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1、第十一章交变电流传感器综合过关规范限时检测满分：100分考试时间：90分钟一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1(2020邹城高三模拟)如图所示，(a)(b)(c)(d)(e)过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接，下列说法正确的是(C)A图(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大B从图(b)开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是iImsin tC当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小
2、，且感应电流方向改变D当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为ba解析图(a)中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，选项A错误；图(b)不是中性面，从线圈在中性面位置开始计时的表达式才是iImsin t，选项B错误；当线圈转到图(c)位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小为零，电流方向将改变，选项C正确；当线圈转到图(d)位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，ab边感应电流方向为ba，选项D错误。2(2020北京市高考适应性考试)如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(V)的交流
3、电源上，副线圈接有R55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为41，电流表、电压表均为理想电表，下列说法正确的是(C)A原线圈的输入功率为220 WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为55 VD通过电阻R的交变电流频率是100 Hz解析原线圈两端电压的有效值为220 V，由公式可知，副线圈两端电压的有效值为55 V，电压表的读数指的就是有效值，所以电压表的读数为55 V，C正确；由欧姆定律I2得副线圈中电流为1 A，由公式得原线圈中电流为 A，即电流表读数为 A，B错误；原线圈的输入功率P1U1I1220 W55 W，A错误；由电源的瞬时值表达式知角速度w100 rad/s，交变电流频率f50
4、Hz，D错误。3(2020广东惠州模拟)如图甲所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一矩形单匝线圈，其面积为S，总电阻为r，线圈两端外接一电阻R和一个理想交流电流表。若线圈绕对称轴OO以角速度做匀速转动，图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图象，下列说法正确的是(D)A在t1t3时间内，穿过线圈平面的磁通量的变化量为BSB在t3t4时间内，通过电阻R的电荷量C在t3时刻穿过线圈平面的磁通量的变化率为2BSD在t3时刻电流表的示数为解析由题图可知，在t1和t3时刻穿过线圈平面的磁通量大小均为BS，方向相反，则在t1t3时间内穿过线圈平面的磁通量的变化量为2BS，A错误；在t3
5、t4时间内，磁通量的变化量为BS，则平均电动势，因此通过电阻R的电荷量为qtt，故B错误；在t3时刻电动势EBS，则由法拉第电磁感应定律E可知，穿过线圈的磁通量变化率为BS，故C错误；在t3时刻电流表的示数为交变电流的有效值，则有I，故D正确。4(2019河北五个一名校联盟联考)如图所示为一交流电电流随时间变化的图象，此交流电电流的有效值为(B)A7 AB5 AC3.5 AD3.5 A解析本题考查交变电流有效值的计算。根据有效值的定义有2(4)2R0.01(J)2(3)2R0.01(J)I2R0.04(J)，解得I5 A，故B正确。5(2019北京东城区期末)某兴趣小组利用如图所示装置给灯泡供
6、电。图中两磁极位置相对于水平轴线OO对称，导线框ABCD绕轴线OO以角速度匀速转动，并通过升压变压器给灯泡供电。下列说法正确的是(B)A图示位置穿过线框的磁通量为零B图示位置线框产生的感应电动势为零C线框ABCD中电流的有效值小于灯泡中电流的有效值D若灯泡偏暗，可通过增加原线圈匝数来提高灯泡亮度解析本题考查交变电流产生的过程及其规律，掌握理想变压器的电压、电流及功率之间的关系。由图可知，此时线圈和磁场垂直，线框的磁通量最大，感应电动势为0，A错误，B正确；变压器为升压变压器，副线圈匝数多，则副线圈中电流小，C错误；若灯泡偏暗说明输出电压较小，要使输出电压变大，应减少原线圈匝数，D错误。6(20
