吉林省吉林市第一中学校高中物理 交变电流 传感器单元综合测试 新人教版必修2（通用）

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单元综合测试(交变电流　传感器) ‎ 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分。考试时间为90分钟。‎ 第Ⅰ卷(选择题，共40分)‎ 一、选择题(本大题包括10小题，每小题4分，共40分。)‎ ‎1．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式电流i＝Imsinωt，若保持其他条件不变，使发电机线圈匝数及转速各增加一倍，则电流的变化规律为 ‎(　　)‎ A．i＝2Imsin2ωt　　　　　　　 B．i＝4Imsin2ωt C．i＝2Imsinωt D．i＝4Imsinωt ‎2．在如图1所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻.下列说法中正确的是 ‎(　　)‎ 图1‎ A．L的作用是“通低频，阻高频”‎ B．C的作用是“通交流，隔直流”‎ C．C的作用是“通高频，阻低频”‎ D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比 ‎3．在图2所示两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V；若分别在c、d与g、h的两端加上110‎ ‎ V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为 ‎(　　)‎ 图2‎ A．220 V,220 V B．220 V,110 V C．110 V,110 V D．220 V,0‎ ‎4．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的磁通量Φ随时间t的变化如图3所示，下列说法中正确的是 ‎(　　)‎ 图3‎ A．t1时刻感应电动势为零 B．t2时刻感应电动势最大 C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D．每当E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 ‎5．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电.现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V．如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为 ‎(　　)‎ A．1 kW B．1.6×103 kW C．1.6 kW D．10 kW ‎6．一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图4所示.如果负载电阻的滑动片向上移动.则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是(均为理想电表)‎ ‎(　　)‎ 图4‎ A．V1、V2不变，A1增大，A2减小，P增大 B．V1、V2不变，A1、A2增大，P增大 C．V1、V2不变，A1、A2减小，P减小 D．V1不变，V2增大，A1减小，A2减小，P减小 ‎7.在如图5所示的闪光灯电路中，电源的电动势为E，电容器的电容为C.当闪光灯两端电压达到击穿电压U时，闪光灯才有电流通过并发光.正常工作时，闪光灯周期性短暂闪光，则可以判定 ‎(　　)‎ 图5‎ A．电源的电动势E一定小于击穿电压U B．电容器所带的最大电荷量一定为CE C．闪光灯闪光时，电容器所带的电荷量一定增大 D．在一个闪光周期内，通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等 ‎8．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油.柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中汽油和空气的混合气是靠火花塞点燃的.但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图6所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10000 V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了.下列说法中正确的是 ‎(　　)‎ 图6‎ A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增加的 B．汽油机点火装置的开关始终闭合，副线圈的两端也会有高压 C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在副线圈中产生高压 D．汽油机的点火装置中变压器的副线圈匝数必须远大于原线圈的匝数 ‎9．如图7是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是 ‎(　　)‎ 图7‎ A．常温时上下触点是接触的 B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲 C．原来温度控制在‎80℃‎断开电源，现要求‎60℃‎断开电源，应使调温旋钮下调一些 D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些 ‎10．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图8所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是 ‎(　　)‎ 图8‎ A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻 B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻 D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻 ‎11.青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能.用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制.光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大.利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开.电磁开关的内部结构如图10所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接.当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通.励磁线圈中允许通过的最大电流为100‎ ‎ mA.‎ 图10‎ ‎(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图.‎ 蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干.‎ ‎(2)回答下列问题：‎ ‎①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为__________V，保护电阻R2的阻值范围为__________Ω.‎ ‎②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通.为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明.‎ ‎③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子.‎ 三、计算题(每小题10分，共40分)‎ ‎12．如图12所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直.