高考物理一轮复习 高考真题备选题库 第十章 交变电流 传感器-人教版高三物理试题

第十章 交变电流 传感器第1节 交变电流的产生及描述1(2014海南高考)理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端。已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为()A12 B21C23 D32解析：选B三灯都正常工作，则电流相等，由此可知变压器的原副线圈的电流比，理想变压器的输入功率与输出功率相等，P1P2，得 ，得： ，选项B正确。2(2014全国卷)如图(a)，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示，已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是()解析：选C根据题图(b)可知：cd两端在00.5产生恒定的电压，根据法拉第电磁感应定律，穿过线圈的磁通量均匀变化，即为恒定不变，故选项C正确，A、B、D错误。3(2014天津高考)如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图2中曲线a、b所示，则()A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C. 曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V解析：选ACt0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A项正确；图中a、b对应的周期之比为23，因此线圈转速之比nanb32，B项错误；a线表示的交流电动势的频率为fa Hz25 Hz，C项正确；a线对应线圈相应的电动势的最大值EamNBS，由图像知Eam15 V，b线对应线圈相应的电动势的最大值EbmNBS，因此，Ebm10 V，有效值Eb V5 V，D项错误。4(2013山东理综)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，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()A电流表的示数为10 AB线圈转动的角速度为50 rad/sC0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左解析：选AC本题考查有关交流电的问题，意在考查考生对图像的理解及交变电流问题的分析能力。电流表的示数为交变电流的有效值10 A，A项正确；由可得，线圈转动的角速度为100 rad/s，B项错；0.01 s时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，C项正确；根据楞次定律可得，0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右，D项错。5(2013福建理综)如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1.0 ，外接R9.0 的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 10t(V)，则()A该交变电流的频率为10 HzB该电动势的有效值为10 VC外接电阻R所消耗的电功率为10 WD电路中理想交流电流表 的示数为1.0 A解析：选D本题考查交流电，意在考查考生对交流电的产生和规律的认识。由产生的电动势可知，该交流电的频率为5 Hz，选项A错误；该电动势的有效值为10 V，选项B错误；外接电阻R所消耗的电功率为9 W，选项C错误；电路中交流电流表的示数为电流的有效值，为1.0 A，选项D正确。6(2012广东理综)某小型发电机产生的交变电动势为e50 sin100t(V)。对此电动势，下列表述正确的有()A最大值是50 VB频率是100 HzC有效值是25 VD周期是0.02 s解析：最大值Em50 V，有效值为E25 V，频率为50 Hz，周期为T0.02 s，所以CD正确。答案：CD7(2011安徽理综)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)则线框内产生的感应电流的有效值为()A.B.C. D.解析：线框转动的角速度为，进磁场的过程用时周期，出磁场的过程用时周期，进、出磁场时产生的感应电流大小都为I，则转动一周产生的感应电流的有效值满足：I2RT()2RT，解得I，D项正确答案：D第2节 变压器 电能的传输1.(2014全国卷)如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则()AUabUcdn1n2B增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小C负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大D将二极管短路，电流表的读数加倍解析：选BD根据变压器的工作原理、交流电的有效值解题。变压器的变压比，其中U1、U2是变压器原、副线圈两端的电压。U1Uab，由于二极管的单向导电特性，UcdU2，选项A错误。增大负载电阻R的阻值，负载的电功率减小，由于P入P出，且P入I1Uab，所以原线圈上的电流I1减小，即电流表的读数变小，选项B正确。c、d端的电压由输入电压Uab决定，负载电阻R的阻值变小时，Uab不变，选项C错误。根据变压器上的能量关系有E输入E输出，在一个周期T的时间内，二极管未短路时有UabI1T0(U为副线圈两端的电压)，二极管短路时有UabI2TT，由以上两式得I22I1，选项D正确。2(2014山东高考)如图，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是()A变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比n1n2113解析：选BD将额定电压为60 V的用电器接在理想变压器的输出端，在闭合开关后，用电器正常工作，已知交流电压表和交流电流表(均为理想电表)读数分别为220 V和2.2 A，根据功率公式可以求出用电器消耗的功率为132 W，因此A选项不正确；再根据变压器变压公式和变流公式可知，和，联立可求得通过原线圈的电流的有效值为0.6 A，所以选项B正确；由于电流表显示的是有效值，因此通过副线圈电流的最大值为2.2 A，故选项C错误；根据变压器的变压公式可知，变压器原、副线圈的匝数比为n1n2113，所以D选项正确。3(2014江苏高考)远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()A. BI2CI1U1IR DI1U1I2U2解析：选D根据变压器的工作原理可知，所以选项A错误；因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系，所以选项B错误；U1I1U2I2，但U2I2IR，选项C错误，D正确。