1、专题十二交变电流传感器一、选择题(共10小题,60分)1.如图所示,在两个完全相同的理想变压器左侧线圈接两个相同的灯泡,图甲中右侧接有平行导轨,而图乙中下导轨是直线,上导轨按余弦规律变化,其他条件相同,金属棒MN都是在导轨上向右匀速平动(速度较大),导轨及金属棒电阻不计.在金属棒平动过程中,下列说法正确的是()A.L1、L2都发光,只是亮度不同B.L1、L2都不发光C.L2发光,L1不发光D.图甲中通过R的是直流电,图乙中通过R的是交流电2.如图所示,110匝矩形线圈abcd在匀强磁场中绕过线圈ab边、垂直于磁场方向的轴OO匀速转动,产生电动势的最大值为2202 V、频率为50 Hz的交变电流
2、,若从图示位置开始计时,下列说法正确的是()A.电动势的瞬时值表达式为e=2202cos 100t(V)B.穿过线圈的磁通量的最大值为250 WbC.穿过线圈的磁通量的最大变化率为2202 VD.交流电电动势的有效值为110 V3.如图所示为一理想变压器,原线圈匝数为1 000,将原线圈接在电压u=602cos 50t(V)的交变电流上,L1、L2是两个标有“6 V3 W”的灯泡,开关S断开时,灯泡L1正常发光,电流表为理想电表,则()A.副线圈的匝数为60B.通过原线圈的电流方向每秒改变25次C.开关S闭合后,灯泡L1将变暗D.开关S闭合后,电流表的示数是0.1 A4.在电能远距离输送的过程
3、中,当输送功率一定时,如果要使输电线上损失的功率减小为原来的一半,则输电电压应变为原来的()A.22B.2倍C.2倍D.4倍5.2020福建五校联考如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为21,Rt为热敏电阻(温度升高时,其电阻值减小),R为定值电阻,电压表均为理想电表.把如图乙所示的交流电接在变压器的a、b两端,下列说法正确的是()A.该交流电电压的瞬时值表达式为u=222sin 50t(V)B.电压表V1与V2的示数之比为21C.温度升高时,原线圈输入功率减小D.温度降低时,定值电阻R消耗的功率减小6.名师原创,多选在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发
4、电厂升压变压器副线圈上的输出电压为U,发电厂输出的总功率为P0,输电线的总电阻为R,则下列说法不正确的是()A.输电线上损失的功率P=(P0U)2RB.输电线上损失的功率P=U2RC.发电厂输出的总功率增大时,输电线上损耗的功率增大D.发电厂输出的总功率增大时,输电线上损耗的功率占总功率的比例增大7.多选如图甲所示,一理想变压器原线圈匝数为n1=1 000,副线圈匝数为n2=150,变压器输入端的正弦交流电压如图乙所示,定值电阻的阻值为11 ,总阻值为22 的滑动变阻器滑片为P.下列说法正确的是()图甲图乙A.变压器副线圈输出电压的频率为50 HzB.滑片P向右滑动时,电阻R两端的电压不变C.
