1、交变电流传感器综合检测(时间:90分钟满分:100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17小题只有一个选项正确,第812小题有多个选项正确,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.如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与交流电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框平面处于竖直面内.下述说法正确的是(D)A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最小D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通
2、过电流表电流的有效值也增大一倍解析:交流电流表测量的是有效值,所以电流表有示数,故A错误;线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量为零,感应电动势最大,感应电流也最大,通过电流表的电流瞬时值最大,故B,C错误;根据Em=NBS可知,增大一倍,Em也增大一倍,根据I=可知,通过电流表电流的有效值也增大一倍,故D正确.2.教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I,U,R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的,则(B)A.R消耗的功率变为PB.电压表V的读数变为UC.电流表A的读数
3、变为2ID.通过R的交变电流频率不变解析:发电机线圈的转速变为原来的,由E=知,原线圈中输入电压U1变为原来的,交变电流的频率f变为原来的,D错误;根据=,则副线圈的输出电压U2变为原来的,即U2=U,B正确;R消耗的功率P2=P,A错误;副线圈中的电流I2变为原来的,根据=知,原线圈中的电流I1变为原来的,即电流表A的读数变为,C错误.3.小型手摇发电机线圈共有N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动,如图所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为E0,该发电机外接负载电阻,则(D)A.当线圈
4、处于中性面位置时磁通量的变化率最大B.线圈从中性面位置转过180过程中,线圈中磁通量的变化量为零C.线圈转动过程中电动势的有效值为NE0D.线圈转动过程中电动势的最大值为2NE0解析:图示位置穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,A错;线圈从中性面位置转过180过程中线圈中磁通量的变化量不为零,B错;每匝线圈产生的电动势的最大值为2E0,故N匝线圈转动过程中电动势的最大值为2NE0,有效值为NE0,所以C错,D对.4.已知某交变电流在一个周期内的波形如图所示,则该电流通过一阻值为10 的电阻时的发热功率是(D)A.16 WB.18 WC.22.5 W D.28 W解析:由电流热效应可得2(
5、12R0.2+22R0.3)=I2R1,解得I2=2.8 A2,电阻的热功率P=I2R=28 W.5.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的正弦交流电压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(C)A.220 VB.110 VC.110 VD.55 V解析:设电压表示数即灯管两端电压的有效值为U,将交流电压与直流电压分别加在电阻R两端,分析一个周期内产生的热量,交流电压产生的热量Q=+=T,直流电压产生的热量Q=T,解得U=110 V.6.如图(甲)所示,阻值为r=4 的矩形金属线框与理想电流表、理想变压
6、器原线圈构成回路,标有“12 V36 W”字样的灯泡L与理想变压器的副线圈构成回路,灯泡L恰能正常发光,理想变压器原、副线圈的匝数比为31,矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律如图(乙)所示,则(D)A.理想变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=40sin 100t(V)B.理想电流表A的示数为 AC.t=0.01 s时,矩形金属线框平面与磁场方向平行D.灯泡L与理想变压器的副线圈构成的回路中的电流方向每秒改变100次解析:灯泡正常发光,故副线圈两端的电压为U2=12 V,根据=得U1=U2=36 V,输入端的最大电压为Em=36 V,又= rad
