1、单元质检十一交变电流传感器(时间:45分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)1.在电工技术中,钳形电流测量仪得到广泛的应用。其原理如图所示,把两块铁芯固定在钳子上,铁芯上绕有匝数n=50的线圈,线圈与电流表组成闭合电路,测量时,钳口打开,把被测的通电导线放在钳口中间,通过电流表A可以间接测出导线中的大电流。在某次测量时,电流表A的示数为0.2 A,则下列说法正确的是()A.该测量仪工作原理是利用自感现象B.如果导线材料相同,该测量仪绕制线圈所用导线要比通电导线粗C.若导线中电流变大,电流表A读数变小D.被测通电导
2、线中的电流为10 A2.如图所示电路,电阻R1与电阻R2阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在A、B间加一正弦式交变电流=20sin 100t(V),则加在R2上的电压有效值为()A.10 VB.20 VC.5 VD.5 V3.(2021四川成都高三三模)右图为一交流发电机示意图,线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO沿顺时针方向匀速转动,产生的电动势的瞬时值表达式为e=110sin 100t (V)。已知线圈电阻r=2 ,定值电阻R=20 ,电表均为理想交流电表,下列说法正确的是()A.电流表读数为5 AB.电压表读数为110 VC.t=51
3、0-3 s时刻,穿过线圈的磁通量最大D.0510-3 s内,通过电阻R的电荷量为 C4.(2022安徽蚌埠高三一模)如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1n2=53,电阻R1=R2=5 ,交流电源的电压u随时间变化规律如图乙所示,A1、A2均为理想电流表。以下判断正确的是()A.断开开关S,电流表A2的示数为0.3 AB.闭合开关S,电流表A1的示数为0.6 AC.闭合开关S,R2的电功率减小D.闭合开关S,原线圈输入功率增大5.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈的匝数分别为n1、n2。在T的原线圈两端接入一电压u=Umcos t的交流电源,已知升
4、压变压器T的原线圈输入的总电功率为P,输电线的总电阻为r,不考虑其他因素的影响,则用户消耗的电功率为()A.P-2()2rB.P-()2rC.2()2rD.4()2r二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)6.两人在赤道上站立,各自手握金属绳OPO的一端,绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动,周期为T,将金属绳连入电路,闭合回路如图所示,取金属绳在图示的最高位置时为t=0时刻,则下列说法正确的是()A.电路中存在周期为T的变化电流B.t=0时刻,回路磁通量最大,电路中电流最大C.t
5、=时刻,电流向左通过灵敏电流表D.t=时刻,穿过回路的磁通量最小,电路中电流最小7.(2021山东烟台高三三模)图甲为可拆变压器的零部件,其中铁芯B可以安装在铁芯A的横梁上以形成闭合铁芯;原、副线圈的匝数分别为n1和n2,将它们分别套在铁芯A的两臂上,如图乙所示。某同学为测量原线圈的电阻,将多用电表的欧姆挡调到合适挡位,用两表笔接触原线圈的两接线柱,等指针稳定后读数,读数完毕后将两表笔与接线柱脱开;之后使原线圈与正弦式交流电源相连,并测得原、副线圈的电压分别为U1和U2。下列说法正确的是()A.两表笔与接线柱接触后,通过欧姆表的电流逐渐增大到一个稳定值B.两表笔与接线柱脱开瞬间,有比稳定时更大
6、的电流流过原线圈C.若铁芯B没有安装在铁芯A上,则有U1U2n1n2D.无论铁芯B是否安装在铁芯A上,都有U1U2=n1n28.(2021广东茂名高三二模)如图甲所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为31,L1、L2、L3、L4为四只规格均为“8 V、2 W”的灯泡,各电表均为理想交流电表,定值电阻R1=9 。输入端交流电压u随时间t变化的图象如图乙所示,四只灯泡均正常发光,则()A.电压u的瞬时值表达式为u=36sin t(V)B.电压表的示数为33 VC.电流表的示数为1 AD.定值电阻R2=3 三、实验题(本题共2小题,共20分)9.(10分)某同学设计了一个简易的温控装置,实验原理电路
