2024高考物理一輪復習限時檢測11交變電流傳感器含解析新人教版

PAGEPAGE12第十一章交變電流傳感器綜合過關規(guī)范限時檢測滿分：100分考試時間：90分鐘一、單項選擇題：本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．(2024·鄒城高三模擬)如圖所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過程是溝通發(fā)電機發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接，下列說法正確的是(C)A．圖(a)中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變更率最大B．從圖(b)起先計時，線圈中電流i隨時間t變更的關系是i＝ImsinωtC．當線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時，感應電流最小，且感應電流方向變更D．當線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時，感應電動勢最小，ab邊感應電流方向為b→a[解析]圖(a)中，線圈在中性面位置，故穿過線圈的磁通量最大，磁通量變更率為0，選項A錯誤；圖(b)不是中性面，從線圈在中性面位置起先計時的表達式才是i＝Imsinωt，選項B錯誤；當線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時，線圈在中性面位置，故穿過線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的感應電流最小為零，電流方向?qū)⒆兏x項C正確；當線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時，磁通量最小，磁通量的變更率最大，故感應電動勢最大，ab邊感應電流方向為b→a，選項D錯誤。2．(2024·北京市高考適應性考試)如圖所示，志向變壓器的原線圈接在u＝220eq\r(2)sin100πt(V)的溝通電源上，副線圈接有R＝55Ω的負載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為41，電流表、電壓表均為志向電表，下列說法正確的是(C)A．原線圈的輸入功率為220eq\r(2)WB．電流表的讀數(shù)為1AC．電壓表的讀數(shù)為55VD．通過電阻R的交變電流頻率是100Hz[解析]原線圈兩端電壓的有效值為220V，由公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，副線圈兩端電壓的有效值為55V，電壓表的讀數(shù)指的就是有效值，所以電壓表的讀數(shù)為55V，C正確；由歐姆定律I2＝eq\f(U2,R)得副線圈中電流為1A，由公式eq\f(I2,I1)＝eq\f(n1,n2)得原線圈中電流為eq\f(1,4)A，即電流表讀數(shù)為eq\f(1,4)A，B錯誤；原線圈的輸入功率P1＝U1I1＝220×eq\f(1,4)W＝55W，A錯誤；由電源的瞬時值表達式知角速度w＝100πrad/s，交變電流頻率f＝eq\f(w,2π)＝50Hz，D錯誤。3．(2024·廣東惠州模擬)如圖甲所示，在磁感應強度大小為B的勻強磁場中，有一矩形單匝線圈，其面積為S，總電阻為r，線圈兩端外接一電阻R和一個志向溝通電流表。若線圈繞對稱軸OO′以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動，圖乙是線圈轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應電動勢e隨時間t變更的圖象，下列說法正確的是(D)A．在t1～t3時間內(nèi)，穿過線圈平面的磁通量的變更量為BSB．在t3～t4時間內(nèi)，通過電阻R的電荷量eq\f(BS,R)C．在t3時刻穿過線圈平面的磁通量的變更率為2BSωD．