5、滑片P滑到最右端时,通过电阻R的电流为6 AD.滑片P滑到最左端时,变压器的输入功率为66 W8.2020陕西百校联考,多选如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为101,原线圈接在u=2202sin 100t(V)的正弦交流电上,图中R1、R2、R3均为定值电阻,且R1 R2R3=991,电路中所有电表均为理想交流电表,下列说法正确的是()A.电流表A1 、A2的示数相等B.电压表的示数为22 VC.若副线圈中的电流为2 A,则电流表A1的示数为0.5 AD.R1消耗的功率是副线圈输出功率的1109.2020河南洛阳尖子生第一次联考,多选如图,一理想变压器的原、副线圈上共接有额定电压均为U
6、的6盏完全相同的灯泡(额定功率均为P),左端接在一电压恒为U0的交流电源两端.此时6盏灯刚好正常发光.下列说法正确的是()A.该变压器的原、副线圈匝数之比为12B.此时交流电源输出的功率为6PC.U0=6UD.如果灯L6的灯丝突然烧断(不考虑其他灯因此损坏的情况),灯L1和L2将变暗,而其余3盏灯将变得更亮10.2020安徽示范名校联考,多选如图,将手摇交流发电机与一理想变压器的原线圈相连,副线圈电路中接有三个定值电阻、开关、灯泡及一个压敏电阻.压敏电阻具有这样的特点:只有加在它两端的电压大于某一值时,才会有电流通过.现将手摇发电机的手柄匀速转动,小灯泡周期性的闪亮,闭合开关后,小灯泡不再闪亮
7、.下列说法正确的是()A.将滑动头P向上滑动,可能使灯泡继续闪亮,且闪亮频率不变B.将滑动头P向下滑动,可能使灯泡继续闪亮,但闪亮频率变小C.将滑动头P向上滑动,可能使灯泡继续闪亮,但闪亮频率变大D.增大发电机手柄的转速,可能使灯泡继续闪亮,但闪亮频率变大二、非选择题(共5小题,50分)11.新角度,6分在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,已有下列图中器材、开关和导线若干. ABCD(1)上述器材中不需要的是(填字母),还需要的是(填名称).(2)对于匝数为na=100和nb=200的变压器,当副线圈处于空载状态(没有接负载)时,测量其原、副线圈的电压,na对应的为U1,nb对应
8、的为U2,实验测量数据如下表.U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98根据测量数据可判断原线圈是(填“na”或“nb”).(3)保持原线圈匝数和交流电压均不变,给副线圈接上小灯泡,实验发现,随着副线圈匝数的增加,小灯泡得到的电压反而减小,亮度减弱,出现这种情况可能的原因是.12.8分热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中.某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的关系如图甲所示. (1)由图甲可知,该热敏电阻在温度升高时,导电能力(选填“增强”或“减弱”);在较低温度范围内,相对金属热电阻而言,该热敏电阻对温度变化的响应更(选填“敏感”或“不敏感”)
9、.(2)某同学利用上述热敏电阻制作了一个简易的温控装置,实验原理如图乙所示. 现欲实现衔铁在某温度时(此时热敏电阻的阻值为R0)被吸合,下列操作步骤正确的顺序是.(填写各步骤前的序号)a.将热敏电阻接入电路b.观察到继电器的衔铁被吸合c.断开开关,将电阻箱从电路中移除d.合上开关,调节滑动变阻器的阻值e.断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至R0 (3)若热敏电阻的阻值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当通过继电器的电流超过20 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.已知继电
