2021届高考物理（全国通用）精练 第十一章 交变电流　传感器 Word版含答案

这是一份2021届高考物理（全国通用）精练 第十一章 交变电流　传感器 Word版含答案，共14页。试卷主要包含了燃气灶的点火开关有两种，要求误差较小等内容，欢迎下载使用。

1．本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，共4页．
2．答卷前，考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔将自己的姓名、班级、学号填写在相应位置上．
3．本次考试时间90分钟，满分100分．
4．请在密封线内作答，保持试卷清洁完整．
第Ⅰ卷(选择题，共48分)
一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一个选项正确，第7～12题有多项正确，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．如图1所示为发电机结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，其表面呈半圆柱面状．M是圆柱形铁芯，它与磁极柱面共轴，铁芯上绕有矩形线框，可绕与铁芯共轴的固定轴转动．磁极与铁芯间的磁场均匀辐向分布．从图示位置开始计时，当线框匀速转动时，以下四个选项中能正确反映线框感应电动势e随时间t的变化规律的是( )
图1
2.某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图象如图2所示，由图中信息可以判断( )
图2
A．在A、C时刻线圈处于中性面位置
B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从A～D线圈转过的角度为2π
D．若从O～D历时0.02s，则在1s内交变电流的方向改变了100次
3．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图3甲所示．已知发电机线圈内阻为5Ω，现外接一只电阻为105Ω的灯泡，如图乙所示，则( )
图3
A．电路中的电流方向每秒钟改变50次
B．电压表V的示数为220V
C．灯泡实际消耗的功率为440W
D．发电机线圈内每秒钟产生的焦耳热为20J
4．如图4所示，L1、L2、L3为三个完全相同的白炽灯，接在理想变压器上，变压器的初级和次级线圈匝数比都是3∶1，当变压器ab端接交流电压时，L2、L3的实际功率为P，此时L1的实际功率为( )
图4
A．2PB．PC.eq \f(P,2)D.eq \f(4P,9)
5．在R＝100Ω的电阻两端所加电压随时间变化的图象如图5所示，则该电阻消耗的平均电功率为( )
图5
A.eq \f(1,2)WB.eq \f(1,3)WC.eq \f(3,2)WD.eq \f(5,4)W
6．如图6所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1，将原线圈接在u＝100eq \r(2)sin50πt(V)的交流电压上，副线圈上电阻R和理想交流电压表并联接入电路，现在A、B两点间接入不同的电子元件，则下列说法正确的是( )
图6
A．在A、B两点间串联另一相同阻值电阻R1，电压表的示数为20V
B．在A、B两点间接入理想二极管，电压表读数为20V
C．在A、B两点间接入一只电容器，只提高交流电频率，电压表读数增大，电容器的耐压值至少是20eq \r(2)V
D．在A、B两点接入一只电感线圈，只降低交流电频率，电阻R消耗电功率减小
7.(2015·海南单科·10)如图7所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R0，负载电阻的阻值R＝11R0，是理想电压表，现将负载电阻的阻值减小为R＝5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表的读数为5.0V，则( )
图7
A．此时原线圈两端电压的最大值约为34V
B．此时原线圈两端电压的最大值约为24V
C．原线圈两端原来的电压有效值约为68V
D．原线圈两端原来的电压有效值约为48V
8．燃气灶的点火开关有两种：一种是电脉冲点火开关，它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压，击穿空气后点火；另一种是电子压电点火开关，它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变，相应地输出很高的电压，击穿空气后点火．下列关于这两种点火开关的说法中，正确的是( )
A．电脉冲点火开关是一种传感器
B．电子压电点火开关是一种传感器
C．压电陶瓷片完成的能量转化是电能转化为光能
D．压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能
9．如图8所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中，磁铁的N、S极间的过渡区域宽度很小，可忽略不计．线圈的匝数为n，面积为S，总电阻为r，线圈所在位置的磁感应强度大小为B.当线圈以角速度ω匀速转动时，额定电压为U、电阻为R的小灯泡在电路中恰能正常发光，则( )
图8
A．感应电动势的最大值为nBSω
B．感应电动势的有效值是eq \f(\r(2),2)nBSω
C．感应电动势的有效值是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(r,R)))U
D．转动过程中线圈中的磁通量始终为零
10．如图9所示为一自耦变压器，保持电阻R′和输入电压不变，以下说法正确的是( )
图9
A．滑片P向b方向移动，滑片Q下移，电流表示数减小
B．滑片P不动，滑片Q上移，电流表示数不变
C．滑片P向b方向移动，滑片Q不动，电压表示数增大
D．滑片P不动，滑片Q上移或下移，电压表示数始终不变
11．如图10所示为远距离输送交流电的系统示意图，变压器均为理想变压器．随着用户负载增多，发电机F达到额定功率时，降压变压器输出功率仍然不足，用户的用电器不能正常工作．那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是( )
图10
A．适当减小输电线的电阻r
B．适当提高eq \f(n4,n3)
C．适当提高eq \f(n2,n1)的同时，降低eq \f(n4,n3)
D．适当降低eq \f(n2,n1)的同时，提高eq \f(n4,n3)
12．如图11甲所示的变压器，接如图乙所示的交流电时，灯泡正常发光，电容器能正常工作．现将电源换成如图丙所示的交流电，则( )
图11
A．由于丙交流电的周期短，因此灯泡比第一次亮
B．由于丙的频率比乙的大，因此电容器有可能被击穿
C．无论接乙交流电，还是接丙交流电，若滑动触头P向上移动，灯泡都变暗