7、/s=100 rad/s,故原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=36sin 100t(V),故A错误;通过副线圈的电流为I2= A=3 A,根据=得,I1=1 A,故电流表的示数为1 A,故B错误;t=0.01 s时,由(乙)图可知,产生的感应电动势最小,线框在中性面位置,即矩形金属线框平面与磁场方向垂直,故C错误;由(乙)图可知,周期为0.02 s,在一个周期内电流方向改变2次,则1 s内电流改变的次数为100次,故D正确.7.在如图所示的理想变压器的电路中,变压器原、副线圈的匝数比为21,电阻R1=R2,电流表和电压表均为理想电表,若电流表的示数为0.5 A,电压表的示数为5 V,则电阻R1
8、的大小为(D)A.10 B.15 C.20 D.25 解析:电压表的示数为5 V,则副线圈中的电流I2=;原线圈中的电流I1=I2=;原线圈电压U1=U2=10 V;R1的电流IR1=;由题意可知+=0.5,解得R=25 ,故选D.8.冬季雨雪冰冻天高压电线容易覆冰,为清除高压输电线上的冰凌,有人设想利用电流的热效应除冰.若在正常供电时,高压线上送电电压为U,电流为I,热损耗功率为P;除冰时,输电线上的热损耗功率需变为4P.输电功率和输电线电阻认为是不变的,则除冰时(CD)A.输电电流为 B.输电电压为2UC.输电电压为 D.输电电流为2I解析:根据P=I2r,输电线上的热损失功率变为原来的4
9、倍,电流增加为原来的2倍,即为2I;由P=UI知,输送电压变为,故C,D正确.9.如图所示,将一根电阻为R的绝缘硬金属导线弯成一个标准的正弦曲线形状,其两端a,b通过小金属环保持与长直金属杆有着良好但无摩擦的接触,导线与杆相交处二者绝缘,金属导线两端a,b间距离为2d,最高点到ab连线的距离为L,金属杆电阻忽略不计,空间中存在有理想边界的匀强磁场,宽度为d,方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小为B,磁场的边界与金属杆垂直,M和N位于磁场区域的边界上,在外力的作用下,导线以恒定的速度v向右匀速运动,从b位于M左侧的某一位置运动到a位于N右侧的某一位置,则在此过程中,以下说法正确的是(BD)A.导线
10、上有电流通过的时间为B.导线上有电流通过的时间为C.外力所做的功为D.金属导线所产生的焦耳热为解析:由题意得,电流的产生时间b到M开始,a到N结束,则导线上有电流的时间t=,故A错误,B正确;在导线穿过磁场的过程中规定电流沿金属杆从a到b为电流的正方向,产生的电流随时间变化的图象如图所示.热量Q的计算式为Q=()2Rt+()2Rt,又t=,解得Q=,由功能关系可知,外力做功W=Q=,故C错误,D正确.10.如图所示,一理想变压器原线圈匝数n1=500,副线圈匝数n2=100,原线圈中接一交流电源,交流电源电压u=220sin 100t(V),副线圈中接一电动机,内阻为10 ,电流表A2示数为1
11、 A.电表对电路的影响忽略不计,则下列说法正确的是(CD)A.此交变电流的频率为100 HzB.此电动机输出功率为44 WC.电流表A1示数为0.2 AD.如果电动机被卡住而不损坏,则电源的输出功率变为原来的4.4倍解析:=100 rad/s,频率f= Hz=50 Hz,故A错误;原线圈两端电压的有效值为U1= V=220 V,由=,得U2=U1=220 V=44 V,输给电动机的电功率P入=U2I2=441 W=44 W,电动机内阻消耗的功率P损=r=1210 W=10 W,电动机的输出功率P出=P入-P损=34 W,故B错误;根据变压器输入功率等于输出功率即U1I1=U2I2,得I1= A
12、=0.2 A,故C正确;如果电动机被卡住而不损坏,电源输出功率P2= W=193.6 W,电源的输出功率为原来的=4.4倍,故D正确.11.如图所示,理想变压器为降压变压器,原线圈通过灯泡L1与正弦式交变电流相连,副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连,开始时开关S处于断开状态.当S闭合后,所有灯泡都能发光.下列说法中正确的是(AB)A.灯泡L1和L2中的电流有效值可能相等B.灯泡L2两端的电压变小C.灯泡L1变亮,灯泡L2的亮度不变D.变压器原线圈的输入功率不变解析:降压变压器n1n2,则I1I2,当S接通后,I1等于灯泡L1的电流,I2是灯泡L2和L3的电流之和,则灯泡L1,L2中的