在t3時刻電流表的示數(shù)為eq\f(BSω,\r(2)R＋r)[解析]由題圖可知，在t1和t3時刻穿過線圈平面的磁通量大小均為BS，方向相反，則在t1～t3時間內(nèi)穿過線圈平面的磁通量的變更量為2BS，A錯誤；在t3～t4時間內(nèi)，磁通量的變更量為BS，則平均電動勢eq\x\to(E)＝eq\f(BS,Δt)，因此通過電阻R的電荷量為q＝eq\f(\x\to(E),R＋r)·Δt＝eq\f(BS,R＋rΔt)Δt＝eq\f(BS,R＋r)，故B錯誤；在t3時刻電動勢E＝BSω，則由法拉第電磁感應定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)可知，穿過線圈的磁通量變更率為BSω，故C錯誤；在t3時刻電流表的示數(shù)為交變電流的有效值，則有I＝eq\f(E,\r(2)R＋r)＝eq\f(BSω,\r(2)R＋r)，故D正確。4．(2024·河北五個一名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示為一溝通電電流隨時間變更的圖象，此溝通電電流的有效值為(B)A．7A B．5AC．3.5eq\r(2)A D．3.5A[解析]本題考查交變電流有效值的計算。依據(jù)有效值的定義有2×(4eq\r(2))2R×0.01(J)＋2×(3eq\r(2))2R×0.01(J)＝I2R×0.04(J)，解得I＝5A，故B正確。5．(2024·北京東城區(qū)期末)某愛好小組利用如圖所示裝置給燈泡供電。圖中兩磁極位置相對于水平軸線OO′對稱，導線框ABCD繞軸線OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，并通過升壓變壓器給燈泡供電。下列說法正確的是(B)A．圖示位置穿過線框的磁通量為零B．圖示位置線框產(chǎn)生的感應電動勢為零C．線框ABCD中電流的有效值小于燈泡中電流的有效值D．若燈泡偏暗，可通過增加原線圈匝數(shù)來提高燈泡亮度[解析]本題考查交變電流產(chǎn)生的過程及其規(guī)律，駕馭志向變壓器的電壓、電流及功率之間的關系。由圖可知，此時線圈和磁場垂直，線框的磁通量最大，感應電動勢為0，A錯誤，B正確；變壓器為升壓變壓器，副線圈匝數(shù)多，則副線圈中電流小，C錯誤；若燈泡偏暗說明輸出電壓較小，要使輸出電壓變大，應削減原線圈匝數(shù)，D錯誤。6．(2024·江蘇天一中學調(diào)研)如圖甲所示，志向變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2＝31，L1、L2為兩相同燈泡，R、L、D和C分別為定值電阻、志向線圈、志向二極管和電容器，其中C＝10μF。當原線圈兩端接入如圖乙所示的正弦溝通電壓時，下列說法中正確的是(C)A．燈泡L1肯定比L2暗B．電容器C所帶電荷量的最大值為6eq\r(2)×103CC．電容器C充電周期為2×10－2sD．副線圈兩端的電壓有效值為12eq\r(2)V[解析]本題結(jié)合在志向變壓器中電容、電感、二極管的導電性質(zhì)，考查交變電流圖象及其相關學問點。由于L1與電阻相串聯(lián)，而L2與電感器相串聯(lián)，燈泡L1與L2的亮度，取決于電阻和電感的阻礙作用，本題未給出相關條件，無法推斷兩燈泡誰更暗，故A錯誤；電容器與二極管串聯(lián)，電容器經(jīng)1.0×10－2s充電后，經(jīng)過1.0×10－2s再次充電，則周期為2.0×10－2s，故C正確；由題意可知，原線圈的電壓的最大值為36eq\r(2)V，由于原、副線圈的匝數(shù)比n1n2＝31，所以副線圈的電壓最大值為12eq\r(2)V，則有效值為12V，故D錯誤；二極管具有單向?qū)щ娦?，電容器兩端電壓的最大值?2eq\r(2)V，所以電容器所充電荷量的最大值為Q＝CU＝10×10－6×12eq\r(2)C＝eq\f(6,5)eq\r(2)×10－4C，故B錯誤。7．(2024·江蘇高三聯(lián)考)在如圖所示的電路中，志向變壓器原、副線圈匝數(shù)比為31，原線圈一側(cè)接正弦溝通電源，電路中電阻R1＝R2＝R，其余部分電阻均不計。若R2消耗的功率為P，則R1消耗的功率為(B)A．9P B．eq\f(P,9)C．3P D．eq\f(P,3)[解析]設原、副線圈中電流分別為I1、I2，則eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,3)。