7、20江苏天一中学调研)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n231，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、理想线圈、理想二极管和电容器，其中C10 F。当原线圈两端接入如图乙所示的正弦交流电压时，下列说法中正确的是(C)A灯泡L1一定比L2暗B电容器C所带电荷量的最大值为6103 CC电容器C充电周期为2102 sD副线圈两端的电压有效值为12 V解析本题结合在理想变压器中电容、电感、二极管的导电性质，考查交变电流图象及其相关知识点。由于L1与电阻相串联，而L2与电感器相串联，灯泡L1与L2的亮度，取决于电阻和电感的阻碍作用，本题未给出相关条件，无法判断两灯泡谁更暗，故
8、A错误；电容器与二极管串联，电容器经1.0102 s充电后，经过1.0102 s再次充电，则周期为2.0102 s，故C正确；由题意可知，原线圈的电压的最大值为36 V，由于原、副线圈的匝数比n1n231，所以副线圈的电压最大值为12 V，则有效值为12 V，故D错误；二极管具有单向导电性，电容器两端电压的最大值为12 V，所以电容器所充电荷量的最大值为QCU1010612 C104 C，故B错误。7(2020江苏高三联考)在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为31，原线圈一侧接正弦交流电源，电路中电阻R1R2R，其余部分电阻均不计。若R2消耗的功率为P，则R1消耗的功率为(B)A9
9、PBC3PD解析设原、副线圈中电流分别为I1、I2，则。设R1消耗的功率为P，则PIR1IR，PIR2IR。因此，故PP，选项B正确。8(2020新泰高三模拟)长为L的直导体棒a放置在光滑绝缘水平面上，固定的长直导线b与a平行放置，导体棒a与力传感器相连，如图所示(俯视图)。a、b中通有大小分别为Ia、Ib的恒定电流，Ia方向如图所示，Ib方向未知。导体棒a静止时，传感器受到a给它的方向向左、大小为F的拉力。下列说法正确的是(B)AIb与Ia的方向相同，Ib在a处的磁感应强度B大小为BIb与Ia的方向相同，Ib在a处的磁感应强度B大小为CIb与Ia的方向相反，Ib在a处的磁感应强度B大小为DI
10、b与Ia的方向相反，Ib在a处的磁感应强度B大小为解析本题考查力传感器和安培力及其相关知识点。力传感器受到a向左的力，直导线b和导体棒a相互吸引，Ib与Ia的方向相同，由FBIaL，解得B，选项B正确，A、C、D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9(2020临沂高三月考)指纹传感器为在一块半导体基板上阵列了10万金属颗粒，每一颗粒充当电容器的一极，外表面绝缘，手指在其上构成电容器的另外一极。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹深浅不同。对应的峪(本义：山谷)和嵴(本
11、义：山脊)与半导体基板上的金属颗粒间形成一个个电容值不同的电容器，若金属颗粒与手指间组成的每个电容器电压保持不变，则(BC)A指纹的嵴处与半导体上对应的金属颗粒距离近，电容小B指纹的峪处与半导体上对应的金属颗粒距离远，电容小C在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量增加D在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量减少解析本题考查指纹传感器及其相关知识点。指纹的嵴处与半导体基板上对应的金属颗粒距离近，根据电容的决定式C得知，电容大，A错误；指纹的峪处与半导体基板上对应的金属颗粒距离远，根据电容的决定式C得知，电容小，B正确；在手指挤压绝缘表面时，手指与对
12、应的金属颗粒距离减小，电容增大，而电压一定，则由QCU可知，各金属颗粒电极电荷量增加，C正确，D错误。10(2019山东日照校级联考)一含有理想变压器的电路如图所示，变压器原、副线圈匝数比为31。电路中连接三个相同的电阻R，A为理想交流电流表，正弦交流电源输出电压的有效值U380 V。当开关S断开时，电流表的示数为2 A。则(AC)A定值电阻R的阻值为10 B开关S断开时，副线圈的输出电压为127 VC开关S闭合时，电流表的示数为3.8 AD开关S闭合时，电路中消耗的总功率为1 300 W解析本题考查原线圈带负载的变压器的动态问题。当开关S断开时，电流表示数I12 A，根据变压器原理可得副线圈
13、电流I23I16 A，根据电压关系有，代入数据解得R10 ，A正确；S断开时，副线圈电压U22I2R120 V，B错误；开关S闭合，且I23I1，解得I13.8 A，回路总功率PI1U1 444 W，C正确，D错误。 11.(2020吉林东北师大附中模拟)如图，单匝矩形导线框abcd与匀强磁场垂直，线框电阻不计，线框绕与cd边重合的固定转轴以恒定角速度从图示位置开始匀速转动，理想变压器匝数比为n1n2。开关S断开时，额定功率为P的灯泡L1正常发光，电流表示数为I，电流表内阻不计，下列说法正确的是(ABD)A线框中产生的电流为正弦式交变电流B线框从图中位置转过时，感应电动势瞬时值为C灯泡L1的额
