第十一章 交變電流 傳感器綜合過(guò)關(guān)規(guī)范限時(shí)檢測(cè)滿分:100分 考試時(shí)間:45分鐘一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共計(jì)48分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第1~5題只有一項(xiàng)符合題目要求,第6~8題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)1.利用電容傳感器可檢測(cè)礦井滲水,及時(shí)發(fā)出安全警報(bào),從而避免事故的發(fā)生。如圖所示是一種通過(guò)測(cè)量電容器電容的變化來(lái)檢測(cè)礦井中液面高低的儀器原理圖,A為位置固定的導(dǎo)體芯,B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì),C為導(dǎo)電液體(礦井中含有雜質(zhì)的水),A、B、C構(gòu)成電容器。若礦井滲水(導(dǎo)電液體深度h增大),則電流( D )A.從b向a,A、B、C構(gòu)成的電容器放電B.從a向b,A、B、C構(gòu)成的電容器放電C.從b向a,A、B、C構(gòu)成的電容器充電D.從a向b,A、B、C構(gòu)成的電容器充電[解析] 本題考查平行板電容器在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用,注意由題意找出我們常見(jiàn)的模型再進(jìn)行分析。由圖可知,液體與芯柱構(gòu)成了電容器,由圖可知,兩板間距離不變;液面變化時(shí)只有正對(duì)面積發(fā)生變化;則由C=可知,當(dāng)液面升高時(shí),正對(duì)面積S增大,故可判斷電容增大,再依據(jù)C=,電壓U不變,那么電容器的電荷量Q增大,因此電容器處于充電狀態(tài),電流方向從a向b。A、B、C錯(cuò)誤,D正確。2.(2021·山東聊城月考)一種常見(jiàn)的身高、體重測(cè)量?jī)x如圖所示。測(cè)量?jī)x頂部豎直向下發(fā)射波速為v的超聲波,超聲波經(jīng)反射后被測(cè)量?jī)x接收,測(cè)量?jī)x記錄發(fā)射和接收的時(shí)間間隔。測(cè)量?jī)x的底座上安裝有壓力傳感器,傳感器的輸出電壓與作用在其上的壓力成正比。質(zhì)量為M0的測(cè)重臺(tái)置于壓力傳感器上,當(dāng)測(cè)重臺(tái)沒(méi)有站人時(shí),測(cè)量?jī)x記錄的時(shí)間間隔為t0,輸出電壓為U0,某同學(xué)站在測(cè)重臺(tái)上,測(cè)量?jī)x記錄的時(shí)間間隔為t,輸出電壓為U,則該同學(xué)的身高、質(zhì)量分別為( B )A.v(t0-t),UB.v(t0-t),(U-U0)C.v(t0-t),(U-U0)D.v(t0-t),U[解析] 設(shè)測(cè)量?jī)x高度為L(zhǎng),人的身高為h,質(zhì)量為m,當(dāng)測(cè)重臺(tái)上沒(méi)有站人時(shí),根據(jù)超聲波的速度和位移關(guān)系得2L=vt0,根據(jù)傳感器輸出電壓與作用在其上的壓力成正比得U0=kM0g,當(dāng)測(cè)重臺(tái)上站人時(shí),同理可得vt=2(L-h(huán)),U=k(M0+m)g,聯(lián)立可得h=v(t0-t),m=(U-U0),B正確,A、C、D錯(cuò)誤。3.(2020·山西運(yùn)城一模)如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1︰2,正弦式交流電源電壓有效值U=12 V,電阻R1=1 Ω,R2=2 Ω,滑動(dòng)變阻器R3最大阻值為20 Ω,滑片P處于中間位置,則( B )A.R1與R2消耗的電功率相等B.通過(guò)R1的電流為3 AC.若向上移動(dòng)P,電壓表讀數(shù)將變大D.若向上移動(dòng)P,電源輸出功率將不變[解析] 本題考查副線圈中負(fù)載電阻變化引起的變壓器動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題。理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為12,可知通過(guò)原、副線圈的電流之比為21,根據(jù)P=I2R可知,R1與R2消耗的電功率之比為21,故A錯(cuò)誤;設(shè)通過(guò)R1的電流為I,則通過(guò)副線圈的電流為0.5I,原線圈兩端電壓為U-IR1=12-I(V),根據(jù)匝數(shù)比可知,副線圈兩端電壓為2(12-I)(V),則=R2R3m=12 Ω,解得I=3 A,故B正確;若向上移動(dòng)P,則滑動(dòng)變阻器R3接入電路的電阻減小,通過(guò)副線圈的電流變大,原線圈中的電流也變大,根據(jù)P=IU可知,電源輸出功率將變大,電阻R1兩端的電壓變大,變壓器輸入電壓變小,副線圈兩端電壓變小,電壓表讀數(shù)將變小,故C、D錯(cuò)誤。4.(2020·安徽淮北一模)圖甲中的變壓器為理想變壓器,原線圈匝數(shù)n1與副線圈匝數(shù)n2之比為10︰1,變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦式交變電流,電阻R1=R2=R3=20 Ω與電容器C連接成如圖甲所示的電路,其中電容器的擊穿電壓為8 V,電表均為理想交流電表,開(kāi)關(guān)S處于斷開(kāi)狀態(tài),則( C )A.