2022年高考物理一轮复习 单元质检一 交变电流、传感器（含解析）沪科版

2022年高考物理一轮复习 单元质检一 交变电流、传感器（含解析）沪科版单元质检第19页一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第15题只有一项符合题目要求,第68题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)1.一台发电机的结构示意图如图所示,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形线圈,线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时电动势为正值,下列图象中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是()解析:由题图可知发电机内部磁极与铁芯之间的缝隙中为方向沿半径的辐向磁场,所以距转轴距离相等的各点磁感应强度大小相等,根据法拉第电磁感应定律可知回路中产生大小恒定的感应电动势,选项A、B错误;当线圈转到竖直位置时,回路中感应电动势方向发生变化,选项C错误、D正确。答案:D2.如图所示,有一矩形线圈的面积为S,匝数为N,内阻不计,绕OO轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度做匀速转动,从图示位置开始计时,矩形线圈通过滑环接一理想变压器,滑动触头P上下移动时可改变输出电压,副线圈接有可调电阻R,下列判断正确的是()A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBScostB.矩形线圈从图示位置经过时间时,通过电流表的电荷量为0C.当P位置不动,R增大时,电压表读数也增大D.当P位置向上移动、R不变时,电流表读数减小解析:由于线框转动时两边同时切割磁感线,产生感应电流方向相同,则感应电动势为e=2NBL(L)sin(90-t)=NBScost,选项A正确;矩形线圈从图示位置经过时间时,通过电流表的电荷量为q=,选项B错误;P位置不动,由于线圈内阻不变,输出电压不变,电压表示数不变,选项C错误;P位置向上移动,变压器原副线圈匝数比减小,输出电压变大,R不变,输出电流增大,输入电流也增大,电流表示数变大,选项D错误。答案:A3.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为101,R1=20 ,R2=30 ,C为电容器,已知通过R1的正弦交变电流如图乙所示,则()A.交变电流的频率为0.02 HzB.原线圈输入电压的最大值为200VC.电阻R2的电功率约为6.67 WD.通过R3的电流始终为零解析:变压器原、副线圈中电流的周期、频率相同,周期均为0.02 s、频率均为50 Hz,选项A错误;由题图乙可知通过R1的电流最大值为Im=1 A,根据欧姆定律可知其最大电压为Um=20 V,再根据原、副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200 V,选项B错误;因为电容器有通交流、阻直流的作用,则有电流通过R3和电容器,选项D错误;根据正弦交变电流的峰值和有效值关系、并联电路特点可知电阻R2的电流有效值为I=,电压有效值为U= V,电阻R2的电功率为P2=UI=W,选项C正确。答案:C4.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间加一正弦交变电流u=20sin 100t(V),则加在R2上的电压有效值为()A.10 VB.20 VC.15 VD.5V解析:设电压有效值为U,根据有效值定义有T,解得加在R2上的电压有效值为U=5V,选项D正确。答案:D5.如图所示,在电路两端接上交变电流,保持电压不变,使频率增大,发现各灯的亮暗变化情况是:灯L1变暗、灯L2变亮、灯L3不变,则M、N、L处所接元件可能是()A.M为电阻,N为电容器,L为电感器B.M为电阻,N为电感器,L为电容器C.M为电感器,N为电容器,L为电阻D.M为电容器,N为电感器,L为电阻解析:由于交流电压U不变,可知:频率增大时,电阻所在支路电流不变,灯的亮度不变;电容器的容抗减小,电容器所在支路电流增大;电感器的感抗增大,其所在支路电流减小,选项C正确。答案:C6.