設R1消耗的功率為P′，則P′＝Ieq\o\al(2,1)R1＝Ieq\o\al(2,1)R，P＝Ieq\o\al(2,2)R2＝Ieq\o\al(2,2)R。因此，eq\f(P′,P)＝eq\f(I\o\al(2,1)R,I\o\al(2,2)R)＝eq\f(I\o\al(2,1),I\o\al(2,2))＝eq\f(1,9)，故P′＝eq\f(1,9)P，選項B正確。8．(2024·新泰高三模擬)長為L的直導體棒a放置在光滑絕緣水平面上，固定的長直導線b與a平行放置，導體棒a與力傳感器相連，如圖所示(俯視圖)。a、b中通有大小分別為Ia、Ib的恒定電流，Ia方向如圖所示，Ib方向未知。導體棒a靜止時，傳感器受到a給它的方向向左、大小為F的拉力。下列說法正確的是(B)A．Ib與Ia的方向相同，Ib在a處的磁感應強度B大小為eq\f(F,IbL)B．Ib與Ia的方向相同，Ib在a處的磁感應強度B大小為eq\f(F,IaL)C．Ib與Ia的方向相反，Ib在a處的磁感應強度B大小為eq\f(F,IbL)D．Ib與Ia的方向相反，Ib在a處的磁感應強度B大小為eq\f(F,IaL)[解析]本題考查力傳感器和安培力及其相關學問點。力傳感器受到a向左的力，直導線b和導體棒a相互吸引，Ib與Ia的方向相同，由F＝BIaL，解得B＝eq\f(F,IaL)，選項B正確，A、C、D錯誤。二、多項選擇題：本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。9．(2024·臨沂高三月考)指紋傳感器為在一塊半導體基板上陣列了10萬金屬顆粒，每一顆粒充當電容器的一極，外表面絕緣，手指在其上構(gòu)成電容器的另外一極。當手指的指紋一面與絕緣表面接觸時，由于指紋深淺不同。對應的峪(本義：山谷)和嵴(本義：山脊)與半導體基板上的金屬顆粒間形成一個個電容值不同的電容器，若金屬顆粒與手指間組成的每個電容器電壓保持不變，則(BC)A．指紋的嵴處與半導體上對應的金屬顆粒距離近，電容小B．指紋的峪處與半導體上對應的金屬顆粒距離遠，電容小C．在手指擠壓絕緣表面時，電容電極間的距離減小，金屬顆粒電極電荷量增加D．在手指擠壓絕緣表面時，電容電極間的距離減小，金屬顆粒電極電荷量削減[解析]本題考查指紋傳感器及其相關學問點。指紋的嵴處與半導體基板上對應的金屬顆粒距離近，依據(jù)電容的確定式C＝eq\f(εrS,4πkd)得知，電容大，A錯誤；指紋的峪處與半導體基板上對應的金屬顆粒距離遠，依據(jù)電容的確定式C＝eq\f(εrS,4πkd)得知，電容小，B正確；在手指擠壓絕緣表面時，手指與對應的金屬顆粒距離減小，電容增大，而電壓肯定，則由Q＝CU可知，各金屬顆粒電極電荷量增加，C正確，D錯誤。10．(2024·山東日照校級聯(lián)考)一含有志向變壓器的電路如圖所示，變壓器原、副線圈匝數(shù)比為31。電路中連接三個相同的電阻R，A為志向溝通電流表，正弦溝通電源輸出電壓的有效值U＝380V。當開關S斷開時，電流表的示數(shù)為2A。則(AC)A．定值電阻R的阻值為10ΩB．開關S斷開時，副線圈的輸出電壓為127VC．開關S閉合時，電流表的示數(shù)為3.8AD．開關S閉合時，電路中消耗的總功率為1300W[解析]本題考查原線圈帶負載的變壓器的動態(tài)問題。當開關S斷開時，電流表示數(shù)I1＝2A，依據(jù)變壓器原理可得副線圈電流I2＝3I1＝6A，依據(jù)電壓關系有eq\f(U－I1R,I2·2R)＝eq\f(3,1)，代入數(shù)據(jù)解得R＝10Ω，A正確；S斷開時，副線圈電壓U2＝2I2R＝120V，B錯誤；開關S閉合，eq\f(U－I′1R,I′2·R)＝eq\f(3,1)，且I′2＝3I′1，解得I′1＝3.8A，回路總功率P＝I′1U＝1444W，C正確，D錯誤。11.(2024·吉林東北師大附中模擬)如圖，單匝矩形導線框abcd與勻強磁場垂直，線框電阻不計，線框繞與cd邊重合的固定轉(zhuǎn)軸以恒定角速度從圖示位置起先勻速轉(zhuǎn)動，志向變壓器匝數(shù)比為n1n2。開關S斷開時，額定功率為P的燈泡L1正常發(fā)光，電流表示數(shù)為I，電流表內(nèi)阻不計，下列說法正確的是(ABD)A．線框中產(chǎn)生的電流為正弦式交變電流B．線框從圖中位置轉(zhuǎn)過eq\f(π,4)時，感應電動勢瞬時值為eq\f(P,I)C．燈泡L1的額定電壓等于eq\f(n1P,n2I)D．