【物理】2019届一轮复习人教版交变电流 传感器学案

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【物理】2019届一轮复习人教版交变电流 传感器学案

第4讲章末热点集训[学生用书P351(单独成册)]‎ ‎(时间60分钟: 分值:100分)‎ 一、单项选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确)‎ ‎1.如图甲所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生的交流电如图乙所示,设沿abcda方向为电流正方向,则(  )‎ A.乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程 B.乙图中c时刻对应甲图中的C图 C.若乙图中d等于0.02 s,则1 s内电流的方向改变了50次 D.若乙图中b等于0.02 s,则交流电的频率为50 Hz 解析:选A.由交变电流的产生原理可知,甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面,线圈在中性面时电流为零,再经过1/4个周期电流达到最大值,再由楞次定律判断出电流的方向,因此甲图中A至B图的过程电流为正且从零逐渐增大到最大值,A正确;甲图中的C图对应的电流为零,B错误;每经过中性面一次线圈中的电流方向将要改变一次,所以一个周期以内电流方向要改变两次,所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期,若已知d等于0.02 s,则频率为50 Hz,1 s内电流的方向将改变100次,C错误;而D选项频率应该是25 Hz.‎ ‎2.(2018·东北三校联考)关于图甲、乙、丙、丁,下列说法正确的是(  )‎ A.图甲中电流的峰值为2 A,有效值为A,周期为5 s B.图乙中电流的峰值为5 A,有效值为2.5A C.图丙中电流的峰值为2 A,有效值为A D.图丁中电流的最大值为4 A,有效值为A,周期为2 s 解析:选B.图甲是正弦式交变电流图线,峰值(最大值)为2 A,有效值是峰值的,即A,周期为4 s,所以A选项错误;图乙电流大小改变但方向不变,所以不是交变电流,计算有效值时因为热效应与电流方向无关,所以仍是峰值的,即2.5A,所以B选项正确;图丙是图甲减半的脉冲电流,有效值不可能为峰值的,所以C选项错误;图丁是交变电流图线,周期为2 s,根据有效值定义则有:42×R×+32×R×=I2RT,解得电流有效值I=2.5A,所以D选项错误.‎ ‎3.‎ 如图,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin 10πt(V),则(  )‎ A.该交变电流的频率为10 Hz B.该电动势的有效值为10V ‎ C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W D.电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A 解析:选D.因e=10sin 10πt(V),故ω=10π rad/s,f==5 Hz,选项A错误;Em=10V,故其有效值E==10 V,选项B错误;交流电表的示数及功率的计算均要用有效值,因此电路中理想交流电流表A的示数I==1.0 A,选项D正确;外接电阻R所消耗功率为P=I2R=1.02×9 W=9 W,选项C错误.‎ ‎4.如图甲所示,为一种调光台灯电路示意图,它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度.给该台灯接220 V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示,则此时交流电压表的示数为(  )‎ A.220 V         B.110 V C. V D. V 解析:选B.设电压的有效值为U,根据有效值定义有·=T,解得U=110 V,则B正确.‎ ‎5.‎ 一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是5∶1,原线圈接入电压为220 V的正弦交流电,各元件正常工作,一个理想二极管和一个滑动变阻器R串联接在副线圈上,如图所示,电压表和电流表均为理想交流电表.则下列说法正确的是(  )‎ A.原、副线圈中的电流之比为5∶1‎ B.电压表的读数约为44 V C.若滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω,则1分钟产生的热量为2 904 J D.若将滑动变阻器的滑片向上滑动,则两电表读数均增大 解析:选C.理想二极管的特点是正向的电流通过时电阻很小,反向的电流通过时电阻很大,认为断路,‎ 理想二极管的作用是只允许正向的电流通过.由于原、副线圈中的电流之比与匝数之比成反比,所以电流之比为1∶5,A选项错误;原、副线圈的电压之比和匝数之比成正比,所以副线圈两端电压为U2=44 V,但二极管具有单向导电性,根据有效值的定义有×=×T,从而求得电压表两端电压有效值为U=22V,B选项错误;1 min产生的热量为Q=t=2 904 J,C选项正确;将滑动变阻器滑片向上滑动,接入电路中的阻值变小,但对原、副线圈两端的电压无影响,即电压表的读数不变,电流表的读数变大,所以D选项错误.‎ ‎6.(2018·唐山模拟)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为2∶1,原线圈接在u=220sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈一端接有R=55 Ω的负载电阻、熔断电流为1 A的保险丝和一个灯泡D,电流表为理想电表.下列说法正确的是(  )‎ A.S断开时,原线圈中电流表的读数为A B.S断开时,原线圈的输入功率为220W C.副线圈中输出交流电的周期为50 s D.S闭合时,灯泡D正常发光,原线圈中电流表读数不会超过1.5 A ‎ 解析:选D.由交流电源瞬时值表达式可知其原线圈两端电压的有效值为220 V,根据理想变压器变压规律=可知,副线圈输出电压有效值为U2=110 V,由欧姆定律可知通过电阻的电流I2==2 A,由变压器变流规律=可知,原线圈输入电流为1 A,故电流表示数为1 A,A项错误;原线圈的输入功率P1=U1I1=220 W,B项错误;变压器不改变交流电的周期,由瞬时值表达式可知,交流电的周期为0.02 s,C项错误;通过灯泡的电流有效值最大为1 A,故通过副线圈的最大电流为3 A,由变压器变流规律可知,原线圈输入电流有效值最大为1.5 A,故D项正确.‎ 二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分.在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选或不答的得0分)‎ ‎7.如图是手机充电器的内部电路核心部分的简化模型,将变压器和二极管都视为理想元件,已知变压器的原、副线圈匝数比为20∶1,A、B端输入电压为U1=220sin 100πt(V),对于输出端CD(OD为副线圈的中心抽头)(  )‎ A.输出电压的有效值为11 V B.输出电压的有效值为5.5 V C.CD端的输出功率和AB端的输入功率之比为1∶2‎ D.CD端的输出功率和AB端的输入功率之比为1∶1‎ 解析:选BD.由于OD为副线圈的中心抽头,AB与CD线圈匝数之比为40∶1,则线圈CD间电压的最大值为V,而本题中的两个二极管相当于把CD之间的交变电压的负半部分对称地变为正半部分,这样交变电流就全部变为正值,且周期为原来的一半,因而有效值为5.5 V,A错误,B正确.