如图甲所示,矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动,输出交变电流的电动势图象如图乙所示,经原、副线圈的匝数比为110的理想变压器给一灯泡供电如图丙所示,副线圈电路中灯泡额定功率为22 W,现闭合开关,灯泡正常发光。则()A.t=0.01 s时刻穿过线框回路的磁通量为零B.交流发电机的转速为50 r/sC.变压器原线圈中电流表示数为1 AD.灯泡的额定电压为220V解析:根据图乙可知:在t=0.01 s时刻交变电流电动势为零,线圈处于中性面位置,此时磁通量最大;由图象可知周期T=0.02 s,则转速n=50 r/s;变压器原线圈中电压有效值为U1=22 V,原线圈输入功率与副线圈输出功率相同,由P=22 W,P=UI,解得I=1 A;由解得副线圈两端电压U2=220 V。选项BC正确。答案:BC7.如图甲所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为101,R=1 ,与原线圈相连的熔断器(保险丝)的熔断电流为1 A,通过电压传感器测得副线圈两端电压图象如图乙所示,则下列说法正确的是()A.原线圈输入电压的有效值为220 VB.原线圈两端交变电流的频率为500 HzC.原、副线圈铁芯中磁通量变化率之比为101D.为保证电路安全工作,滑动变阻器的阻值不得小于1.2 解析:由副线圈两端电压图象可知,输出电压U2=22 V,由变压公式可知原线圈输入电压的有效值为220 V。由副线圈两端电压图象可知,交变电流周期为0.02 s,频率为50 Hz,原线圈两端交变电流的频率也为50 Hz,选项A正确、B错误;由变压器原理,原、副线圈铁芯中磁通量变化率相等,选项C错误;为保证电路安全工作,变压器输入功率应小于220 W,副线圈总电阻应不小于2.2 ,所以滑动变阻器的阻值不得小于1.2 ,选项D正确。答案:AD8.一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节,如图所示。在副线圈两输出端连接灯泡L、定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交变电流,则()A.保持Q位置不动,将P向上滑动时,灯泡变亮,电流表的读数变大B.保持Q位置不动,将P向上滑动时,灯泡变暗,电流表的读数变小C.保持P位置不动,将Q向上滑动时,灯泡变亮,电流表的读数变大D.保持P位置不动,将Q向上滑动时,灯泡变暗,电流表的读数变小解析:保持Q位置不动,则原、副线圈匝数比不变,将P向上滑动时,副线圈电压不变,电阻变大,电流变小。由公式P=I2R可知灯泡功率变小,灯泡变暗,选项A错误;由变压器电流比公式可知,原线圈电流变小,电流表示数变小,选项B正确;保持P位置不动,将Q向上滑动时,副线圈电压变大,电流变大,由公式P=I2R可知,灯泡变亮,同理可知,电流表的读数变大,选项C正确、D错误。答案:BC二、实验题(共15分)9.(6分)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律,他将两物块A和B用轻质细绳连接跨过轻质定滑轮,B下端连接纸带,纸带穿过固定的打点计时器。甲 (1)按图甲所示安装实验装置时,应使A、B两物块的质量满足mAmB(填“”“mB。(2)若打出的纸带上计时点过于密集,为使实验结果更加精确,应增大加速度,因此需要“保持B的质量不变,增大物块A的质量”或“增大物块A的质量同时减小B的质量”,只要合理即可。(3)由题意可知从O到B的过程中系统重力势能减少量为Ep=mAghOB-mBghOB,保留两位有效数字可得Ep=0.42 J,动能增加量为Ek=(mA+mB)-0,其中vB=,通过计算可得Ek=0.40 J,在误差允许范围内,系统机械能守恒。答案:(1)(2)“保持B的质量不变,增大物块A的质量”或“增大物块A的质量同时减小B的质量”(合理即可)(3)0.420.40在误差允许范围内,系统机械能守恒10.(9分)某同学做描绘小灯泡(额定电压为3.8 V,额定电流为0.32 A)的伏安特性曲线实验,实验给定的实验器材如下:(本实验要求小灯泡的电压从零开始调至额定电压)直流电源的电动势为4 V,内阻不计电压表V(量程4 V,内阻约为5 k)电流表A1(量程0.6 A,内阻约为4 )电流表A2(量程3 A,内阻约为1 )滑动变阻器R1(0到1 000 ,0.5 A)滑动变阻器R2(0到10 ,2 A)开关、导线若干。甲(1)若该同学误将电流表和电压表接成如图甲所示的电路,其他部分连接正确,接通电源后,以下说法正确的是()A.小灯泡将发光B.