全国版2021高考物理一轮复习专题十二交变电流传感器精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题十二交变电流传感器精练含解析

专题十二　交变电流　传感器 一、选择题(共10小题,60分)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1.如图所示,在两个完全相同的理想变压器左侧线圈接两个相同的灯泡,图甲中右侧接有平行导轨,而图乙中下导轨是直线,上导轨按余弦规律变化,其他条件相同,金属棒MN都是在导轨上向右匀速平动(速度较大),导轨及金属棒电阻不计.在金属棒平动过程中,下列说法正确的是(　　)‎ A.L1、L2都发光,只是亮度不同 B.L1、L2都不发光 C.L2发光,L1不发光 D.图甲中通过R的是直流电,图乙中通过R的是交流电 ‎2.如图所示,110匝矩形线圈abcd在匀强磁场中绕过线圈ab边、垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动,产生电动势的最大值为220‎2‎ V、频率为50 Hz的交变电流,若从图示位置开始计时,下列说法正确的是(　　)‎ A.电动势的瞬时值表达式为e=220‎2‎cos 100πt(V)‎ B.穿过线圈的磁通量的最大值为‎2‎‎50π Wb C.穿过线圈的磁通量的最大变化率为220‎2‎ V D.交流电电动势的有效值为110 V ‎3.如图所示为一理想变压器,原线圈匝数为1 000,将原线圈接在电压u=60‎2‎cos 50πt(V)的交变电流上,L1、L2是两个标有“6 V　3 W”的灯泡,开关S断开时,灯泡L1正常发光,电流表为理想电表,则(　　)‎ - 11 -‎ A.副线圈的匝数为60‎ B.通过原线圈的电流方向每秒改变25次 C.开关S闭合后,灯泡L1将变暗 D.开关S闭合后,电流表的示数是0.1 A ‎4.在电能远距离输送的过程中,当输送功率一定时,如果要使输电线上损失的功率减小为原来的一半,则输电电压应变为原来的(　　)‎ A.‎2‎‎2‎ B.‎2‎倍 C.2倍 D.4倍 ‎5.[2020福建五校联考]如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1,Rt为热敏电阻(温度升高时,其电阻值减小),R为定值电阻,电压表均为理想电表.把如图乙所示的交流电接在变压器的a、b两端,下列说法正确的是(　　)‎ A.该交流电电压的瞬时值表达式为u=22‎2‎sin 50πt(V)‎ B.电压表V1与V2的示数之比为2∶1‎ C.温度升高时,原线圈输入功率减小 D.温度降低时,定值电阻R消耗的功率减小 ‎6.[名师原创,多选]在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂升压变压器副线圈上的输出电压为U,发电厂输出的总功率为P0,输电线的总电阻为R,则下列说法不正确的是(　　)‎ A.输电线上损失的功率P=(P‎0‎U)2R - 11 -‎ B.输电线上损失的功率P=‎U‎2‎R C.发电厂输出的总功率增大时,输电线上损耗的功率增大 D.发电厂输出的总功率增大时,输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 ‎7.[多选]如图甲所示,一理想变压器原线圈匝数为n1=1 000,副线圈匝数为n2=150,变压器输入端的正弦交流电压如图乙所示,定值电阻的阻值为11 Ω,总阻值为22 Ω的滑动变阻器滑片为P.下列说法正确的是(　　)‎ 图甲　　　　　　　　　　　　图乙　　　　‎ A.变压器副线圈输出电压的频率为50 Hz B.滑片P向右滑动时,电阻R两端的电压不变 C.滑片P滑到最右端时,通过电阻R的电流为6 A D.滑片P滑到最左端时,变压器的输入功率为66 W ‎8.[2020陕西百校联考,多选]如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,原线圈接在u=220‎2‎sin 100πt(V)的正弦交流电上,图中R1、R2、R3均为定值电阻,且R1 ∶R2∶R3=9∶9∶1,电路中所有电表均为理想交流电表,下列说法正确的是(　　)‎ A.电流表A1 、A2的示数相等 B.电压表的示数为22 V C.若副线圈中的电流为2 A,则电流表A1的示数为0.5 A D.R1消耗的功率是副线圈输出功率的‎1‎‎10‎ ‎9.[2020河南洛阳尖子生第一次联考,多选]如图,一理想变压器的原、副线圈上共接有额定电压均为U的6盏完全相同的灯泡(额定功率均为P),左端接在一电压恒为U0的交流电源两端.此时6盏灯刚好正常发光.下列说法正确的是(　　)‎ - 11 -‎ A.该变压器的原、副线圈匝数之比为1∶2‎ B.此时交流电源输出的功率为6P C.U0=6U D.