14、定电压等于D如果闭合开关S，则电流表示数变大解析本题考查交变电流的产生与变压器的综合问题。线框绕垂直于磁场方向的固定转轴匀速转动，线框中产生的电流为正弦式交变电流，选项A正确；线框从中性面开始转动，当转动时，感应电动势的瞬时值表达式为sin ，选项B正确；原线圈两端的电压U1，副线圈两端的电压U2U1，选项C错误；闭合开关S，副线圈负载变小，输出功率变大，输入功率变大，由PUI可知原线圈电流变大，即电流表示数变大，选项D正确。12(2020山东淄博实验学校一模)如图为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，r是输电线电阻，灯泡L1、L2完全相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变，
15、滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光，则(BD)A仅闭合S，灯L1会变亮B仅闭合S，r消耗的功率会变大，变压器T1的输入功率会变大C仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小D仅将滑片P上移，电流表示数会变小解析本题考查远距离输电中的动态分析问题。闭合开关S，则T2副线圈中总电阻减小，T2副线圈中电流增大，T2原线圈中电流也增大，则r两端的电压、消耗功率均增大，则T2输入电压U3U2Ir减小，灯泡L1两端电压U4减小，故灯泡L1会变暗，U2不变，I变大，则变压器T1的输入功率会变大，故A错误，B正确；仅将滑片P下移，T1副线圈匝数增大，则T1的输出电压U2增大，流过电阻r的电流变大，则r消耗
16、的功率变大，故C错误；仅将滑片P上移，T1副线圈匝数减小，则T1的输出电压减小，T1副线圈中的电流减小，则变压器T1原线圈中电流减小，即电流表示数会变小，故D正确。三、非选择题：本题共6小题，共60分。13(6分)(2020浙江高三模拟)(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是ACE。A有闭合铁芯的原、副线圈B无铁芯的原、副线圈 C交流电源D直流电源 E多用电表(交流电压挡)F多用电表(交流电流挡)(2)用匝数 na60匝和nb120匝的变压器，实验测量数据如下表，根据测量数据可判断连接电源的线圈是nb(填“na”或“nb”)，并说明判断的依据由于漏磁、涡流、
17、线圈电阻等影响，副线圈两端的电压小于理论值(至少写两条)。Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98解析(1)为了完成变压器的探究，需要使用交流电源变压，多用电表交流电压挡；为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此正确答案为ACE；(2)由于漏磁、涡流、线圈电阻等影响，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为连接电源的输入端，na为输出端。14(8分)(2020河北衡水中学模拟)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用图(a)所示的装置研究电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于
18、墙壁，电磁铁位于衔铁正下方， 为理想电压表。(1)为增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向_c_端移动(填“c”或“d”)。(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30 ，滑动变阻器的最大电阻为170 ，电源E的电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则E的内阻是_0.21_ (保留2位有效数字)。(3)同学们将金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，将R1和定值电阻R2连接成图(b)所示电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将_增大_，电压表V2的读数将_增大_。(选填“增大”“减小”或“不变”)(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测