13、电流有效值可能相等,故A正确;当S闭合后,变压器输出端负载电阻变小,输出功率变大,输出电流变大,变压器的输入功率等于输出功率,所以变压器的输入功率变大,输入电流变大,灯泡L1的电压增大变亮,原线圈电压减小,匝数不变,故副线圈电压减小,灯泡L2两端的电压变小,变暗,故B正确,故C,D错误.12.图(甲)是交流发电机的示意图,发出的电能直接输出到理想变压器的原线圈, 为理想交流电压表.变压器的副线圈接有三个支路,每个支路接有相同规格的小灯泡L1,L2和L3,且L2串有理想电感器L,L3串有电容器C.发电机两磁极 N,S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转
14、动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图(乙)所示.以下判断正确的是(BC)A.图(甲)线圈位置叫中性面,此时所产生的感应电动势最大,电压表示数为10 VB.线圈转动的角速度为100 rad/s,0.02 s时线圈内电流的流向是DCBAC.如果灯泡L1恰好正常发光,那么L2,L3两小灯泡都能发光但比L1要暗D.增大线圈的转动速度,L1,L2,L3三个小灯泡的亮度均不会变化解析:图(甲)线圈位置与中性面垂直,产生的感应电动势最大,电压表示数为有效值,U= V=10 V,故A错误;线圈转动的角速度为= rad/s=100 rad/s,0.02 s时线圈内电流的流向与0时刻线圈内电
15、流的流向相同,根据右手定则知电流流向是DCBA,故B正确;由于线圈有感抗,电容有容抗,所以灯泡L2,L3两端的电压比灯泡L1两端的电压小,则L2,L3两小灯泡都能发光但比L1要暗,故C正确;增大线圈的转速,则频率增大,感抗增大,容抗减小,且变压器的输出电压增大,则灯泡L1变亮,灯泡L2亮度变化情况无法判断,灯泡L3变亮,故D错误.二、非选择题(共52分)13.(6分)热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图(甲)所示,由热敏电阻Rt作为传感器制作的自动报警器电路图如图(乙)所示,为了使温度过高时报警器响铃,c应与(填“a”或“b”)连接;若使报警的报警温度提高些,应将P向(填“左”或“右”)移动.解
16、析:根据图(甲)中曲线的趋势可以得出,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时发送报警信息,则热敏电阻阻值小,通过电磁铁的电流大,衔铁被吸附,触点与a接通时,报警器所在电路应接通,故开关c应该接在a处,若使报警的报警温度提高些,应使电路中电阻增大,则滑动变阻器的滑片P向左移动.答案:a左评分标准:每空3分.14.(9分)某同学利用满偏电流为500 A的电流表、热敏电阻等制作电子温度计.(1)制作的过程中需要测出该电流表G的内阻,所用的电路如图(甲),主要步骤是:闭合开关S1,调节滑动变阻器R1,使G指针偏转到满刻度;保持R1不变,再闭合开关S2,调节电阻箱R2,使G指针偏转到满刻度的
17、一半,读出此时R2的阻值为 299.0 ,可认为Rg=R2,实验时,图(甲)电路中的滑动变阻器R1和电源有下列器材可供选择:A.滑动变阻器(0200 )B.滑动变阻器(020 k)C.电源(1.5 V,内阻不计)D.电源(9 V,内阻不计)为了使测量Rg尽量精确,R1应选,电源应选.(填选项前的字母)(2)温度0300 范围内,某热敏电阻的阻值Rt随温度t()的变化情况为Rt=200+50t(),把这个热敏电阻、标准定值电阻、电池、开关与电流表G串联起来,电路如图(乙),电流表G的表盘如图(丙).用该热敏电阻作探头,将G表盘上的电流刻度值改成对应的温度值,制作成简单的电子温度计.已知电池的电动
18、势E=1.5 V,内阻未知,标准定值电阻的阻值R0=2 500 ,根据(1)中测得的Rg值和闭合电路欧姆定律,得出电流表G表盘上500 A刻度处对应的温度刻度值是 0 ,则300 A刻度处对应的温度刻度值是. (3)由于用图(甲)电路测定电流表的内阻Rg在原理上存在一定的系统误差,因而制作的电子温度计在测量温度时,测量值比真实值(选填“偏大”或“偏小”).解析:(1)首先我们要知道半偏法测量电流表内阻的方法以及测量原理:如题中的(甲)图,电源的电动势为E,内阻为r,S2断开时,设电流表满偏电流Ig=,实验要求R1Rg,R1r,这样才有Ig500 A刻度处等于,当S2闭合时,R2和Rg并联,并联
