届高三物理一轮复习第十章交变电流传感器章末检测提升.docx
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届高三物理一轮复习第十章交变电流传感器章末检测提升
第十章 交变电流 传感器
一、选择题(本大题共10小题,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项是正确的,有的小题有多个选项是正确的.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)
1.下列有关传感器的说法中错误的是( )
A.土耳其大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B.“嫦娥二号”卫星搭载的立体相机获取月球数据利用了光传感器
C.电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D.火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
答案:
D
解析:
生命探测仪是利用生物传感器,立体相机是利用光传慼器,电子砰是利用压力传感器,火灾报警器是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号,使警铃发声或使红灯闪烁,自动报警,利用了烟雾传感器而不是利用了温度传感器,故A、B、C三项对,D项错.
2.(多选)某交变电压为u=6
sin314t(V),则下列说法正确的是( )
A.打点计时器接此电源时,打点周期为0.02s
B.耐压6V的电容器不能直接接在此电源上
C.此电源能使额定电压为6V的小灯泡正常发光
D.额定电压为6V的小灯泡接在此电源上将被烧毁
答案:
ABC
解析:
根据u=Umsinωt和ω=
,以及U有效=
可知,此交变电流的周期为T=0.02s,电压有效值为6V,小灯泡的额定电压指的是交流电压的有效值,而电容器的耐压值指的是交流电压的最大值,选项A、B、C正确.
3.图甲、图乙分别为两种电压的波形,其中图甲所示的电压按正弦规律变化,图乙所示的电压是正弦函数的一部分.下列说法不正确的是( )
A.图甲、图乙均表示交流电
B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin100πt
C.图乙所示电压的有效值为20V
D.图乙所示电压的有效值为10V
答案:
C
解析:
甲乙两图均表示交流电,它们的周期分别为为0.02s和0.04s,ω甲=
=100π,所以甲的电压瞬时值表达式为u=20sin100πt,根据
·
=
·T可知乙的电压有效值为10V,选项C错误.
4.一台发电机的结构示意图如图所示,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状.M是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形线圈,线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动.磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场.若从图示位置开始计时电动势为正值,下列图象中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是
( )
答案:
D
解析:
由题图可知发电机内部磁极与铁芯之间的缝隙中为方向沿半径的辐向磁场,所以距转轴距离相等的各点磁感应强度大小相等,根据法拉第电磁感应定律可知回路中产生大小恒定的感应电动势,A、B两项错误;当线圈转到竖直位置时,回路中感应电动势方向发生变化,C项错误,D项正确.
5.(2015·安徽卷)图示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的是( )
A.电压表V1示数增大
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是按c→d的方向滑动
答案:
D
解析:
电流表示数增大,滑动变阻器接入电路的阻值减小,故应从c向d滑动,故D项正确;电压表V1、V2示数不变,故A、B两项错误;原副线圈中的电流和匝数成反比,故应是降压变压器,C项错误.
6.如图所示是一火警报警器的部分电路示意图,其中R2为用负温度系数的半导体热敏材料制成的传感器,值班室的显示器为电路中的电流表,a、b之间接报警器.当传感器R3所在处出现火情时,显示器的电流I及报警器两端的电压U的变化情况是( )
A.I变大,U变大B.I变大,U变小
C.I变小,U变小D.I变小,U变大
答案:
C
解析:
出现火情时,环境温度升高,使得热敏电阻R3的电阻减小,总电阻将变小,这部分获得的电压减小,即R2两端电压减小,所以R2电流减小,电流表读数减小,外电路的总电阻减小,所以外电压即报警器两端的电压减小,所以C项正确.
7.(多选)一矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动,形成如图所示的交变电动势图象,根据图象提供的信息,以下说法正确的是( )
A.线圈转动的角速度为
rad/s
B.电动势的有效值14.1V
C.t=1.0×10-2s时,线圈平面和磁场方向的夹角为30°
D.t=1.5×10-2s时,穿过线圈平面的磁通量最大
答案:
ABC
解析:
角速度ω=
=
rad/s,A项正确;电动势的有效值E=
=14.1V,B项正确;电动势的瞬时值e=20sin
t(V),将t=1.0×10-2s代入该式,解得θ=
,这是线圈从中性面开始转过的夹角,故线圈平面和磁场方向的夹角为30°,C项正确;t=1.5×10-2s时,线圈平面与磁场平行,磁通量最小,D项错.