如果灯L6的灯丝突然烧断(不考虑其他灯因此损坏的情况),灯L1和L2将变暗,而其余3盏灯将变得更亮 ‎10.[2020安徽示范名校联考,多选]如图,将手摇交流发电机与一理想变压器的原线圈相连,副线圈电路中接有三个定值电阻、开关、灯泡及一个压敏电阻.压敏电阻具有这样的特点:只有加在它两端的电压大于某一值时,才会有电流通过.现将手摇发电机的手柄匀速转动,小灯泡周期性的闪亮,闭合开关后,小灯泡不再闪亮.下列说法正确的是(　　)‎ A.将滑动头P向上滑动,可能使灯泡继续闪亮,且闪亮频率不变 B.将滑动头P向下滑动,可能使灯泡继续闪亮,但闪亮频率变小 C.将滑动头P向上滑动,可能使灯泡继续闪亮,但闪亮频率变大 D.增大发电机手柄的转速,可能使灯泡继续闪亮,但闪亮频率变大 二、非选择题(共5小题,50分)‎ ‎11.[新角度,6分]在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,已有下列图中器材、开关和导线若干.‎ ‎　　 A　　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D ‎(1)上述器材中不需要的是　　　　(填字母),还需要的是　　　　(填名称). ‎ ‎(2)对于匝数为na=100和nb=‎ - 11 -‎ ‎200的变压器,当副线圈处于空载状态(没有接负载)时,测量其原、副线圈的电压,na对应的为U1,nb对应的为U2,实验测量数据如下表.‎ U1/V ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.80‎ ‎4.90‎ U2/V ‎4.00‎ ‎6.01‎ ‎8.02‎ ‎9.98‎ 根据测量数据可判断原线圈是　　　　(填“na”或“nb”). ‎ ‎(3)保持原线圈匝数和交流电压均不变,给副线圈接上小灯泡,实验发现,随着副线圈匝数的增加,小灯泡得到的电压反而减小,亮度减弱,出现这种情况可能的原因是　　　　. ‎ ‎12.[8分]热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中.某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的关系如图甲所示.‎ ‎ (1)由图甲可知,该热敏电阻在温度升高时,导电能力　　　　(选填“增强”或“减弱”);在较低温度范围内,相对金属热电阻而言,该热敏电阻对温度变化的响应更　　　　(选填“敏感”或“不敏感”). ‎ ‎(2)某同学利用上述热敏电阻制作了一个简易的温控装置,实验原理如图乙所示. 现欲实现衔铁在某温度时(此时热敏电阻的阻值为R0)被吸合,下列操作步骤正确的顺序是　　　　.(填写各步骤前的序号) ‎ a.将热敏电阻接入电路 b.观察到继电器的衔铁被吸合 c.断开开关,将电阻箱从电路中移除 d.合上开关,调节滑动变阻器的阻值 e.断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至R0 ‎ ‎(3)若热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示,‎ t/℃‎ ‎30.0‎ ‎40.0‎ ‎50.0‎ ‎60.0‎ ‎70.0‎ ‎80.0‎ Rt/Ω ‎199.5‎ ‎145.4‎ ‎108.1‎ ‎81.8‎ ‎62.9‎ ‎49.1‎ 当通过继电器的电流超过20 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.已知继电器的电阻为r=20 Ω,为使该装置实现对30 ℃~80 ℃之间任一温度的控制,电源E应选用　　　　,滑动变阻器Rx应选用　　　　.(填选项前的字母) ‎ - 11 -‎ A.电源E1(3 V,内阻不计)‎ B.电源E2(6 V,内阻不计)‎ C.滑动变阻器R1(0~200 Ω)‎ D.滑动变阻器R2(0~500 Ω)‎ ‎13.[2019江西宜春模拟,10分]某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9 kW,输出电压为500 V,输电线的总电阻为10 Ω,允许线路损耗的功率为输出功率的4%.‎ ‎(1)当村民和村办小企业需要220 V电压时,求所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比各为多少?(不计变压器的损耗)‎ ‎(2)若不用变压器而由发电机直接输送,则村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少? ‎ ‎14.[12分]图1所示是调压变压器的原理图,线圈AB绕在一个铁芯上,总匝数为1 000匝.AB间加上如图2所示的正弦交流电压,移动滑动触头P的位置,就可以调节输出电压.在输出端连接了滑动变阻器和理想交流电流表,变阻器的滑动触头为Q.