小灯泡将不亮C.电压表会烧坏D.电流表将会烧坏(2)下列关于该实验的说法,正确的是()A.实验电路应选择图乙中的电路图aB.电流表应选用A2C.滑动变阻器应该选用R2D.若采用如图乙中b所示电路图,实验前,滑动变阻器的滑片应置于最右端(3)该同学按照正确的电路图和正确的实验步骤,描出的伏安特性曲线如图丙所示。从图中可知小灯泡的阻值随小灯泡两端的电压的增大而(填“增大”“减小”“先增大后减小”或“先减小后增大”),当给小灯泡加额定电压3.2 V时,此时小灯泡的发热功率为W(结果取两位有效数字)。解析:(1)电压表内阻较大,整个回路中电流非常小,电压表和电流表都没有烧坏,小灯泡实际功率非常小,不能发光。选项B正确、ACD错误。(2)研究小灯泡的伏安特性曲线,要求电压变化范围大且从零开始调节,滑动变阻器采用分压式接法,选项A正确;由于小灯泡的额定电流为0.32 A,为了读数准确,电流表选A1,B选项错误;滑动变阻器选阻值小的,便于调节,选项C正确;若采用如图乙中b所示电路图,实验前应以最大阻值接入,滑片应置于最左端,选项D错误。(3)由I=U可知,图象切线的斜率反映电阻的倒数,阻值随电压的增大而增大;由图象读出,当电压为3.2 V时,电流为0.3 A,则发热功率P=UI=0.96 W。答案:(1)B(2)AC(3)增大0.96三、计算题(本题共3小题,共47分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位)11.(15分)一个直流电动机的内电阻r=2 ,与R=8 的电阻串联接在线圈上,如图所示。已知线圈面积为m2,共100匝,线圈的电阻为2 ,线圈在B= T的匀强磁场中绕OO以转速n=600 r/min匀速转动,在合上开关S后电动机正常工作时,电压表的示数为100 V,求电动机正常工作时的输出功率。解析:线圈转动时产生的电动势的最大值为Em=NBS=200V电动势的有效值为E=200 V设线圈的电阻为r,则电路中的电流I为I=10 A电动机正常工作时的输出功率为P=UI-I2r=800 W答案:800 W12.(16分)一个小型水力发电站,发电机输出电压U0=250 V,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为Pm=30 kW,它通过总电阻R线=2.0 的输电线直接向远处的居民区供电。设居民区所有用电器都是额定电压U用=220 V的电灯,总功率为P用=22 kW,不计灯丝电阻随温度的变化。(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率是多大?(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗。已知用户变压器的降压比为401,当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率是多大?解析:(1)如图所示由P用=得R用=2.2 I=A=59.5 AU灯=IR用=131 VP输=IU0=14 875 W=14.9 kW(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,如图所示P用=U4I4,因U4=220 V,P用=22 kW所以,I4=100 A,I3=I4=2.5 AP损=R线=12.5 W答案:(1)131 V14.9 kW(2)12.5 W13.(16分)三峡水利工程中某一水电站发电机组设计为:水以v1=3 m/s的速度流入水轮机后以v2=1 m/s的速度流出,流出水位比流入水位低10 m,水流量为Q=10 m3/s。水轮机效率为75%,发电机效率为80%,试求:(1)发电机的输出功率是多少?(2)如果发电机输出电压为240 V,用户所需电压为220 V,输电线路中能量损耗为5%,输电线的电阻共为12 ,那么所需的升、降压变压器的原、副线圈匝数比分别是多少?解析:(1)水轮机的输出功率即发电机的输入功率,为P1=(Qgh+Q)75%=7.8105W。发电机的输出功率为P0=P180%=6.24105W。(2)输电示意图如图所示。发电机输出的电流I1=A=2 600 A输电导线中的热损耗P耗=P05%=3.12104W输电线路中的电流I2=A=51 A所以升压变压器T1的原、副线圈匝数比降压变压器T2的输出功率P=P0-P耗=5.928105WT2的输出电流I3=A=2.7103A所以降压变压器T2的原、副线圈匝数比。答案:(1)6.24105W(2)151531