8.如图所示,有一矩形线圈的面积为S,匝数为N,内阻不计,绕OO′轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω做匀速转动,从图示位置开始计时,矩形线圈通过滑环接一理想变压器,滑动触头P上下移动时可改变输出电压,副线圈接有可调电阻R,下列判断正确的是( )
A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcosωt
B.矩形线圈从图示位置经过
时间时,通过电流表的电荷量为0
C.当P位置不动,R增大时,电压表读数也增大
D.当P位置向上移动、R不变时,电流表读数减小
答案:
A
解析:
由于线框转动时两边同时切割磁感线,产生感应电流方向相同,则感应电动势为e=2NBL(
L′ω)sin(90°-ωt)=NBSωcosωt,A项正确;矩形线圈从图示位置经过
时间时,通过电流表的电荷量为q=
,B项错误;P位置不动,由于线圈内阻不变,输出电压不变,电压表示数不变,C项错误;P位置向上移动,变压器原、副线圈匝数比减小,输出电压变大,R不变,输出电流增大,输入电流也增大,电流表示数变大,D项错误.
9.(多选)如图所示,边长为L、匝数为N,电阻不汁的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动.转轴OO′垂直于磁感线,在线圈外接一含有理想变压器的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.保持线圈以恒定角速度ω转动,下列判断正确的是( )
A.两电压表的示数之比U1∶U2=n1∶n2
B.电压表V1示数等于NBωL2
C.当可变电阻R的滑片P向上滑动时,电压表V2的示数变大
D.当可变电阻R的滑片P向上滑动时,变压器的输入功率减小
答案:
AD
解析:
由理想变压器原副线圈电压比等于匝数比可知,A项正确;电压表V1示数为电压的有效值,等于
,B项错误;当可变电阻R的滑片P向上滑动时,R的有效阻值增大,U2不变,输出功率减小,输入功率减小,C项错误,D项正确.
10.(多选)一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后向远方输电.输电线路总电阻为R=1kΩ.到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V 60W).若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则( )
A.T1原、副线圈电流分别为103A和20A
B.T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V
C.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1
D.有6×104盏灯泡(220V、60W)正常发光
答案:
ABD
解析:
远距离输电的模型如图所示,
T1原线圈的电流为I1=
=
A=1×103A,输电线上损失的功率为P损=I
R=10%P1,所以I2=
=
A=20A,选项A正确;T1的匝数比为
=
=
=
;T1上副线圈的电压为U2=50U1=2×105V,T2原线圈的电压为U3=U2-I2R=2×105V-20×103V=1.8×105V,选项B正确;T2上原、副线圈的变压比为
=
=
=
,选项C错误;能正常发光的灯泡的盏数为:
N=
=6×104,选项D正确.
二、填空与实验题(本大题共2小题,共10分.把答案填在题中的横线上或按照题目要求作答)
11.(4分)
(1)某同学为一城市设计路灯自动控制电路.要求路灯白天自动熄灭,晚上自动开启.请你利用所学过的有关传感器的知识在图中帮他连接好这个自动控制电路.
(2)某小组用调压变压器供电测定和描绘一只标有“220V,40W”的白炽灯灯丝的伏安特性曲线.该变压器只有一组线圈,绕在闭合的环形铁芯上,输入端接220V交流电源的火线与零线,输出端有一个滑片P,移动它的位置,就可以使输出电压在0~250V之间连续变化,图中画出了调压变压器的电路图符号.实验室备有交流电压表(量程300V、内阻约20kΩ),交流电流表(量程0.6A、内阻约10Ω),滑动变阻器,开关,导线等实验器材.
请在图中完成实验电路图.(要求在额定电压下测得的数据误差尽量小)
答案:
(1)如图所示
(2)如图所示
.解析:
(1)电磁铁要和直流电源、光敏电阻串联成一个回路,路灯通过衔铁和火线、零线连接,电路如答案图所示.
(2)原线圈和火线、零线连接,开关应串联在火线上;左边接灯泡,电流表内接.电表读数通过调压变压器调节,不需要滑动变阻器.电路如答案图所示.
12.(6分)如图甲、乙、丙、丁所示是四种常见的电容式传感器示意图.电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素.如果某一物理量变化能引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,那么,通过测定电容器的电容就可以确定该物理量的变化.
(1)图甲可用来测定角度θ,当动片与定片之间的角度θ变大时,可使电容C________(填“变大”“变小”或“不变”).
(2)图乙可用来测定液面高度h.在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放入导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的________,导线芯外面的绝缘物质就是________.液面高度h变大时,可使电容C________(填“变大”“变小”或“不变”).
(3)图丙可以测定________.它是通过改变______________________而使电容C发生变化的.
(4)图丁可以测定位移x.它是通过改变极板间的______,而使电容C发生变化的.
答案:
(1)变小
(2)两个极板 电介质 变大 (3)待测压力F 极板间距离 (4)电介质
解析:
(1)题图甲,是通过动片的旋进和旋出来改变电极之间的相对面积使电容C变化的.角度θ变大,电极之间的相对面积减小,故电容C变小.