变压器AB端的输入功率等于CD端的输出功率,因而C错误,D正确.‎ ‎8.(2017·高考江苏卷)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则(  )‎ A.电感L1的作用是通高频 B.电容C2的作用是通高频 C.扬声器甲用于输出高频成分 D.扬声器乙用于输出高频成分 解析:选BD.电感线圈有通低频、阻高频的作用,因此A项错误;电容器有通高频、阻低频的作用,因此B项正确;由此可以判断,扬声器甲主要用于输出低频成分,扬声器乙用于输出高频成分,C项错误,D项正确.‎ ‎9.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表,线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,以下判断正确的是(  )‎ A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 解析:选AC.根据i-t图象可知,电流最大值Im=10A,有效值I==10 A,选项A正确;交变电流的周期T=2×10-2 s,角速度ω==100π rad/s,选项B错误;从图示位置开始转动时,经0.01 s线圈回到水平状态,线圈平面与磁场方向平行,选项C正确;根据右手定则,在0.02 s时,线圈经过一个周期,即在图示位置,电阻R中的电流方向自左向右,因此选项D错误.‎ ‎10.‎ ‎(2018·东北三校联考)如图所示,空间中有范围足够大的匀强磁场,磁场方向竖直向下,在其间竖直放置两彼此正对的相同金属圆环,两环相距L,用导线将环与外电阻相连,现用外力使金属杆沿两环做匀速圆周运动.若已知磁感应强度大小为B,圆环半径为R,杆转动角速度为ω,金属杆和电阻的阻值均为r,其他电阻不计,则(  )‎ A.当金属杆从圆环最高点向最低点转动过程中,流过外电阻的电流先变大后变小 B.当金属杆从圆环最高点向最低点转动过程中,流过外电阻的电流先变小后变大 C.流过外电阻电流的有效值为 D.流过外电阻电流的有效值为 解析:选BC.金属杆从圆环最高点向最低点转动的过程中,垂直磁场方向的分速度先减小再增大,因而流过外电阻的电流先减小再增大,选项A错误,选项B正确;杆沿圆环的匀速率运动等效为以两环圆心连线为转动轴、长为L、宽为R的矩形线框的匀速转动,因此产生正弦交流电,遵守I=的关系.电动势的最大值为Em=BLωR,Im=,I==,故选项C正确、D错误.‎ 三、非选择题(本题共3小题,共40分.按题目要求作答,计算题要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)‎ ‎11.(12分)(1)利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高.‎ ‎①如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变________(选填“大”或“小”).‎ ‎②上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度.如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示),则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧.‎ ‎③为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路.‎ ‎(2)图甲为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定,电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图所示,试根据这一特性,由图丙中给定的器材设计一个自动光控电路.‎ 解析:(1)①因为温度降低时,负温度系数热敏电阻的阻值增大,故电路中电流会减小.‎ ‎②由①的分析知,温度越高,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在20 ℃的刻度的右侧.‎ ‎③电路如图所示 ‎(2)由光敏电阻的特性曲线可以看出,当入射光增强时,流过光敏电阻的电流增大,光敏电阻的阻值减小.根据题意设计一个自动光控电路,如图所示.‎ 控制过程是:当有光照时,放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开;当无光照时,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,工作电路接通,电灯开始工作.‎ 答案:(1)①小 ②右 ③见解析图 (2)见解析 ‎12.(14分)如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=400 Ω的电阻或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.‎ ‎(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400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1;‎ ‎(3)求ce和de间线圈的匝数比.‎ 解析:(1)由题图乙知ω=200π rad/s,Um=400 V 电压瞬时值的表达式为uab=400sin 200πt(V).‎ ‎(2)电压有效值U1=200V 理想变压器P1=P2‎ 原线圈中的电流I1=,解得I1≈0.28 A.‎ ‎(3)设ab间匝数为n1,=,同理= 由题意知=,解得= 代入数据得=.‎ 答案:见解析 ‎13.(14分)发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω,如果用原、副线圈匝数之比为1∶10 的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户.‎ ‎(1)画出全过程的线路图;‎ ‎(2)求用户得到的电压和功率;‎ ‎(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压.‎ 解析:(1)线路图如图所示:‎ ‎(2)升压变压器副线圈上的输出电压 U2=U1=2 200 V 升压变压器副线圈上的输出电流I2=I1‎ 升压变压器原线圈上的输入电流,由P=U1I1得 I1== A=200 A 所以I2=I1=×200 A=20 A.‎ 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=4 V PR=IR=0.08 kW 降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为 I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 196 V 降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为 U4=U3=219.6 V I4=I3=200 A 用户得到的功率P4=U4I4=43.92 kW.‎ ‎(3)若不采用高压输电,线路损失电压为 U′R=I1R=40 V 用户得到的电压U′=U1-U′R=180 V 用户得到的功率为P′=U′I1=36 kW.‎ 答案:见解析
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