10、器的电阻为r=20 ,为使该装置实现对30 80 之间任一温度的控制,电源E应选用,滑动变阻器Rx应选用.(填选项前的字母)A.电源E1(3 V,内阻不计)B.电源E2(6 V,内阻不计)C.滑动变阻器R1(0200 )D.滑动变阻器R2(0500 )13.2019江西宜春模拟,10分某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9 kW,输出电压为500 V,输电线的总电阻为10 ,允许线路损耗的功率为输出功率的4%.(1)当村民和村办小企业需要220 V电压时,求所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比各为多少?(不计变压器的损耗)(2)若不用变压器而由发电机直接输送,
11、则村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少? 14.12分图1所示是调压变压器的原理图,线圈AB绕在一个铁芯上,总匝数为1 000匝.AB间加上如图2所示的正弦交流电压,移动滑动触头P的位置,就可以调节输出电压.在输出端连接了滑动变阻器和理想交流电流表,变阻器的滑动触头为Q.已知开始时滑动触头Q位于变阻器的最下端,且BP间线圈匝数刚好是500匝,变阻器的最大阻值等于72 .(1)开始时,电流表示数为多少?(2)保持P的位置不动,将Q向上移动到滑动变阻器的中点时,滑动变阻器消耗的功率为多大?(3)保持Q的位置不动,将P沿逆时针方向转动多少匝时,滑动变阻器消耗的功率为原来的4倍?15.14分如图所
12、示,匝数为100匝、面积为0.01 m2的线圈处于磁感应强度为B1=1 T的匀强磁场中.当线圈绕O1O2轴以转速n=300 r/min匀速转动时,电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A.电动机的内阻r=1 ,牵引一根原来静止的、长为L=1 m、电阻为R=1 、质量为m=0.2 kg的导体棒MN沿金属框架上升.框架倾角为30,框架宽1 m,框架和导体棒处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2=1 T的匀强磁场中.当导体棒沿框架上滑1.6 m时获得稳定的速度,这一过程中导体棒上产生的热量为4 J.导体棒始终与框架轨道垂直且接触良好,不计框架和线圈电阻及一切摩擦,g取10 m/s2.(1)若从线圈处
13、于中性面开始计时,写出线圈产生的电动势e的瞬时值表达式;(2)求导体棒MN的最大速度大小;(3)求导体棒MN从静止到达到最大速度所用的时间t.1.C题图甲中,金属棒MN在导轨上向右匀速平动时,产生大小和方向均不变的电流,因此在副线圈中不会产生感应电动势,所以L1不发光;题图乙中,金属棒MN在导轨上向右匀速平动时,产生大小不断变化的电流,因此在副线圈中会产生感应电动势,所以L2发光,选项C正确,A、B错误;题图甲和题图乙中通过R的电流方向均没有变化,所以均是直流电,选项D错误.【技巧点拨】求解本题的关键是要理解理想变压器的原理,只有通过原线圈的磁通量发生变化时才能在副线圈中产生感应电动势.2.B
14、线圈转动角速度=2f=100 rad/s,起始时刻产生的感应电动势瞬时值为0,因此电动势瞬时值的表达式为e=2202sin 100t(V),选项A错误;由于Em=nBS,则穿过线圈的磁通量的最大值m=BS=Emn=2202110100 Wb=250 Wb,选项B正确;磁通量的最大变化率(t)m=Emn=22 V,选项C错误;交流电电动势的有效值E=22022 V=220 V,选项D错误.3.D由于原线圈接在电压u=602cos 50t(V)的交变电流上,故原线圈两端电压的有效值为60 V,开关S断开时灯泡L1正常发光,副线圈两端电压为6 V,变压器原、副线圈的匝数比为101,则副线圈的匝数为1
15、00,A错误;交变电流的频率为25 Hz,故通过原线圈的电流方向每秒钟改变50次,B错误;开关S闭合后灯泡L1两端电压不变,亮度不变,灯泡L1正常发光电流为0.5 A,可知副线圈中的电流为1 A,由I1I2=n2n1知电流表的示数为0.1 A,C错误,D正确.4.B本题考查电能输送知识,意在考查考生的理解能力.根据P损=I2R知,如果要使输电线上损失的功率减小为原来的一半,则输电线上的电流要变为原来的22,在保证输送功率不变的前提下,输电电压应变为原来的2倍,B正确.5.D由题图乙可知,该交流电电压的最大值为umax=222 V,周期为0.02 s,=2T=100,所以该交流电电压的瞬时值表达