7、图如图所示,继电器与热敏电阻RT、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当通过继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电器的电阻约20 ,热敏电阻的阻值RT与温度t的关系如下表所示。t/30.040.050.060.070.080.0RT/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻RT、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干。为使该装置能实现对3080 之间任一温度的控制,电源E应选用(选填“E1
8、”或“E2”),滑动变阻器R应选用(选填“R1”或“R2”)。(2)欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是。(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关,将电阻箱从电路中移除合上开关,调节滑动变阻器的阻值断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 (3)若按(2)步骤正确操作后,发现在温度达到50 时加热器仍在加热。说明热敏电阻在50 时的阻值比表格中给出的阻值(选填“偏大”或“偏小”)。10.(10分)(2021河北衡水中学高三三模)导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时,其阻值发生相应变化,图甲是用来称重的电子吊秤,就是利用了
9、这个现象。电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是:挂钩上挂上重物,传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)。拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将所称物体重力变换为电信号。物理小组找到一根拉力敏感电阻丝RL,其阻值随拉力F变化的图象如图乙所示,小组按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E=3 V,内阻r=1 ;灵敏毫安表量程为10 mA,内阻Rg=50 ;R1是可变电阻器,A、B两接线柱等高且固定。现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环,将其两端接在A、B两接线柱之
10、间固定不动,通过光滑绝缘滑环可将重物吊起,不计敏感电阻丝重力,现完成下列操作步骤:步骤a.滑环下不吊重物时,闭合开关,调节可变电阻R1,使毫安表指针满偏;步骤b.滑环下吊上已知重力的重物G,测出电阻丝与竖直方向的夹角为;步骤c.保持可变电阻R1接入电路电阻不变,读出此时毫安表示数I;步骤d.换用不同已知重力的重物,挂在滑环上记录每一个重力对应的电流;步骤e.将电流表刻度盘改装为重力刻度盘。(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F=。(2)设R-F图象斜率为k,试写出电流表示数I与待测重物重力G的表达式I=(用E、r、R1、Rg、R0、k、表示)。(3)若R-F图象中R0=100
11、,k=0.5 /N,测得=60,毫安表指针半偏,则待测重物重力G= N。(4)若电源电动势不变,内阻变大,其他条件不变,用这台“简易吊秤”称重前,进行了步骤a操作,则测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。四、计算题(本题共3小题,共32分)11.(8分)如图所示,理想变压器原线圈中输入电压U1=3 300 V,副线圈两端电压U2=220 V,输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2,绕过铁芯的导线所接的理想交流电压表V的示数U=2 V。求:(1)原线圈的匝数n1;(2)当开关S断开时,电流表A2的示数I2=5 A,电流表A1的示数I1;(3)在(2)情况下,当开关S闭合时,电流表A1的示数