電壓表的讀數(shù)為10 VB.電流表的讀數(shù)為0.05 AC.電阻R2上消耗的功率為2.5 WD.若閉合開(kāi)關(guān)S,電容器會(huì)被擊穿[解析] 本題考查變壓器和含容電路相關(guān)知識(shí),開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),副線圈所在電路為R1和R2串聯(lián),電壓表測(cè)量R2兩端的電壓,由題圖乙可知,原線圈兩端的電壓為100V,根據(jù)變壓比公式可得,副線圈兩端的電壓為10V,則電壓表的讀數(shù)即R2兩端的電壓為5 V≈7.07 V,故A錯(cuò)誤;由A的分析可知,通過(guò)副線圈的電流I2 A=0.25 A,所以通過(guò)原線圈的電流I1I2=0.025 A,故B錯(cuò)誤;電阻R2上消耗的功率P=IR2=(0.25)2×20 W=2.5 W,故C正確;當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),R1、R3與電容器并聯(lián)后和R2串聯(lián),電容器兩端的電壓為并聯(lián)部分兩端的電壓,并聯(lián)部分的電阻R=10 Ω,所以并聯(lián)部分兩端的電壓UCU2×10 V= V,電壓最大值等于× V<8 V,所以電容器不會(huì)被擊穿,故D錯(cuò)誤。5.(2021·福建南平月考)如圖所示,n匝矩形線圈abcd,放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈面積為S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線OO′恰好位于ab和cd中點(diǎn)的連線上,線圈繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈與一個(gè)阻值為R的電阻相連,其余電阻不計(jì)。則從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),以下判斷正確的是( D )A.圖中電壓表的示數(shù)為B.該線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中,通過(guò)R的電荷量為C.t時(shí)間內(nèi),電阻R產(chǎn)生的熱量為D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí),磁通量變化率為[解析] 本題考查交變電流的產(chǎn)生和描述。由于線圈只有一側(cè)邊在磁場(chǎng)中切割磁感線,所以線圈繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em,圖中電壓表的示數(shù)為U=,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;該線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中,磁通量變化ΔΦ=,通過(guò)R的電荷量為q=·t=n=n,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;t時(shí)間內(nèi),電阻R產(chǎn)生的熱量為Q=t=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=sin  30°=,由E=n可得此時(shí)磁通量變化率為,選項(xiàng)D正確。6.(2020·廣東七校聯(lián)考)如圖所示,豎直長(zhǎng)導(dǎo)線通有恒定電流,一矩形線圈abcd可繞其豎直對(duì)稱(chēng)軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈繞軸以角速度ω沿逆時(shí)針(沿軸線從上往下看)方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),下列說(shuō)法正確的是( BD )A.t=0時(shí),線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.0~時(shí)間內(nèi),線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcdaC.t=時(shí),線圈的磁通量為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零D.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次[解析] 通電導(dǎo)線在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng),在其右側(cè)產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直于紙面向外,離導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁場(chǎng)越弱,在t=0時(shí)刻,ab邊和cd邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),速度方向與磁場(chǎng)平行,故不切割磁感線不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故A錯(cuò)誤;在0~時(shí)間內(nèi),穿過(guò)線圈的磁通量減小,根據(jù)楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda,故B正確;t=時(shí),線圈的磁通量為零,ab邊和cd邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁通量的變化率不為零,故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為零,故C錯(cuò)誤;線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次,故D正確。