D．若将原线圈n1的匝数增加，灯泡消耗的功率将变小
第Ⅱ卷(非选择题，共52分)
二、非选择题(共52分)
13．(6分)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．如图12为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随t变化的图象．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力______(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
图12
14．(9分)材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．如图13所示为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB.请按要求完成下列实验．
图13
图14
(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，并在图14中的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其他部分的影响)．要求误差较小．
提供的器材如下：
A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150Ω
B．滑动变阻器R，总电阻约为20Ω
C．电流表，量程2.5mA，内阻约30Ω
D．电压表，量程3V，内阻约3kΩ
E．直流电源E，电动势3V，内阻不计
F．开关S，导线若干
(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：
根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB＝______Ω.
结合题图可知待测磁场的磁感应强度B＝______T.
(3)试结合题图简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？
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(4)某同学在查阅相关资料时看到了图15所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论？____________________________
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图15
15．(9分)图16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uab－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.
图16
(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eq \f(nce,nde).
16．(9分)如图17甲所示，一固定的矩形导线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100匝，电阻r＝1.0Ω，所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝9.0Ω，磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmSeq \f(2π,T)cseq \f(2π,T)t(V)，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期．忽略灯丝电阻随温度的变化，求：
图17
(1)线圈中产生感应电动势的最大值；
(2)小灯泡消耗的电功率；
(3)在磁感应强度变化的0～eq \f(T,4)时间内，通过小灯泡的电荷量．
17．(9分)如图18所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：
图18
(1)感应电动势的最大值；
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势；
(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势；
(4)交流电压表的示数；
(5)线圈转动一周产生的总热量；
(6)在eq \f(1,6)周期内通过电阻R的电荷量．
18．(10分)一个小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户．已知发电机的输出功率为50kW，输出电压为500V，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶5，两个变压器间的输电导线的总电阻为15Ω，降压变压器的输出电压为220V，变压器本身的损耗忽略不计，在输电过程中因输电线间电容与感抗造成电压的损失不计．求：
(1)升压变压器副线圈两端的电压；
(2)输电线上损耗的电功率；
(3)降压变压器原、副线圈的匝数比．
答案精析
1．D
2．D
3．D
4．D
5．A
6．C
7．AD
8．BD
9．AC
10．AD
11．AC
12．CD
13．增强 敏感
14．(1)见解析图 (2)1503 0.9 (3)在0～0.2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化)；在0.4～1.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化) (4)磁场反向，磁敏电阻的阻值不变(或磁敏电阻的阻值与磁场方向无关)
解析 (1)当B＝0.6T时，磁敏电阻阻值约为6×150Ω＝900Ω；当B＝1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω.由于滑动变阻器总电阻约为20Ω，比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于电流表内阻远小于磁敏电阻阻值，所以电流表应内接．电路图如图所示．
(2)根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为
R1＝eq \f(0.45,0.30×10－3)Ω＝1500Ω
R2＝eq \f(0.91,0.60×10－3)Ω＝1517Ω
R3＝eq \f(1.50,1.00×10－3)Ω＝1500Ω
R4＝eq \f(1.79,1.20×10－3)Ω＝1492Ω
R5＝eq \f(2.71,1.80×10－3)Ω＝1506Ω
故磁敏电阻的测量值为
RB＝eq \f(R1＋R2＋R3＋R4＋R5,5)＝1503Ω
由于eq \f(RB,R0)＝eq \f(1503,150)≈10，从题图甲中可以读出B＝0.9T.