19、得F与线圈两端电压U的关系如图(c)所示。若要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则工作电压至少为 _6_ V。解析 (1)为增加电磁铁产生的磁感应强度，必须要增加线圈的电流，加大线圈两端的电压，则变阻器的滑片P应向c端移动。(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，线圈上的分压最大，此时外电路总电阻为：R 25.5 ，电源的电流为I A0.47 A，电源的内阻：r 0.21 (3)根据电阻定律，应变片变长，则截面积变小，R1的阻值将变大，总电阻变大，总电流减小，则电源内阻和定值电阻R2上的电压减小，则电压表V2的读数将增大；(4)由FU图象可知，当F1 200 N时，U6 V；即若要求该锁能抵抗1
20、 200 N的外力，则工作电压至少为6 V。15(8分)(2020民乐县高三模拟)风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展。如果风车阵中某发电机输出功率为P1120 kW，输出电压是U1250 V。发电站通过原、副线圈的匝数之比为n1n2112的升压变压器、总电阻为r10 的输电线和降压变压器把电能输送给用户。已知用户需要的电压是U4220 V，求： (1)升压变压器的输出电压U2；(2)输电线上损失的电功率P损。答案(1)3 000 V(2)16 kW解析(1)升压变压器的原、副线圈电压之比等于匝数之比，故有：U2U1250 V3 000 V；(2)输电线上的电流为：I2 A40
21、A损失功率为：P损Ir40210 W16 000 W16 kW16(8分)(2020江苏南通高三模拟)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50 Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B T。为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示。求：(1)发电机的输出电压；(2)变压器原、副线圈的匝数比；(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。答案(1)1 100 V(2)51(3)20 A解
22、析(1)线圈转动产生的电动势最大值为：EmNBS1 100 V由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得输出电压的有效值为U11 100 V(2)由于电动机的额定电压为220 V，所以变压器的匝数比由变压器的电压关系得：得(3)根据P入P出21.1104 W再根据P入U1I1解得I1220 A17(14分)(2020如皋市高三模拟)无线充电技术的发展给用户带来了极大的方便，可应用于手机、电脑、智能穿戴、智能家居、医疗设备、电动汽车等充电，如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n50匝，电阻r1.0 ，在它的c、d两端接一阻值R9.0 的电阻。
23、设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间按图乙所示，可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦交流电，设磁场竖直向上为正。求：(1)在t103 s时，受电线圈中产生电流的大小，c、d两端哪端电势高？(2)在一个周期内，电阻R上产生的热量；(3)从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量。答案(1)2.0 A；c端电势高(2)5.7102 J(3)2103 C解析(1)由图乙知t103 s时受电线圈中产生的电动势为最大值Em20 V线圈中产生感应电流的大小为ItIm2.0 A由楞次定律可以得到此时c端电势高；(2)通过电阻电流的有效值为I A电阻在一个周期内产生的热量QI2RT5.
24、7102 J(3)线圈中感应电动势的平均值n通过电阻电流的平均值为通过电阻的电荷量qt由题图乙知，在的时间内，4104 Wb解得qN2103 C18(16分)(2019安徽江南联考)如图甲所示，在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为R4 的定值电阻，两导轨在同一平面内，与水平面的夹角30，质量m0.2 kg、长L1 m的导体棒ab垂直于导轨放置，使其从靠近定值电阻处由静止开始下滑。已知靠近定值电阻处到底端距离s7.5 m，导体棒电阻r1 ，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，导体棒从开始滑动一直运动到底端的vt图象如图乙所示。g取10 m/s2，求：(1)磁感应强度的大小；(2)ab棒在整个运动过程中产生的感应电流的有效值。答案(1)1 T(2) A解析(1)由vt图象知导体棒匀速运动的速度v5 m/s，此时mgsin BIL0，I解得B1 T(2)ab棒下滑到底端的整个过程中，由能量守恒有mgssin mv2Q总设感应电流的有效值为I0，Q总I(Rr)t解得I0 A