假如閉合開關S，則電流表示數(shù)變大[解析]本題考查交變電流的產(chǎn)生與變壓器的綜合問題。線框繞垂直于磁場方向的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生的電流為正弦式交變電流，選項A正確；線框從中性面起先轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動eq\f(π,4)時，感應電動勢的瞬時值表達式為eq\r(2)eq\f(P,I)·sineq\f(π,4)＝eq\f(P,I)，選項B正確；原線圈兩端的電壓U1＝eq\f(P,I)，副線圈兩端的電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(n2P,n1I)，選項C錯誤；閉合開關S，副線圈負載變小，輸出功率變大，輸入功率變大，由P＝UI可知原線圈電流變大，即電流表示數(shù)變大，選項D正確。12．(2024·山東淄博試驗學校一模)如圖為遠距離輸電示意圖，其中T1、T2為志向變壓器，r是輸電線電阻，燈泡L1、L2完全相同且阻值不變?，F(xiàn)保持變壓器T1的輸入電壓不變，滑片P位置不變，當開關S斷開時，燈L1正常發(fā)光，則(BD)A．僅閉合S，燈L1會變亮B．僅閉合S，r消耗的功率會變大，變壓器T1的輸入功率會變大C．僅將滑片P下移，r消耗的功率會變小D．僅將滑片P上移，電流表示數(shù)會變小[解析]本題考查遠距離輸電中的動態(tài)分析問題。閉合開關S，則T2副線圈中總電阻減小，T2副線圈中電流增大，T2原線圈中電流也增大，則r兩端的電壓、消耗功率均增大，則T2輸入電壓U3＝U2－Ir減小，燈泡L1兩端電壓U4減小，故燈泡L1會變暗，U2不變，I變大，則變壓器T1的輸入功率會變大，故A錯誤，B正確；僅將滑片P下移，T1副線圈匝數(shù)增大，則T1的輸出電壓U2增大，流過電阻r的電流變大，則r消耗的功率變大，故C錯誤；僅將滑片P上移，T1副線圈匝數(shù)減小，則T1的輸出電壓減小，T1副線圈中的電流減小，則變壓器T1原線圈中電流減小，即電流表示數(shù)會變小，故D正確。三、非選擇題：本題共6小題，共60分。13．(6分)(2024·浙江高三模擬)(1)為完成“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系”的試驗，必須要選用的是ACE。A．有閉合鐵芯的原、副線圈B．無鐵芯的原、副線圈C．溝通電源D．直流電源E．多用電表(溝通電壓擋)F．多用電表(溝通電流擋)(2)用匝數(shù)na＝60匝和nb＝120匝的變壓器，試驗測量數(shù)據(jù)如下表，依據(jù)測量數(shù)據(jù)可推斷連接電源的線圈是nb(填“na”或“nb”)，并說明推斷的依據(jù)由于漏磁、渦流、線圈電阻等影響，副線圈兩端的電壓小于理論值(至少寫兩條)。Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98[解析](1)為了完成變壓器的探究，須要運用溝通電源變壓，多用電表溝通電壓擋；為了讓變壓效果明顯須要含有閉合鐵芯的原、副線圈，因此正確答案為ACE；(2)由于漏磁、渦流、線圈電阻等影響，所以副線圈測量電壓應當小于理論變壓值，即nb為連接電源的輸入端，na為輸出端。14．(8分)(2024·河北衡水中學模擬)磁力鎖主要由電磁鐵和銜鐵組成。某小組用圖(a)所示的裝置探討電磁鐵線圈的工作電壓與銜鐵所受磁力的關系，彈性梁一端連接有銜鐵，在外力作用下可以上下運動，另一端固定于墻壁，電磁鐵位于銜鐵正下方，為志向電壓表。(1)為增加電磁鐵產(chǎn)生的磁感應強度，變阻器的滑片P應向_c__端移動(填“c”或“d”)。(2)已知電磁鐵線圈的直流電阻為30Ω，滑動變阻器的最大電阻為170Ω，電源E的電動勢為12.0V，滑動變阻器能供應的最大分壓為11.9V，則E的內(nèi)阻是_0.21__Ω(保留2位有效數(shù)字)。(3)同學們將金屬應變片R1粘貼在彈性梁的上表面，將R1和定值電阻R2連接成圖(b)所示電路。線圈通電吸引銜鐵下移時，應變片變長，R1的阻值將_增大__，電壓表V2的讀數(shù)將_增大__。(選填“增大”“減小”或“不變”)(4)在線圈通電吸合銜鐵后，用外力F使電磁鐵和銜鐵剛好分開，測得F與線圈兩端電壓U的關系如圖(c)所示。