(3)在0～0.2T范围内，图线为曲线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化)；在0.4～1.0T范围内，图线为直线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)．
(4)从题图中可以看出，当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时，磁敏电阻的阻值相等，故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关．
15．(1)uab＝400sin200πt (V) (2)0.28A或eq \f(\r(2),5)A (3)eq \f(4,3)
解析 (1)由图知，Um＝400V，ω＝200πrad/s
故电压瞬时值uab＝400sin200πt (V)
(2)电压有效值U1＝eq \f(Um,\r(2))＝200eq \r(2)V
理想变压器P1＝P2
故原线圈中的电流I1＝eq \f(P2,U1)＝eq \f(\r(2),5)A或0.28A
(3)设ab匝数为n1，则有eq \f(U1,n1)＝eq \f(Uce,nce)，同理eq \f(U1,n1)＝eq \f(Ude,nde)
由题意知eq \f(U\\al(2,ce),Rce)＝eq \f(U\\al(2,de),Rde)，得eq \f(nce,nde)＝eq \r(\f(Rce,Rde))＝eq \f(4,3).
16．(1)8.0V (2)2.88W (3)4.0×10－3C
解析 (1)由题图乙知，磁场变化的周期为T＝π×10－2s，Bm＝1.0×10－2T，所以线圈中感应电动势的最大值为
Em＝eq \f(2πnBmS,T)＝8.0V
(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为
Im＝eq \f(Em,R＋r)＝0.80A
通过小灯泡电流的有效值为I＝eq \f(Im,\r(2))＝0.40eq \r(2)A
故小灯泡消耗的电功率为P＝I2R＝2.88W
(3)在磁感应强度变化的0～eq \f(T,4)时间内，线圈中感应电动势的平均值E＝nSeq \f(ΔB,Δt)
通过灯泡的平均电流I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(nSΔB,(R＋r)Δt)
通过灯泡的电荷量
Q＝IΔt＝eq \f(nSΔB,R＋r)＝eq \f(nS(Bm－0),R＋r)＝4.0×10－3C
17．(1)3.14V (2)1.57V (3)2.6V (4)1.78V
(5)0.99J (6)0.087C
解析 (1)感应电动势的最大值为
Em＝NBSω＝100×0.5×0.12×2πV＝3.14V
(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为
e＝Emcs60°＝3.14×0.5V＝1.57V
(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势为eq \x\t(E)＝Neq \f(ΔΦ,Δt)＝Neq \f(BSsin60°,\f(1,6)T)＝100×eq \f(0.5×0.12×\f(\r(3),2),\f(1,6)×\f(2π,2π))V
≈2.6V
(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值，即
U＝eq \f(E,R＋r)R＝eq \f(3.14,\r(2))×eq \f(1,4＋1)×4V≈1.78V
(5)线圈转动一周产生的总热量为
Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Em,\r(2))))2eq \f(r,R＋r)T≈0.99J
(6)在eq \f(1,6)周期内通过电阻R的电荷量为
q＝eq \x\t(I)×eq \f(T,6)＝eq \f(\x\t(E),R＋r)×eq \f(T,6)＝eq \f(2.6,4＋1)×eq \f(1,6)C≈0.087C.
18．(1)2500V (2)6000W (3)10∶1
解析 (1)因为eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，所以U2＝eq \f(n2,n1)U1＝eq \f(5,1)×500V＝2500V.
(2)P2＝P1＝50kW，
输电线中电流I2＝eq \f(P2,U2)＝eq \f(50000,2500)A＝20A，
所以P损＝Ieq \\al(2,2)R线＝202×15W＝6000W.
(3)用户得到功率P4＝P2－P损＝44000W，
所以降压变压器副线圈中电流
I4＝eq \f(P4,U4)＝eq \f(44000,220)A＝200A，
所以eq \f(n3,n4)＝eq \f(I4,I3)＝eq \f(I4,I2)＝eq \f(200,20)＝eq \f(10,1).
1
2
3
4
5
6
U(V)
0.00
0.45
0.91
1.50
1.79
2.71
I(mA)
0.00
0.30
0.60
1.00
1.20
1.80