7.(2020·福建龍巖三月質(zhì)檢)某電風(fēng)扇擋位變換器的電路如圖所示,它可視為一個(gè)可調(diào)壓的理想變壓器,總匝數(shù)為2 000匝的線圈兩端接交變電源,輸入電壓為u=220 sin 100πt(V),擋位1、2、3、4對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為200匝、600匝、1 000匝、2 000匝。電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻r=8 Ω、額定電壓U=220 V、額定功率P=110 W,則下列說(shuō)法正確的是( AD )A.交變電流的頻率為50 HzB.當(dāng)選擇擋位3后,電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為110 VC.當(dāng)由擋位3變?yōu)閾跷?后,電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變快D.當(dāng)選擇擋位4后,電動(dòng)機(jī)的輸出功率為108 W[解析] 交變電流的頻率f==50 Hz,A正確;原線圈電壓的有效值U0V=220 V,當(dāng)選擇擋位3后,根據(jù)理想變壓器的電壓規(guī)律,解得電動(dòng)機(jī)兩端電壓U3n3×1 000 V=110 V,B錯(cuò)誤;擋位3變?yōu)閾跷?后,電動(dòng)機(jī)兩端電壓減小,電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢,C錯(cuò)誤;當(dāng)選擇擋位4后,電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為220 V,通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流I= A=0.5 A,電動(dòng)機(jī)的輸出功率P=P-I2r=110 W-0.52×8 W=108 W,D正確。8.如圖,利用理想變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,發(fā)電廠的輸出電壓恒定,輸電線路的電阻不變,當(dāng)用電高峰到來(lái)時(shí)( CD )A.輸電線上損耗的功率減小B.電壓表V1的示數(shù)減小,電流表A1的示數(shù)增大C.電壓表V2的示數(shù)減小,電流表A2的示數(shù)增大D.用電功率與發(fā)電廠輸出功率的比值減小[解析] 當(dāng)用電高峰到來(lái)時(shí),用戶總電阻減小,則電流表A2的示數(shù)變大,輸電線上的電流變大,即電流表A1的示數(shù)增大,輸電線上損耗的功率、電壓都變大,A錯(cuò)誤;因?yàn)榘l(fā)電廠的輸出電壓恒定,則升壓變壓器的輸出電壓也不變,即電壓表V1的示數(shù)不變,B錯(cuò)誤;輸電線上的電壓損失變大,故降壓變壓器的初級(jí)電壓減小,由理想變壓器的電壓與匝數(shù)成正比得次級(jí)電壓也減小,即電壓表V2的示數(shù)減小,C正確;用戶消耗的功率與發(fā)電廠輸出總功率約比值為=1-=1-,因?yàn)檩旊娋€上的電流增大,則電壓損失ΔU增大,U1不變,所以用戶消耗的功率與發(fā)電廠輸出總功率的比值減小,故D正確。二、非選擇題(本題共3小題,共52分。)9.(12分)(2021·東北師大附中、重慶一中等六校聯(lián)考)某小組利用如圖甲所示電路測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。其中電壓傳感器內(nèi)阻可視為無(wú)窮大,電流表內(nèi)阻可視為零,其量程為0~0.3 A,R為定值電阻,RL為置于控溫爐內(nèi)的二極管,二極管內(nèi)電流I0=0.10 A時(shí)其兩端電壓U與溫度的關(guān)系如圖乙所示。(1)將電路中的電壓傳感器M端與N端連接,閉合開(kāi)關(guān),電壓傳感器的示數(shù)為1.8 V時(shí),電流表的指針位置如圖丙所示,其讀數(shù)為0.200A;(2)將電壓傳感器M端改接到電路中Q端,通過(guò)控溫爐改變溫度,讀出不同溫度時(shí)的U、I,得到的U-I關(guān)系圖線如圖丁所示,則根據(jù)圖像可知電源電動(dòng)勢(shì)E為9.0V,內(nèi)阻r為1.0Ω;(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)撤去電壓傳感器,若電流表的示數(shù)剛好為I0,則二極管的溫度應(yīng)該為32 ℃(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。[解析] (1)電流表量程為0~0.3 A,由題圖丙可知,其分度值為0.01 A,需估讀到千分位,即示數(shù)為0.200 A。