若要求該鎖能反抗1200N的外力，則工作電壓至少為_6__V。[解析](1)為增加電磁鐵產(chǎn)生的磁感應強度，必須要增加線圈的電流，加大線圈兩端的電壓，則變阻器的滑片P應向c端移動。(2)當滑動變阻器的滑片P滑到c端時，線圈上的分壓最大，此時外電路總電阻為：R＝eq\f(30×170,30＋170)Ω＝25.5Ω，電源的電流為I＝eq\f(U,R)＝eq\f(11.9,25.5)A＝0.47A，電源的內(nèi)阻：r＝eq\f(E－U,I)＝eq\f(12.0－11.9,0.47)Ω＝0.21Ω(3)依據(jù)電阻定律，應變片變長，則截面積變小，R1的阻值將變大，總電阻變大，總電流減小，則電源內(nèi)阻和定值電阻R2上的電壓減小，則電壓表V2的讀數(shù)將增大；(4)由F－U圖象可知，當F＝1200N時，U＝6V；即若要求該鎖能反抗1200N的外力，則工作電壓至少為6V。15．(8分)(2024·民樂縣高三模擬)風力發(fā)電作為新型環(huán)保新能源，近幾年來得到了快速發(fā)展。假如風車陣中某發(fā)電機輸出功率為P1＝120kW，輸出電壓是U1＝250V。發(fā)電站通過原、副線圈的匝數(shù)之比為n1n2＝112的升壓變壓器、總電阻為r＝10Ω的輸電線和降壓變壓器把電能輸送給用戶。已知用戶須要的電壓是U4＝220V，求：(1)升壓變壓器的輸出電壓U2；(2)輸電線上損失的電功率P損。[答案](1)3000V(2)16kW[解析](1)升壓變壓器的原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比，故有：U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(12,1)×250V＝3000V；(2)輸電線上的電流為：I2＝eq\f(P,U2)＝eq\f(120×103,3000)A＝40A損失功率為：P損＝Ieq\o\al(2,2)r＝402×10W＝16000W＝16kW16．(8分)(2024·江蘇南通高三模擬)溝通發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。一小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應強度B＝eq\f(\r(2),π)T。為了用此發(fā)電機發(fā)出的溝通電帶動兩個標有“220V11kW”的電動機正常工作，需在發(fā)電機的輸出端a、b與電動機之間接一個志向變壓器，電路如圖所示。求：(1)發(fā)電機的輸出電壓；(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；(3)與變壓器原線圈串聯(lián)的溝通電流表的示數(shù)。[答案](1)1100V(2)51(3)20A[解析](1)線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢最大值為：Em＝NBSω＝1100eq\r(2)V由于線圈內(nèi)阻不計，則輸出電壓就等于電動勢，得輸出電壓的有效值為U1＝eq\f(Em,\r(2))＝1100V(2)由于電動機的額定電壓為220V，所以變壓器的匝數(shù)比由變壓器的電壓關系得：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得eq\f(n1,n2)＝eq\f(1100,220)＝eq\f(5,1)(3)依據(jù)P入＝P出＝2×1.1×104W再依據(jù)P入＝U1I1解得I1＝2×eq\f(11000,1100)＝20A17．(14分)(2024·如皋市高三模擬)無線充電技術的發(fā)展給用戶帶來了極大的便利，可應用于手機、電腦、智能穿戴、智能家居、醫(yī)療設備、電動汽車等充電，如圖甲所示為手機無線充電工作原理的示意圖，由送電線圈和受電線圈組成。已知受電線圈的匝數(shù)為n＝50匝，電阻r＝1.0Ω，在它的c、d兩端接一阻值R＝9.0Ω的電阻。設在受電線圈內(nèi)存在與線圈平面垂直的磁場，其磁通量隨時間按圖乙所示，可在受電線圈中產(chǎn)生電動勢最大值為20V的正弦溝通電，設磁場豎直向上為正。求：(1)在t＝π×10－3s時，受電線圈中產(chǎn)生電流的大小，c、d兩端哪