(2)图乙,导线芯和导电液体相当于电容器的两个极板,导线芯外面的绝缘物质相当于电介质,液面高度h变大时,相当于增大了两板的正对面积,使电容C变大.(3)图丙用来测定待测压力F.压力F的变化可引起极间距离的变化,从而改变电容C.(4)图丁是通过改变电介质插入板间的多少,即改变电介质而使电容C发生变化的.
三、计算题(本大题共4小题,共50分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)一正弦交变电压的电压u随时间t变化的规律如图所示.
(1)写出该交变电压的瞬时值表达式;
(2)求出该交变电压的有效值;
(3)将该交变电压接在匝数比为1∶2的理想变压器原线圈上,副线圈给R=16Ω的小灯泡供电,求灯泡消耗的功率.
答案:
(1)u=10sin50πtV
(2)7.1V
(3)12.5W
解析:
(1)由题中图象知电压最大值为10V,周期为0.04s,
其角频率ω=
=50πrad/s.
所以瞬时值表达式为u=10sin50πtV.
(2)有效值为U=
=5
V=7.1V.
(3)副线圈输出电压U2=
U1=10
V.
小灯泡的功率为P=
=12.5W.
14.(14分)三峡水利枢纽工程是流域治理开发的关键工程,是中国规模最大的水利工程.枢纽控制的流域面积为1×106km2,占长江流域面积的56%,坝址处年平均流量Q=4.51×1011m3.水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面.在发电方面,三峡电站安装水轮发电机组26台,总装机容量即26台发电机组同时工作时的总发电功率P=1.82×107kW.年平均发电量约为W=8.40×1010kW·h,电站主要向华中、华东电网供电,以缓解这两个地区的供电紧张局面.阅读上述资料,解答下列问题(水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2).
(1)请画出远距离输电的原理图并在其上用相应的符号标明相应的物理量.
(2)若三峡电站上、下游水位差按H=100m计算,试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式并计算出效率η的数值.
(3)若26台发电机组全部发电,要达到年发电量的要求,每台发电机组平均年发电时间t为多少天?
(4)将该电站的电能输送到华中地区,输电功率P1=4.5×106kW,采用超高压输电,输电电压U=500kV,而发电机输出的电压约为U0=18kV,要使输电线上损耗的功率为输送电功率的5%,求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数之比和输电线路的总电阻.
答案:
(1)略
(2)67.1% (3)192.3天 (4)9∶250 2.78Ω
解析:
(1)远距离输电的原理图如图所示.
(2)电站能量转化的效率η=
=
效率η=
×100%≈67.1%.
(3)依据P=
可知,每台发电机组平均年发电时间
t=
=
天≈192.3天.
(4)升压变压器原、副线圈的匝数之比
=
=9∶250
由P1=UI得I=9.0×103A
又P损=I2R=5%P1
由以上各式解得R≈2.78Ω.
15.(12分)图甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如图乙所示,若只在ce间接一只Rce=400Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W.
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式;
(2)求只在ce间接400Ω电阻时,原线圈中的电流I1;
(3)求ce和de间线圈的匝数比
.
答案:
(1)uab=400sin200πt(V)
(2)0.28A或
A (3)
解析:
(1)由题图乙知ω=200πrad/s,
电压瞬时值uab=400sin200πt(V).
(2)电压有效值U1=200
V,
理想变压器P1=P2,
原线圈中的电流I1=
,
解得I1≈0.28A(或
A)
(3)设ab间匝数为n1,则
=
,
同理
=
,
由题意知
=
,
解得
=
,
代入数据得
=
.
16.(14分)北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念.作为北京奥运会主场馆之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位,其扇型屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感,还隐藏着一座年发电量约为98550kW·h时的太阳能光伏发电系统,供给体育馆内的照明灯等使用.假如该发电系统的输出功率为1×105W.求:
(1)按平均每天太阳照射6h计,该发电系统一年(365天计)能输出多少电能?
(2)假若输出电压为250V,现准备向远处输电.所用输电线的总电阻为R线=8Ω,要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%,用户获得220V电压,求应选用匝数比多大的升压变压器
答案:
(1)2.19×105kW·h(或7.884×1011J)
(2)1∶16
解析:
(1)该发电系统的输出功率
P=1×105W,一年内发电时间
t=365×6h=2190h
一年内输出的电能
E=Pt=2.19×105kW·h=7.884×1011J
(2)依题意作出如图所示的输电示意图.
升压变压器原线圈的电流为
I1=
=
A=400A
设当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时,输电线中的电流为I2,则I
R线=5%P
所以I2=
=
A
=25A
升压变压嚣的匝敏比为
=
=
=1∶16
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- 届高三 物理 一轮 复习 第十 章交变 电流传感器 检测 提升