已知开始时滑动触头Q位于变阻器的最下端,且BP间线圈匝数刚好是500匝,变阻器的最大阻值等于72 Ω.‎ ‎(1)开始时,电流表示数为多少?‎ ‎(2)保持P的位置不动,将Q向上移动到滑动变阻器的中点时,滑动变阻器消耗的功率为多大?‎ ‎(3)保持Q的位置不动,将P沿逆时针方向转动多少匝时,滑动变阻器消耗的功率为原来的4倍?‎ ‎15.[14分]如图所示,匝数为100匝、面积为0.01 m2的线圈处于磁感应强度为B1=‎1‎π T的匀强磁场中.当线圈绕O1O2轴以转速n=300 r/min匀速转动时,电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A.电动机的内阻r=1 Ω,牵引一根原来静止的、长为L=1 m、电阻为R=1 Ω、质量为m=0.2 kg的导体棒MN沿金属框架上升.框架倾角为30°,框架宽1 m,框架和导体棒处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2=1 T的匀强磁场中.当导体棒沿框架上滑1.6 m时获得稳定的速度,这一过程中导体棒上产生的热量为4 J.‎ - 11 -‎ 导体棒始终与框架轨道垂直且接触良好,不计框架和线圈电阻及一切摩擦,g取10 m/s2.‎ ‎(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈产生的电动势e的瞬时值表达式;‎ ‎(2)求导体棒MN的最大速度大小;‎ ‎(3)求导体棒MN从静止到达到最大速度所用的时间t.‎ ‎1.C　题图甲中,金属棒MN在导轨上向右匀速平动时,产生大小和方向均不变的电流,因此在副线圈中不会产生感应电动势,所以L1不发光;题图乙中,金属棒MN在导轨上向右匀速平动时,产生大小不断变化的电流,因此在副线圈中会产生感应电动势,所以L2发光,选项C正确,A、B错误;题图甲和题图乙中通过R的电流方向均没有变化,所以均是直流电,选项D错误.‎ - 11 -‎ ‎【技巧点拨】　求解本题的关键是要理解理想变压器的原理,只有通过原线圈的磁通量发生变化时才能在副线圈中产生感应电动势.‎ ‎2.B　线圈转动角速度ω=2πf=100π rad/s,起始时刻产生的感应电动势瞬时值为0,因此电动势瞬时值的表达式为e=220‎2‎sin 100πt(V),选项A错误;由于Em=nBSω,则穿过线圈的磁通量的最大值Φm=BS=Emnω=‎220‎‎2‎‎110×100π Wb=‎2‎‎50π Wb,选项B正确;磁通量的最大变化率(ΔΦΔt)m=Emn=2‎2‎ V,选项C错误;交流电电动势的有效值E=‎220‎‎2‎‎2‎ V=220 V,选项D错误.‎ ‎3.D　由于原线圈接在电压u=60‎2‎cos 50πt(V)的交变电流上,故原线圈两端电压的有效值为60 V,开关S断开时灯泡L1正常发光,副线圈两端电压为6 V,变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,则副线圈的匝数为100,A错误;交变电流的频率为25 Hz,故通过原线圈的电流方向每秒钟改变50次,B错误;开关S闭合后灯泡L1两端电压不变,亮度不变,灯泡L1正常发光电流为0.5 A,可知副线圈中的电流为1 A,由I‎1‎I‎2‎=n‎2‎n‎1‎知电流表的示数为0.1 A,C错误,D正确.‎ ‎4.B　本题考查电能输送知识,意在考查考生的理解能力.根据P损=I2R知,如果要使输电线上损失的功率减小为原来的一半,则输电线上的电流要变为原来的‎2‎‎2‎,在保证输送功率不变的前提下,输电电压应变为原来的‎2‎倍,B正确.‎ ‎5.D　由题图乙可知,该交流电电压的最大值为umax=22‎2‎ V,周期为0.02 s,ω=‎2πT=100π,所以该交流电电压的瞬时值表达式为u=22‎2‎sin 100πt(V),选项A错误;根据理想变压器的变压规律可知,原、副线圈两端的电压之比为2∶1,而电压表V2测量的是热敏电阻两端电压,小于副线圈两端的电压,所以电压表V1与V2的示数之比大于2∶1,选项B错误;温度升高时,热敏电阻阻值减小,变压器的输出功率增大,根据变压器输出功率决定输入功率可知,原线圈输入功率增大,选项C错误;温度降低时,热敏电阻阻值增大,副线圈的电流减小,定值电阻R中电流减小,消耗的功率减小,选项D正确.‎ ‎【易错警示】　解答此题常见的错误主要有:一是没有根据题图乙得出ω=‎2πT=100π,导致错选A;二是把电压表V2的示数误认为是变压器的输出电压,导致错选B;三是没有认真分析温度升高时,副线圈的电流变化,导致错选C.‎ ‎6.B　发电厂输出的总功率为P0,变压器副线圈上输出电压为U,因此输电线上的电流I线=P‎0‎U,则输电线上的功率损失P=I线‎2‎R=(P‎0‎U)2R,选项A正确;输电线上所分得的电压小于U,则输电线上损失的功率P

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