根据P入 U1I1 解得I1 20 A 答案 1 1100 V 2 5 1 3 20 A 15 10 分 为了减少因火电站中煤的燃烧对大气的污染 目前正大力发展水电站 某 一 水电站发电机组设计为 水以v1 3 m s 的速度流入水轮机后以v2 1 m s 的速度 流出 流出水位比流入的水位低 100 m 水流量为Q 100 m3 s 水轮机效率为 75 发电 机效率为 80 求 g 10 m s2 水的密度 103 kg m3 1 发电机组的输出功率是多少 2 如果发电机输出电压为 24 kV 输电线路中能量损失为 0 05 输电线电阻为 19 5 那么所需升压变压器的原 副线圈匝数比是多少 解析 1 时间t内水流质量m Qt 水轮机获得的机械能 E mgh m v12 v22 75 1 2 则发电机输出的电能E电 E 80 发电机的输出功率 P0 6 02 107W E电 t 2 发电机的输出电流 I1 P0 U1 2508 A 输电线路损失 P P0 0 05 输电电流满足I22 P R 得I2 39 3 A 则升压变压器原 副线圈匝数比 n1 n2 I2 I1 1 64 答案 1 6 02 107 W 2 1 64 16 12 分 如图 13 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 1 从图示位置起转过 1 4 转的时间内负载电阻R上产生的热量 2 从图示位置起转过 1 4 转的时间内通过负载电阻R的电荷量 3 电流表的示数 解析 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