第十章 交变电流章末检测

1、必考部分选修 3-2第十章交变电流传感器(时间 90 分钟，满分 100 分)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 n1n2 和电源电压U1 分别为( )图 1B12 4UA12 2U 命 题 设 计 难度题号 目标 较易中等稍难交变电流的产生2、59、10、13描述交变电流的“四值”4、5、13变压器的原理及 U、I 与 n 的关系1、3、68、12

2、传感器7、11交变电流的产生与变压器综合14、15交变电流的综合应用16C21 4UD21 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n1I 副n2 得 n1n221；U 原/U 副n1/n2 得 U 原2U，所以 U14U.C 项正确答案：C2(2014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

3、线圈转动到图示位置的时刻 t0.则( )A在 t0 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 B1 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 2f2 ，B 正确；R 两端再并联电阻时，干2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

4、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：BC3.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 n1n21100，交流电流表 A 的示数是 50 mA，则( )图 3A. 被测电路的电流的有效值为 5 AB. 被测电路的电流的平均值为 0.5 AC. 被测电路的电流的最大值为 5 2 A 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 I250 mA0.05 A，根据I1n2I2n1得，I15 A，A 对 B 错误；原线圈(被测电路)中电流的最大值 I1m 2I15 2A，C

5、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：AC4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1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2周期中，前面的14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 4UmB.AUm

6、 2C.UmD.Um24Um 2() 2T解析：由有效值的定义知U2TRR2得 UUm.C 项正确2答案：C5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 tT/8 时，穿过线圈的磁通量的变化率约为( )A1.41 Wb/s C14.1 Wb/sB2.0 Wb/sD20.0 Wb/s解析：由于电压表测量的是交变电流的有效值，由此可以计算出交变电压的最大值为Em 2E20 2 V. 2交变电压的瞬时值表达式为：e20 2sin T t当 tT/8

7、 时的瞬时值为：e20 V由法拉第电磁感应定律知，对应该时刻磁通量的变化率为2.0 Wb/s，故选项 Bt是正确的答案：B6(2009四川高考)如图 6 甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，R120 ，R230 ，C 为电容器，已知通过 R1 的正弦式电流如图乙所示，则( )图 6A交变电流的频率为 0.02 HzB原线圈输入电压的最大值为 200 2 V C电阻 R2 的电功率约为 6.67 WD通过 R3 的电流始终为零解析：由图乙可知交变电流的频率为 50 Hz，所以 A 错副线圈电压最大值 U2I2R220 V，由U1U2可知 U1200 V，B 错R1 和 R2 并联，P

8、2(U2 )2/306.67 W，Cn1n22对因电容器接交变电流有充、放电现象，故 D 错答案：C7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

9、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：AD8(2008四川高考)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； 为理想电流表，读数分别为 I1、I2 和 I3，现 、 和断开 S，U1 数值不变，下列推断中正确的是( )图 8BU2 不变、I3 变大DI1 变大、I2 变大AU2 变小，I3 变小CI1 变小、I2 变小解析：因为变压器的匝数与 U1 不变，所

10、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变正确答案：BC9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

11、，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 9A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 Ln2(n1)qUT11 1vn2，又2mvn 2m

12、v0 (n1)qU，得 Ln2f22应的位置不成线性关系，D 项错误v02，即筒长与其对m答案：B10一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( )1AE2E0，T T0，P2P02BEE0，T1T0，P2P02CE2E0，TT0，P2P01DE2E0，T T0，P4P02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E有2(NBS)22

13、的最大感应电动势 E0NBS，周期 T0 ，外力提供的功率 P0 (R2)2RN2B2S22 2.当角速度为 2 时，产生的最大感应电动势 E2NBS2E0，周期 T22R(NBS2)24N2B2S22 1T ，外力提供的功率 P4P .故选项 D 对0022R( 2)2R答案：D二、实验题(本大题共 2 个小题，共 10 分)11(4 分)(2008海南高考)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

14、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的同一欧姆挡先后测量了 A、B 线圈的电阻值，指针分别对(1)某同学用一多用应图乙中的 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

15、 .(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 UUAn(其他方法，只要合理即可)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 n100.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 r5.0 ，外电路电阻 R95 .已

16、知感应电动势的最大值Emnm，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m1.0102 Wb，T3.14102 s，已知 Emnm，又 2，T故电路中电流最大值Im Em n2mRrT(Rr)10023.141.0102A2 A.3.14102(955.0)交流电流表读数 IIm/ 21.4 A.答案：1.4 A14(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 S0.05 m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度 B

17、 2 T为用此发电机所发出交变电流带动两个标有“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 EmNBS1100 2 V得输出电压的有效值为 U1Em1100 V.2(2)根据U1n1得n15.U2n2n21(3)根据 P 入P 出2.2104 W再根据 P 入U1I1，解得 I120 A.答案：(1)1100 V (2)51 (3)20 A15(10 分)为了减少因火

18、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 v13 m/s 的速度流入水轮机后以 v21 m/s 的速度流出，流出水位比流入的水位低 100 m，水流量为 Q100 m3/s，水轮机效率为 75%，发电机效率为 80%，求：(g10 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 mQt，水轮机获得的机械能1Emgh m(v 22v )75%122则发电机输出的电能 E 电E80%发电机的输出功率E电P06.02107W.t(2)发电机的输出电流I1P0/U12508 A输电