4(2014浙江高考)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2。则()A用户端的电压为B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为IrD输电线路上损失的电功率为I1U解析：选A理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，则有I1U1U2I2，U2，选项A正确；输电线上的电压降为UI1r，或者UUU1，选项B错误；理想变压器的输入功率为PI1U1，选项C错误；输电线路上损失的电功率为PIr，选项D错误。5(2014福建高考)下图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1n4n2n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL2R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时()AA1、A2两表的示数相同BL1、L2两灯泡的亮度相同CR1消耗的功率大于R3消耗的功率DR2两端的电压小于R4两端的电压解析：选D远距离输电过程中，应用高压输电能够减小输电线上的功率损失，R1上消耗的功率小于R3上消耗的功率，C项错；而比较两个不同输电回路，输电线电阻相同，由P损I22R可知，A1示数小于A2示数，A项错；根据欧姆定律可知，R2两端电压小于R4两端电压，D项正确；由于输电线上损失电压不同，故两灯泡两端电压不同，故亮度不同，B项错。6(2014广东高考) 如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是()AP向下滑动时，灯L变亮BP向下滑动时，变压器的输出电压不变CP向上滑动时，变压器的输入电流变小DP向上滑动时，变压器的输出功率变大解析：选BD由于U1保持不变，根据变压器的变压比可知，副线圈的输出电压U2不变，B项正确；P向下滑动时，灯泡L两端的电压不变，灯泡的亮度不变，A项错误；P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，副线圈电路的总电阻R变小，根据P2可知，变压器的输出功率变大，D项正确；由P1U1I1P2可知，变压器的输入电流增大，C项错误。7(2014四川高考)如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则()A用户用电器上交流电的频率是100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是500 VC输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小解析：选D根据交流电的变化规律、变压器的工作原理和远距离输电知识解题。由ut图像可知，交流电的周期T0.02 s，故频率f50 Hz，选项A错误；交流电的最大值Um500 V，故有效值U250 V，选项B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原副线圈的匝数比决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，副线圈上的电流减小，根据，原线圈(输电线)上的电流减小，根据PIR，得输电线损失的功率减小，选项D正确。8(2013天津理综)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()Aab接MN、cd接PQ，IabIcdBab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcdDab接PQ、cd接MN，IabIcd解析：选B本题考查电流互感器的原理，意在考查考生的理解能力和利用物理规律解决实际问题的能力。电流互感器ab一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，根据变流比公式I1n1I2n2可知，IabIcd，电流表应接在电流较小一侧，B项正确。9(2013广东理综)如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221， 和 均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112 sin 100t(V)。下列说法正确的是()A电流频率为100 HzB. 的读数为24 VC. 的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W解析：选D本题考查变压器规律的应用，意在考查考生对变压器规律的理解及应用。由输入电压的瞬时表达式可知，1002f，因此交流电的频率为50 Hz，A项错误；由变压公式可知，得U26 V，电压表的读数为6 V，B项错误；电流表的读数I2A1 A，C项错误；变压器输入功率PU1I1U2I26 W，D项正确。10(2013江苏)如图所示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光。要使灯泡变亮，可以采取的方法有()A向下滑动PB增大交流电源的电压C增大交流电源的频率D减小电容器C的电容解析：选BC本题考查变压器电路的动态分析，意在考查考生对变压器电路规律的掌握及动态分析问题的能力。向下滑动P时，副线圈的匝数变少，由变压比公式可知，副线圈两端的电压变小，灯泡变暗，A项错误；增大交流电源的电压，由变压比公式可知，副线圈两端的电压增大，灯泡变亮，B项正确；电压不变，增大交流电源的频率，可减小电容器的容抗，电路中的电流变大，灯泡变亮，C项正确；减小电容器的电容，电容器的容抗增大，电路中电流减小，灯泡变暗，D项错误。11(2012新课标全国)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为()A380 V和5.3 A B380 V和9.1 AC240 V和5.3 A D240 V和9.1 A解析：对理想变压器，原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流I1A9.1 A，负载两端电压即为副线圈电压，由，即，可得U2380 V，故B对。