16、式为u=222sin 100t(V),选项A错误;根据理想变压器的变压规律可知,原、副线圈两端的电压之比为21,而电压表V2测量的是热敏电阻两端电压,小于副线圈两端的电压,所以电压表V1与V2的示数之比大于21,选项B错误;温度升高时,热敏电阻阻值减小,变压器的输出功率增大,根据变压器输出功率决定输入功率可知,原线圈输入功率增大,选项C错误;温度降低时,热敏电阻阻值增大,副线圈的电流减小,定值电阻R中电流减小,消耗的功率减小,选项D正确.【易错警示】解答此题常见的错误主要有:一是没有根据题图乙得出=2T=100,导致错选A;二是把电压表V2的示数误认为是变压器的输出电压,导致错选B;三是没有认
17、真分析温度升高时,副线圈的电流变化,导致错选C.6.B发电厂输出的总功率为P0,变压器副线圈上输出电压为U,因此输电线上的电流I线=P0U,则输电线上的功率损失P=I线2R=(P0U)2R,选项A正确;输电线上所分得的电压小于U,则输电线上损失的功率PU2R,选项B错误;根据P0=UI线,可得输电线路上的电流随发电厂输出的总功率的增大而增大,因此根据P=I线2R,可知输电线上损耗的功率增大,选项C正确;因输电线路上的输送电流增大,根据U损=I线R,可知U损增大,则输电线上损耗的功率占总功率的比例U损I线UI线=U损U增大,选项D正确.综上,本题应选B.7.AC 由变压器输入端正弦交流电压的图象
18、可知其周期T=0.02 s,其频率f=50 Hz,又理想变压器不改变交流电压的频率,所以变压器副线圈输出电压的频率也是50 Hz,A项正确;理想变压器的输出电压不变,滑片向右滑动,接入电路的电阻减小,根据串联分压规律可知,电阻R两端的电压增大,B项错误;由理想变压器变压规律U1U2=n1n2可得输出电压U2=66 V,滑片P滑到最右端时,其接入电阻为零,由欧姆定律知通过电阻R的电流I=U2R=6 A,C正确;滑片P滑到最左端时,副线圈回路总电阻为33 ,变压器输入功率等于输出功率,即P1=P2=U22R总=132 W,D项错误.8.AD设原线圈两端电压为10U,电流为I,则副线圈两端电压为U,
19、电流为10I,根据R2、R3的电阻之比得电流表A2示数为I,选项A正确;对R2有U=IR2,因R1=R2,故电阻R1的电压也为U,则有U+10U=220 V,得电压表示数U=20 V,选项B错误;原、副线圈的电流之比为110,选项C错误;R1消耗的功率是UI,副线圈的输出功率是10UI,选项D正确.9.BCD设流过每盏灯泡上的电流为I,则流过原线圈的电流为I1=I,流过副线圈的电流为I2=4I,则该变压器的原、副线圈匝数之比为n1n2=I2I1=41,选项A错误;此时交流电源输出的功率为6P,选项B正确;设原线圈两端的电压为U1,副线圈两端的电压为U2=U,根据n1n2=U1U2=41,解得U
20、1=4U,U0=2U+U1=6U,选项C正确;设每盏灯泡的电阻为R,副线圈的总电阻为R副,流过原线圈的电流I1=U02R+(n1n2)2R副,如果灯L6的灯丝突然烧断,即R副变大,则I1减小,灯L1和L2将变暗,原线圈两端电压U1=U0-2I1R增大,根据n1n2=U1U2可知,U2增大,其余3盏灯将变得更亮,选项D正确.【审题关键】6盏灯刚好正常发光,说明每盏灯两端的电压都是额定电压,流过每盏灯的电流都是额定电流.10.AD将滑动头P向上滑动,副线圈匝数增加,根据变压器原理可得输出电压增大,可能使灯泡继续闪亮,变压器不改变频率,所以灯泡闪亮频率不变,故A正确,C错误;将滑动头P向下滑动,副线
21、圈匝数减小,根据变压器原理可得输出电压减小,不可能使灯泡继续闪亮,故B错误;增大发电机手柄的转速,则交流电的频率增大,根据Emax=NBS=NBS2f可知发电机输出电压变大,根据变压器原理可知副线圈两端电压增大,可能使灯泡继续闪亮,交流电的频率变大,灯泡闪亮频率也变大,故D正确.【易错警示】在分析灯泡闪亮频率的变化情况时,考生容易误认为需要分析一个周期内灯泡发光时间的长短.其实无论一个周期内灯泡发光时间如何变化,只要交流电的频率不变,灯泡的闪亮频率就不变.11.(1)BC(2分)学生电源(或低压交流电源)(1分)(2)nb(1分)(3)副线圈匝数越多线圈电阻越大,线圈电阻分得的电压越大,引起输