12、I1。12.(10分)一台小型发电机的最大输出功率为P1=100 kW,输出电压恒为U1=500 V,现用电阻率为=1.810-8 m、横截面积为S=1.010-5 m2的输电线向距离l=4103 m处的用电单位输电,要使发电机满负荷运行时,输电线上的损失功率为发电机总功率的4%,理想升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,理想降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4。(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比值是多少?(2)如果用户用电器的额定电压为220 V,那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比值是多少?13.(14分)(2021浙江金华高三二模)我国已完全掌握磁悬浮列车制造的核
13、心技术,它具有两个重要系统:一是悬浮系统,利用磁力使车体在导轨上悬浮起来;另一是驱动系统,在沿轨道安装的三相绕组中,通上三相交流电,产生随时间和空间做周期性变化的磁场,磁场与固定连接在车体下端的感应金属板相互作用,使车体获得牵引力。关于列车的驱动,我们可以用下述情境来模拟,如图甲所示,xOy平面代表轨道平面,x轴与轨道平行;金属矩形框ABCD锁定在轨道的坐标系上,AB边与y轴重合,长度为L,BD的宽度为d,金属框的总电阻为R。磁场与轨道平面垂直,平面内x坐标相同的点磁感应强度相同,其大小按图乙的规律随时间变化,B的这种变化方式正以恒定的速度向-x方向传播,t0时刻线圈所在的位置沿x方向各点的磁
14、感应强度分布如图丙所示,y轴上各点的磁场垂直于轨道平面向下。忽略金属框的电感的影响,求:(1)t0时刻金属框中的感应电流大小和方向;(2)t=t0+T时刻金属框所受到的安培力的大小和方向;(3)在任意t=T时间内,金属框产生的热量。单元质检十一交变电流传感器1.D解析:根据题意,钳形电流测量仪工作原理是互感,A错误。根据变压器原理,如果原、副线圈由同种材料制成,那么变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制;低压线圈匝数少而通过的电流大,应当用较粗的导线绕制,由此可得,B错误。根据变压器原、副线圈的电流与匝数成反比的关系,即,若导线中电流变大,则电流表A读数也应变大,C错误。同理
15、,当电流表A的示数为I2=0.2 A时,则被测通电导线中的电流为I1=nI2=10 A,选项D正确。2.C解析:当A点电势高于B点电势时,二极管导通,即R1被短路,R2两端电压为电源电压,U= V=10 V;当B点电势高于A点电势时,二极管截止,R1、R2串联,各分得一半电压,则由有效值的概念可得T=,解得U=5 V,故C正确,A、B、D错误。3.D解析:线圈产生的感应电动势的最大值为Em=110 V,线圈产生的感应电动势的有效值为E=110 V,根据闭合电路的欧姆定律可知I=5 A,故A错误;电压表读数为UR=IR=5 A20 =100 V,故B错误;t=510-3 s时刻,线圈产生的感应电
16、动势最大,此时线圈位于与中性面垂直位置,故穿过线圈的磁通量为零,故C错误;0510-3 s内,通过电阻R的电荷量为q=t,则q= C,故D正确。4.D解析:由题图乙可知,交流电源电压有效值为U1=10 V,理想变压器原、副线圈匝数之比为n1n2=53,副线圈电压为U2=U1=6 V,断开开关S,电流表A2的示数为I2=0.6 A,故A错误;闭合开关S,电流表A2的示数为I2=1.2 A,则电流表A1的示数为I1=I2=0.72 A,故B错误;闭合开关S,R2两端电压增大,电功率增大,故C错误;闭合开关S,副线圈总电阻变小,总功率变大,理想变压器输入功率等于输出功率,则原线圈输入功率增大,故D正
17、确。5.A解析:升压变压器原线圈输入电压的最大值为Um,有效值为U1=,根据,可知副线圈电压为U2=,输电电流I=,输电线上损失的电功率为P损=I2r=2()2r,用户消耗的电功率为P户=P-P损,联立解得P户=P-2()2r,故选A。6.AD解析:用类比法,如线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生周期性变化的交变电流,所以这个电路中存在周期为T的变化电流,则A正确;由于地磁场方向等效为由南指向北,则t=0时刻,穿过回路的磁通量最大,电路中电流最小为0,所以B错误;t=时刻,第一次经过水平位置,这个过程磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流方向向右通过灵敏电流表,所以C错误;t=时刻,穿过回路的磁通量