(2)將電壓傳感器的M端改接到電路中Q端,電壓傳感器測(cè)量控溫爐兩端電壓,但由于正負(fù)接線柱接反了,因此測(cè)量的數(shù)值會(huì)變?yōu)樨?fù)值,計(jì)算時(shí)取絕對(duì)值即可,根據(jù)題圖丁所示的U-I,圖線可知,電源電動(dòng)勢(shì)E=9.0 V;定值電阻的阻值R==9 Ω,由閉合電路歐姆定律有E=U+I(xiàn)(R+r),由題圖丁所示圖像可知,當(dāng)U=6.0 V時(shí),I=0.300 A,代入數(shù)據(jù)解得,電源內(nèi)阻r=1.0 Ω。(3)由閉合電路歐姆定律得E=U+I(xiàn)(R+r),電路電流I0=0.10 A時(shí),解得二極管兩端電壓U=8 V,由題圖丁所示圖像可知,溫度為32 ℃。10.(20分)某學(xué)校物理興趣小組自制一臺(tái)手搖發(fā)電機(jī),原理如圖所示,長(zhǎng)方形線圈面積S=1.0×10-2 m2,線圈的匝數(shù)N=100,線圈的總電阻r0=0.5 Ω,接觸電阻(兩電刷的總阻值)r=0.5 Ω,當(dāng)學(xué)生以周期T=1 s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)線圈時(shí),接入電路中的規(guī)格為“2.5 V 0.75 W”的小燈泡正常發(fā)光。π取3.14。求:(1)從圖示時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;(2)線圈處勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字);(3)如果人做功轉(zhuǎn)化為電能的效率η=30%,則手搖線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周人做的功;(4)從圖示時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中通過(guò)小燈泡的電荷量。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)[答案] (1)e= sin 2πt V (2)0.63 T (3)2.8 J (4)0.068 C[解析] (1)從圖示時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e=NBSω sin ωtEm=NBSωω=有效值E==I(r0+r+R)=(r0+r+R)R聯(lián)立解得e= sin 2πt V。(2)由EmE=NBSω=NBS×得B=T≈0.63 T。(3)由功能原理可得ηW=I2(r0+r+R)×T即W代入數(shù)據(jù)解得W=2.8 J。(4)由法拉第電磁感應(yīng)定律可知由閉合電路歐姆定律可得q=Δt聯(lián)立解得q=代入數(shù)據(jù)得q≈0.068 C。11.(20分)(2020·北京海淀質(zhì)檢)如圖甲所示,長(zhǎng)、寬分別為L(zhǎng)1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)。線框的兩個(gè)末端分別與兩個(gè)彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過(guò)電刷和定值電阻R相連。線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中B0、B1和t1均為已知。在0~t1的時(shí)間內(nèi),線框保持靜止,且線框平而和磁場(chǎng)垂直;t1時(shí)刻后線框在外力的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。求:(1)0~t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R的電流大?。?/span>(2)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后,在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中電流通過(guò)電阻R產(chǎn)生的熱量;(3)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后,從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量。[答案] (1) (2)πRω2 (3)[解析] (1)0~t1時(shí)間內(nèi),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,通過(guò)電阻R的電流I=(2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nB1L1L2ω感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E=nB1L1L2ω通過(guò)電阻R的電流的有效值I=線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需的時(shí)間t=此過(guò)程中,電阻R產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=πRω2。(3)線框從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中,平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)=n平均感應(yīng)電流通過(guò)電阻R的電荷量q=Δt=。  

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