线圈匝数n＝40，电阻r＝0.1 Ω，长l2＝‎0.05 m，宽l2＝‎‎0.04 m ‎，角速度ω＝100 rad/s，磁场的磁感应强度B＝0.2 T．线圈两端外接电阻R＝9.9 Ω的用电器和一个交流电流表.求：‎ 图12‎ ‎(1)线圈中产生的最大感应电动势；‎ ‎(2)电流表的读数；‎ ‎(3)用电器上消耗的电功率.‎ ‎13．有条河流，流量Q＝‎2 m3‎/s，落差h＝‎5 m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V，输电线总电阻R＝30 Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V,100 W”的电灯正常发光？(g取10 N/kg)‎ ‎14‎ ‎．用如图14所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为‎2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后，汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N(取g＝‎10 m/s2).‎ 图14‎ ‎(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向.‎ ‎(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零.‎ ‎16．如图15所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，金属球的质量为m，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的均匀电阻丝，其阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中心C焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表V，(金属丝和导线电阻不计).图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB沿前进的方向.列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表V的读数变化可以测出加速度的大小.‎ 图15‎ ‎(1)当列车向右做匀加速直线运动时，试导出加速度a与电压表读数为U′的关系式(用U′、U、L、h及重力加速度g等表示).‎ ‎(2)用导出的a与U′的关系式说明表盘上a的刻度是否均匀？‎ 单元综合测试十(交变电流　传感器)‎ ‎1．转速加倍则ω＝2πn也加倍，电流的最大值Im也加倍故i＝2Imsin2ωt选项A正确.‎ 答案：A ‎2．由电抗和电容对交变电流的作用可知，A、C、D正确.‎ 答案：ACD ‎3．对变压器，由＝可得Uab＝220 V；对滑动变阻器来说，当gh间接上电压时，ef间电压Uef＝110 V，故B选项正确.‎ 答案：B ‎4．t1、t3时刻线圈中的磁通量为零，但变化率最大，感应电动势最大；而磁通最大时，变化 率为零，感应电动势为零，当磁通量最大时，电动势E换向，故CD对.‎ 答案：CD ‎5．用电器的额定电流为：I＝＝A＝‎50 A，输电线上消耗功率P线＝I2R＝502×0.4 W＝1000 W＝1 kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约.‎ 答案：A ‎6．理想变压器输入电压不变，则输出电压不变，故表V1，V2示数不变；滑片P向上移，使负载电阻增大，因而，副线圈中的电流I2减小，由于电压比不变，故原线圈中的电流也将减小；输出功率P出＝U2I2减小，P入＝P出，因而输入功率也将减小.‎ 答案：C ‎7.本题考查含容电路部分知识，意在考查考生对含容电路的处理能力.电源的电动势一定大于击穿电压U，电容器所带的最大电荷量为CU，闪光灯闪光时电容器两端电压减小，电容器的电荷量减小，在一个闪光周期内电容器上电荷变化量为零，则通过电阻的电荷量等于通过闪光灯的电荷量，D正确.‎ 答案：D ‎8．汽车柴油机压缩汽缸内空气，实际上是活塞对气体做功使其内能增加，当温度升高到一定温度时，柴油着火燃烧.汽油机是借助于变压器在通入原线圈中电压(12 V)断电时产生变化的磁通量从而在副线圈中产生瞬时高压(10000 V)，而达到产生火花的目的，所以电源可以是直流，且副线圈匝数要远大于原线圈匝数，故A、D正确.‎ 答案：AD ‎9．双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热(题图螺旋状部分)，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触接通电路.‎ 调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度升高，上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制.‎ 答案：ABD ‎10．根据热敏电阻、光敏电阻的特点和欧姆表的工作原理可判断A、C正确，B、D错误.‎ 答案：AC ‎11． (1)天黑时，光线减弱，光敏电阻RG 变大，A端输入低电压信号，Y输出高压信号，J得到高压，开始控制路灯工作.(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R调大，A端输入电压较高，只有当天色较黑时，RG的电阻变大，A的电压降低，Y端的电压升高，J得到高压，开始控制路灯工作.‎ 答案：(1)大　低　高　(2)大 ‎12.本题主要考查传感器的应用、电路设计、是一道开放式的好题，意在考查考生提取信息和运用物理规律解决实际问题的能力.电磁继电器分为控制电路和工作电路两部分.根据光敏电阻的特性，可知光敏电阻应串联在控制电路中，为了保护励磁线圈，保护电阻也应该串联在控制电路中.灯泡连入工作电路.因为励磁线圈允许的最大电流Im＝‎0.1 A，所以励磁线圈两端允许的最大电压Um＝ImR＝20 V；保护电阻的最小值R21＝－R线＝160 Ω，最大值R22＝－R线＝520 Ω.‎ 答案：(1)如图11所示.　(2)①20　160～520　②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开　③电磁起重机 ‎13．解析：(1)Em＝nBωS＝nBωl‎1l2＝1.6 V.‎ ‎(2)Im＝＝‎0.16 A，电流表读数为有效值 I＝＝‎0.11 A.‎ ‎(3)P＝I2R＝0.12 W.‎ 答案：(1)1.6 V　(2)‎0.11 A　(3)0.12 W ‎14．解析：设水的密度为ρ 电源端：P输出＝mgh/t×50%＝Qρgh×0.5‎ ‎＝2×1×103×10×5×0.5 W＝5×104 W 输出电压U0＝240 V；输送电路如图所示.‎ 为满足输电要求，据ΔP损＝IR 有I送＝＝＝A ‎＝‎10A，则送电电压为U送＝＝V ‎＝5×103 V 所以升压变压器的变压比为 n1∶n2＝U0∶U送＝240/(5×103)＝6∶125‎ 输电线电压损失ΔU损＝I送R＝10×30 V＝300 V，‎ 用户端：U1＝U送－ΔU损＝5×103V－300V＝4700V，据题意可知U2＝220 V，所以降压变压器的匝数比为n1′∶n2′＝U1∶U2＝4700/220＝235∶11.因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为 N＝＝(盏)‎ ‎＝470(盏).‎ ‎15．解析：(1)开始弹簧压缩，当汽车加速运动时，a示数变大而b示数变小，车的加速度向右，则 Fa－Fb＝ma得 a＝＝‎4.0 m/s2.‎ ‎(2)当a的示数为零时，b的示数Fb′＝20 N，对车有Fb′＝ma 所以a＝＝‎10 m/s2，向左.‎ 答案：(1)‎4.0 m/s2　向右　(2)‎10 m/s2　向左 ‎16．解析：(1)设列车加速度为a时，小球偏离竖直方向θ角，此时小球受力情况如图所示，根据牛顿第二定律得 mgtanθ＝ma①‎ 因为tanθ＝②‎ 由①②两式得a＝g·③‎ 又设列车加速度为a时，电压表读数为U′，‎ ＝＝④‎ 由④得DC＝U′L/U⑤‎ 将⑤代入③得a＝g·⑥‎ ‎(2)由⑥式可知，g、L、U、h均为常数，则列车加速度a与电压表读数U′成正比，可将电压表上刻度一一对应地改成加速度a的数值，因而可知表盘上加速度a的刻度与电压刻度一样是均匀的.‎ 答案：(1)a＝g·　(2)均匀