18、最小,电路中电流最小,故D正确。7.AC解析:两表笔与接线柱接触瞬间,整个闭合回路立即有电流,但由于线圈的自感作用,产生的感应电流阻碍原电流的增大,最终增大到一个稳定值,故A正确;两表笔与接线柱脱开瞬间,由于线圈的自感作用,线圈中会产生感应电动势,但由于线圈没有形成闭合回路,所以此时原线圈没有电流流过,故B错误;若铁芯B没有安装在铁芯A上,则漏磁较大,副线圈两端的电压比没有漏磁的情况下小得多,即U2n1n2,故C正确;只有把铁芯B安装到铁芯A上时,形成闭合磁路,没有漏磁时,才有U1U2=n1n2,故D错误。8.BD解析:由题图乙可得T=0.02 s,则=100 rad/s,电压u的瞬时值表达式
19、为u=36sin 100t(V),选项A错误;四只灯泡均正常发光,流过灯泡的电流大小为I灯= A,流过副线圈的电流为I2=4I灯=1 A,由可得流过原线圈的电流为I1= A,选项C错误;输入端电压U= V=36 V,电压表的示数即原线圈两端的电压为U1=U-I1R1=33 V,选项B正确;由可得副线圈两端的电压为U2=11 V,且U2=I2R2+U灯,解得R2=3 ,选项D正确。9.答案:(1)E2R2(2)(3)偏大解析:(1)要想控制30 时的情况,此时热敏电阻的阻值199.5 ,需要的最小电动势E=1510-3(199.5+20) V=3.3 V,还要考虑滑动变阻器的阻值,电源电动势3
20、V太小,因此电源应选择电动势为6 V的E2;滑动变阻器采用限流接法,当通过继电器的电流为I=15 mA=0.015 A时,总电阻R总=400 ,由表中数据可知,当温度为80时,滑动变阻器阻值应为R=R总-RT-R继电器=330.9 ,因此滑动变阻器应采用R2。(2)要使50 时被吸合,由表格数据可知,电阻为108.1 ,为了使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合,应先用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 ,再合上开关,调节滑动变阻器的阻值,直到观察到继电器的衔铁被吸合,此时再断开开关将电阻箱取下,换下热敏电阻即可实现实验目的。故步骤为。(3)发现在温度达到50 时加热器仍在加热。说明通过继电器
21、的电流没有超过15 mA,衔铁未被吸合,说明热敏电阻在50 时的阻值比表格中给出的阻值偏大。10.答案:(1)(2)(3)600(4)不变解析:(1)根据平衡条件有G=2Fcos ,解得F=。(2)根据闭合电路欧姆定律有E=I(r+Rg+R1+R)由题图乙可知R=R0+kF=R0+k联立可得I=。(3)毫安表指针半偏,则有 r+Rg+R1+R0= =300 代入数据解得G=600 N。(4)根据操作过程可知,当内阻增大,仍会使得电流表满偏,则电阻R1会变小,即r+R1之和仍旧会不变,也就是说测量结果也会不变。11.答案:(1)1 650(2)I1= A(3)I1= A解析:(1)由电压与变压器
22、匝数的关系可得n1=n=1=1 650。(2)当开关S断开时,由输入功率等于输出功率U1I1=U2I2可得I1= A。(3)当开关S断开时,有RL=44 当开关S闭合时,设副线圈总电阻为R,则有R=0.5RL=22 副线圈中的总电流为I2,则I2=10 A由U1I1=U2I2得I1= A。12.答案:(1)(2)解析:(1)导线电阻R线=代入数据解得R线=14.4 升压变压器原线圈中电流I1满足P1=U1I1得I1=200 A升压变压器副线圈中电流I2满足R线=4%P1解得I2= A由得。(2)降压变压器的输入电压U3满足P1-4%P1=U3I2代入数据解得U3=5 760 V因为输出电压U4=220 V由得。13.答案:(1),顺时针方向(2),水平向左(或沿x负方向)(3)解析:(1)右手定则判断(或楞次定律),感应电流方向为顺时针方向。v=E感=2B0LvI感=解得I感=。(2)当t=t0+T时,根据题意可知,AB处磁场为垂直纸面向外,大小为B=B0CD处磁场为垂直纸面向里,大小为B=B0安培力方向为水平向左(或沿x负方向)。I感=F安=2BI感L=。(3)题(1)中感应电流为峰值,故有效值为I有=Q=RT=。