19、后总阻值R并RgR1,这样才有S2闭合后,电路中总电流几乎不变,仍然近似等于;调节R2使电流表半偏为,所以流过R2的电流也为,所以R2=Rg.从上述原理可知,S2断开与闭合,近似认为干路中电流不变,前提是R1Rg,故实验器材选择应满足电源电动势尽可能大,R1尽可能大,所以R1选用大量程B,电源选用电动势较大的D.(2)电流表G表盘上500 A刻度处Rt=-r-Rg-R0=200 ,300 A刻度处Rt=-r-Rg-R0=2 200 ,则有2 200=200+50t,解得t=40 .(3)测量的电流表内阻的测量值比真实值要偏小,则对应热敏电阻阻值偏大,则测量的温度偏大.答案:(1)BD(2)40
20、(3)大评分标准:(1)问每空2分;(2)问3分;(3)问2分15.(8分)如图所示,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 ,长l1=0.05 m,宽l2=0.04 m,角速度=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 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=nBS=nBl1l2=1.6 V. (2分)(2)Im=0.16 A, (2分)电流表读数为有效值I=0.11 A. (2分)(3)P=I2R=0.12
21、W. (2分)答案:(1)1.6 V(2)0.11 A(3)0.12 W16.(8分)如图所示,理想变压器的原线圈接在220 V、50 Hz的正弦交流电源上,副线圈接有一理想二极管(正向电阻为零,反向电阻为无穷大)和一阻值为10 的电阻,已知原副线圈的匝数比为 21.(1)二极管的耐压值至少为多少伏?(2)电阻R上1 s内产生的焦耳热为多少?(3)通过电阻R的电流的有效值为多少?(结果保留三位有效数字)解析:(1)原线圈两端电压有效值U1=220 V由=得,U2=U1=110 V (1分)则副线圈两端电压最大值U2m=110 V. (1分)即二极管耐压值为156 V.(2)交变电流的周期T=
22、s=0.02 s,则1 s内有50个周期由于二极管只允许正向电流通过,故1 s内只有0.5 s有电流通过电阻. (1分)电阻R上1 s内产生的焦耳热Q=t=0.5 J=605 J. (2分)(3)设通过电阻R的电流的有效值为I,根据焦耳定律有=I2RT (2分)解得I= A=7.78 A. (1分)答案:(1)156 V(2)605 J(3)7.78 A17.(10分)如图所示,N=50匝的矩形线圈abcd,边长ab=20 cm,ad=25 cm,放在磁感应强度B=0.4 T的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴以n=3 000 r/min的转速匀速转动,线圈电阻r=1
23、,外电路电阻 R=9 ,t=0时线圈平面与磁感线平行,ab边正好转出纸外,cd边转入纸里.(1)在图中标出t=0时感应电流的方向;(2)写出线圈感应电动势的瞬时值表达式;(3)线圈转一圈外力做功多少?解析:(1)根据右手定则得出感应电流的方向是adcb,如图.(2分)(2)n=3 000 r/min=50 r/s,所以线圈的角速度=2n=100 rad/s (1分)感应电动势的最大值Em=NBS=314 V (1分)所以感应电动势的瞬时值表达式为e=Emcos t=314cos 100t(V). (2分)(3)电动势有效值E=,电流I=,周期T=,线圈转一圈外力做功等于电功的大小,即W=I2(
24、R+r)T=98.6 J. (4分)答案:(1)见解析(2)e=314cos 100t(V)(3)98.6 J18.(11分)如图为某小型水电站的电能输送示意图,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电.已知输电线总电阻R=10 ,升压变压器的原、副线圈匝数之比为15,降压变压器的原、副线圈匝数之比为41,副线圈与纯电阻组成闭合电路,用户用电器电阻R0=11 .若T1,T2均为理想变压器,T2的副线圈两端电压表达式为u=220sin 100t(V).求:(1)用户端的用电电流I3和输电电流I2;(2)输电线上损耗的电压U和损耗的功率P;(3)发电机的输出电压U1和输出功率P1.解析:(1)根据副线圈两端电压表达式可知,用户得到的电压有效值U3=220 V,I3= A=20 A, (2分)根据=,解得I2=5 A. (1分)(2)输电线上损失的电压U=I2R=510 V=50 V. (2分)输电线上损耗的功率P=R=5210 W=250 W. (2分)(3)根据降压变压器的原副线圈电压关系=,代入数据=解得U2=930 V (1分)再根据升压变压器的原副线圈电压关系=,解得U1=186 V (1分)根据能量守恒,P1=P2=U2I2=9305 W=4 650 W.(2分)答案:(1)20 A5 A(2)50 V250 W(3)186 V4 650 W