22、出电压降低(2分)解析:(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,需要学生电源来提供低压交流电,同时还需要交流电压表来测量电压,可拆变压器和导线,结合题目给定的器材,选项A是变压器,选项B是电池,选项C是条形磁铁,选项D是多用电表,可知选项B、C中的器材不需要,还需要的器材是低压交流电源.(2)表格中每组数据都可以看出,匝数之比近似等于电压之比,即U1U2nanb,该变压器为非理想变压器,考虑到变压器可能会出现漏磁、铁芯发热、导线发热等现象,可判断出U2为原线圈上的电压,所以原线圈是nb.(3)根据电磁感应基本原理可知,当副线圈匝数增多时,副线圈内阻增大,副线圈内阻上损耗的电压
23、增多,其输出电压会减小,所以灯泡会变暗.12.(1)增强(2分)敏感(2分)(2)edbca(2分)(3)B(1分)D(1分)解析:(1)图甲中横轴表示温度,纵轴表示电阻,随着温度的升高,金属热电阻的阻值略微增大,而该热敏电阻的阻值显著减小,所以这种热敏电阻在温度升高时导电能力增强;在较低温度范围内,相对金属热电阻而言,该热敏电阻对温度变化的响应更敏感.(2)要实现衔铁在某温度时(此时热敏电阻的阻值为R0)被吸合,而衔铁被吸合时的电流是一定的,所以关键是找到此时滑动变阻器的阻值.实现方法是:断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至R0 ,合上开关,调节滑动变阻器的阻值,观察到继电器的衔铁被吸
24、合,则此时滑动变阻器连入电路的阻值就是衔铁在某温度(此时热敏电阻的阻值为R0)被吸合时滑动变阻器应连入电路的阻值,找到之后,再用热敏电阻替换掉电阻箱即可,正确顺序为edbca.(3)在30 时,电源电动势的最小值Emin=20(199.5+20)10-3 V=4.39 V,所以电源应选用E2;在80 时,选用电源E2,滑动变阻器的最小阻值为Rmin=6V20mA-49.1 -20 =230.9 ,所以滑动变阻器应选用R2(0500 ).13.解析:(1)建立如图所示的远距离输电模型.由线路损耗的功率P线=I线2R线和P线=4%P出可得I线=6 A(1分)又P出=U2I线,所以U2=1 500
25、V(1分)则U3=U2-I线R线=1 440 V(1分)由理想变压器规律可得n1n2=U1U2=13,n3n4=U3U4=7211 (2分)所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比分别是13和 7211.(1分)(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图所示).由P出=UI线可得I线=18 A(1分)所以线路损耗的功率P线=I线2R线=18210 W=3 240 W(1分)用户得到的电压U用户=U-I线R线=(500-1810) V=320 V(1分)用户得到的功率P用户=P出-P线=(9 000-3 240) W=5 760 W.(1分)14.解析:(1)由图2可知,输入电压的有效
26、值为U1=36 V(1分)根据变压器变压规律有U2=n2n1U1=18 V则I2=U2Rm=1872 A=0.25 A,故电流表示数为0.25 A.(2分)(2)保持P的位置不动,则变压器匝数比不变,故输出端电压U2不变.当Q向上移时滑动变阻器接入电路的阻值R减小因PR=U22R,故PR增大(3分)当R=12Rm=36 时,PR=18236 W=9 W.(2分)(3)由PR=U22R=(n2n1)2U12R(1分)可知,要使PR变为原来的4倍,只需使n2变为原来的2倍,即副线圈由500匝变为1 000匝(1分),故需将P沿逆时针方向转动500匝.(1分)15.解析:(1)转速n=300 r/m
27、in=5 r/s,=2n=10 rad/s(1分)线圈转动过程中电动势的最大值为Em=NB1S=10010.0110 V=10 V(1分)则从线圈处于中性面开始计时线圈产生的电动势瞬时值表达式为e=Emsin t=10sin 10t(V).(1分)(2)电动机的输出功率P出=IU-I2r=6 W(2分)且P出=Fv(1分)棒产生的感应电流I=B2LvR(1分)速度最大时棒处于平衡状态,故有F=mgsin 30+B2IL(1分)联立解得此时棒的速度大小v=2 m/s或v=-3 m/s(舍去)即棒的最大速度大小为2 m/s.(2分)(3)由能量守恒定律得P出t=mgh+12mv2+Q(2分)其中h=xsin 30=0.80 m(1分)解得t=1.0 s.(1分)