高考物理资料交变电流和传感器.docx
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高考物理资料交变电流和传感器
单元综合测试十(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(本题共10小题,每题4分,共40分.有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确,把正确选项前的字母填在题后的括号内)
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=2ImsinωtD.i=4Imsinωt
解析:
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.在图1所示两电路中,当a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时,测得c、d间与g、h间的电压均为110V;若分别在c、d与g、h的两端加上110V的交流电压,则a、b间与e、f间的电压分别为( )
图1
A.220V,220VB.220V,110V
C.110V,110VD.220V,0
解析:
对变压器,由
=
可得Uab=220V;对滑动变阻器来说,当gh间接上电压时,ef间电压Uef=110V,故B选项正确.
答案:
B
3.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0.4Ω,它提供给用电器的电功率为40kW,电压为800V.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.1kWB.1.6×103kW
C.1.6kWD.10kW
解析:
用电器的额定电流为:
I=
=
A=50A,输电线上消耗功率P线=I2R=502×0.4W=1000W=1kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约.
答案:
A
图2
4.一理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,如图2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)( )
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
解析:
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
图3
5.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12V,不能在火花塞中产生火花,因此,要使用如图3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10000V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( )
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
解析:
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(12V)断电时产生变化的磁通量从而在副线圈中产生瞬时高压(10000V),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
图4
6.如图4是自动调温式电熨斗,下列说法正确的是( )
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
解析:
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
图5
7.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图5所示.Q是绝缘支架,薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流.当膜片向右运动的过程中有( )
A.电容变大 B.电容变小
C.导线AB中有向左的电流D.导线AB中有向右的电流
解析:
膜片右移时,由于板间距离d变小,由C=
知,A对;由Q=CU知,C对,D错.
答案:
AC
图6
8.如图6所示是霍尔元件的工作原理示意图,如果用d表示薄片的厚度,k为霍尔系数,对于一个霍尔元件d、k为定值,如果保持电流I恒定,则可以验证UH随B的变化情况,以下说法中错误的是( )
A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时,UH将变大
B.在测定地球两极的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平
C.在测定地球赤道上磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平
D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,UH将发生变化
答案:
C
图7
9.全自动洗衣机中,排水阀是由程序控制器控制其动作的,当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电,使电磁铁的铁芯2运动,牵引排水阀的活塞,排出污水,牵引电磁铁的结构如图7所示,以下说法正确的是( )
A.若某时刻输入控制电流时,a为正,b为负,则铁芯2中A端为N极,B端为S极
B.若某时刻输入控制电流时,a为正,b为负,则铁芯2中A端为S极,B端为N极
C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能吸入线圈中
D.若a、b处输入交变电流,铁芯2能吸入线圈中
解析:
根据磁化现象和磁极间同名磁极相斥,异名磁极相吸原理易判断B、D正确.
答案:
BD
10.某中学的学生食堂新安装了磁卡就餐系统,使用不到一周,便出现了电源总开关总是无法接通的问题.经检查,电源总开关中漏电保护器动作切断了电源.漏电保护器电路如图8所示,变压器A处用火线与零线双股平行绕制成线圈,然后接到磁卡机上,B处有一个输出线圈,一旦线圈B中的电流经放大器放大后便推动断电器切断电源.造成漏电保护器动作切断电源的原因判断为磁卡机用电端( )
图8
A.零线与火线之间漏电
B.火线与地之间漏电或零线直接接地
C.只有火线与地之间漏电才会产生
D.刷卡机装得过多,造成电流太大
解析:
由题意知,火线和零线均绕在铁芯上,故只有火线与零线中电流大小不等时,才会引起漏电保护器切断电源,故可能是火线与地之间漏电,也可能是零线与地之间漏电.
答案:
B
第Ⅱ卷(非选择题,共60分)
二、填空题(本题共2小题,每题8分,共16分)
图9
11.(2010·全国卷Ⅱ)如图9,一热敏电阻RT放在控温容器M内;Ⓐ为毫安表,量程6mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9Ω;S为开关.已知RT在95℃时的阻值为150Ω,在20℃时的阻值约为550Ω.现要求在降温过程中测量在95℃~20℃之间的多个温度下RT的阻值.
(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图.
(2)完成下列实验步骤中的填空:
a.依照实验原理电路图连线.
b.调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95℃.
c.将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全.
d.闭合开关.调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录________.
e.将RT的温度降为T1(20℃ f.温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1=________. g.逐步降低T1的数值,直至20℃为止;在每一温度下重复步骤ef. 解析: (1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应为与热敏电阻串联. (2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时,外电路的总电阻相等.95℃和RT时对应的电路的电阻相等,有150+R0=RT+R,即RT1=R0-R1+150Ω. 图10 答案: (1)实验原理电路图如图10所示. (2)d.电阻箱的读数R0 e.仍为I0 电阻箱的读数R1 f.R0-R1+150Ω 12.某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材: 直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等. (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在图11 (1)的实物图上连线. 图11 (2)实验的主要步骤: ①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,__________,__________,断开开关; ③重复第②步操作若干次,测得多组数据. (3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得图11 (2)的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式: R=________+________t(Ω)(保留3位有效数字). 解析: 改变温度后,热敏电阻阻值改变,电压表示数改变,从图线知R与t成线性关系,且纵轴上截距(当t=0℃时)R=100Ω,斜率为ΔR/Δt=0.395,所以R=100+0.395t(Ω). 答案: (1)实物连线图如图12 (2)记录温度计数值 记录电压表数值 (3)100 0.395 图12 三、计算题(本题共4小题,13、14题各10分,15、16题各12分,共44分,计算时必须有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位) 图13 13.如图13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=0.1Ω,长l1=0.05m,宽l2=0.04m,角速度ω=100rad/s,磁场的磁感应强度B=0.2T.线圈两端外接电阻R=9.9Ω的用电器和一个交流电流表.求: (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. 解析: (1)Em=nBωS=nBωl1l2=1.6V. (2)Im= =0.16A,电流表读数为有效值 I= =0.11A. (3)P=I2R=0.12W. 答案: (1)1.6V (2)0.11A (3)0.12W 14.有条河流,流量Q=2m3/s,落差h=5m,现利用其发电,若发电机总效率为50%,输出电压为240V,输电线总电阻R=30Ω,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“220V,100W”的电灯正常发光? (g取10N/kg) 解析: 设水的密度为ρ 电源端: P输出=mgh/t×50%=Qρgh×0.5 =2×1×103×10×5×0.5W=5×104W 输出电压U0=240V;输送电路如图14所示. 图14 为满足输电要求,据ΔP损=I送2R 有I送= = = A =10A,则送电电压为U送= = V =5×103V 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=10×30V=300V, 用户端: U1=U送-ΔU损=5×103V-300V=4700V,据题意可知U2=220V,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.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的.在图15甲中,电源的电动势E=9.0V,电源内电阻可忽略不计;G为小量程的电流表,电流表内阻RG保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图15乙的R—t图线所示.闭合开关S,当R的温度等于20℃时,电流表示数I1=2mA,则当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻R的温度是多少摄氏度? 图15 答案: 由I1= ,得RG=500Ω I2= ,代入数据得: R′=2000Ω从R—t图象可知,此时的温度是120℃ 图16 16.如图16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. (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? 图17 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17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
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- 高考 物理 资料 电流 传感器