答案：B12(2012江苏)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有()A家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起解析：当家庭电路正常工作时，火线和零线中的电流大小始终相等，方向始终相反，由于采用双线绕成，当电路正常工作时，火线和零线在铁芯内部产生的磁场大小相等，方向相反，所以内部的磁通量为零，A正确；当电路中的电器增多时，火线和零线中的电流都增大了，但大小始终相等，方向始终相反，铁芯内部的磁通量还是零，即L2中的磁通量不变，B正确；当电路发生短路时，电流不经用电器，火线和零线中电流很大，但大小始终相等，方向始终相反，铁芯内部的磁通量还是零，L2不产生感应电流，开关K不会被电磁铁吸起，C错误；当地面上的人接触火线发生触电时，电流经人体流向地面，不经过零线，所以火线和零线中的电流大小不等，在铁芯内产生的磁通量不为零，L2中产生感应电流，开关K被电磁铁吸起，D正确。答案：ABD13(2012天津理综)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和分别为()A.，B()2R，C.， D()2R，解析：当副线圈与原线圈的匝数比为k时，副线圈输出电压为kU，输出电流I，线路损耗的电功率为P1I2R()2R。若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，副线圈输出电压为nkU，输出电流I，线路损耗的电功率为P2I2R()2R。，选项D正确，A、B、C错误。答案：D14(2012北京理综)一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为()A5 VB5 VC10 V D10 V解析：设该电热器的电阻为R，题中正弦交流电源输出电压的有效值为U，则P/2U2/R；加直流电时，P(10 V)2/R；又由最大值UmU，可解出Um10 V。故只有选项C正确。答案：C15(2012福建理综)如图所示，理想变压器原线圈输入电压uUmsin t，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示，和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是()AI1和I2表示电流的瞬时值BU1和U2表示电压的最大值C滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小解析：交流电压表和交流电流表测量的是有效值，选项A、B错误。滑片P向下滑动时，接入电路中的电阻减小，副线圈负载电阻减小，因为原、副线圈的匝数比不变，所以U1、U2不变，因I2，所以I2变大；又U1I1U2I2，所以I1变大，故选项C正确。答案：C16(2011新课标全国)如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正常发光若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2 A解析：交流电压表、电流表测得的是交变电流的有效值，由灯泡正常发光可知，变压器的输出电压为220 V，而变压器的输入与输出电压之比等于原副线圈的匝数比，故变压器的输入电压为110 V, 电压表的示数为110 V，又因为变压器的输入功率等于输出功率，因此可知变压器的输入电流为0.2 A，故选项A正确答案：A17(2011浙江理综)如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数 n1 800和 n2 200 的两个线圈，上线圈两端与 u 51sin314t V 的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是 ()A2.0 VB9.0 VC12.7 V D144.0 V解析：由题意知原线圈的有效值为U1V，若磁通量无损失，则根据得U2 V9.0 V因铁芯不是闭合的，考虑到漏磁的影响，n2 线圈两端电压的有效值应小于 9 V，故只有选项 A 正确答案：A18(2011江苏)图 1 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 ut 图象如图 2 所示若只在 ce 间接一只 Rce 400 的电阻，或只在 de 间接一只Rde 225 的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为 80 W.(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400 电阻时，原线圈中的电流 I1；(3)求 ce 和 de 间线圈的匝数比.解析：(1)由题图2知200 rad/s电压瞬时值 uab400sin 200t(V)(2)电压有效值U1200 V理想变压器P1P2原线圈中的电流I1解得I10.28 A(或A)(3)设ab间匝数为n1同理由题意知解得代入数据得答案：(1)uab400sin 200t(V)(2)0.28 A(或A)(3)19(2010福建理综)中国已投产运行的1000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为()A.B.C2P D4P解析：本题考查远距离输电问题，意在考查学生对电功率概念的理解和应用能力输送电功率不变，则输电电压与输电电流成反比，所以用1000 kV特高压输电时，输电电流为原来输电电流的一半；而输电线上损耗的电功率与输电电流的平方成正比，所以输电线上损耗功率为原来输电线上损耗功率的，即，A项正确答案：A20(2010天津理综)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示当开关S闭合后()AA1示数变大，A1与A2示数的比值不变BA1示数变大，A1与A2示数的比值变大CV2示数变小，V1与V2示数的比值变大DV2示数不变，V1与V2示数的比值不变解析：因为变压器的匝数与输入电压U1不变，所以电压表V1的示数和电压表V2的示数不变，C错误，D正确；当S闭合后，因为负载电阻减小，故次级线圈中的电流I2增大，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将增大，但因为变压器的匝数不变，故B错误，A正确答案：AD21(2011江苏)美国科学家 Willard S. Boyle 与 George E. Smith 因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获 2009 年度诺贝尔物理学奖CCD 是将光学量转变成电学量的传感器下列器件可作为传感器的有()A发光二极管 B热敏电阻C霍尔元件 D干电池解析：传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量的元件发光二极管是电学元件，是电能转换成光能的元件，不是传感器，A错误；干电池是一种电源，不是传感器，D错误；热敏电阻受热时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，是传感器，B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，是传感器，C正确答案：BC