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2019-2020年高中物理 交變電流 傳感器單元綜合測試 新人教版必修2 本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分，試卷滿分為100分。考試時間為90分鐘。 第Ⅰ卷(選擇題，共40分) 一、選擇題(本大題包括10小題，每小題4分，共40分。) 1．閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦式電流i＝Imsinωt，若保持其他條件不變，使發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)及轉(zhuǎn)速各增加一倍，則電流的變化規(guī)律為 (　　) A．i＝2Imsin2ωt　　　　　　　 B．i＝4Imsin2ωt C．i＝2Imsinωt D．i＝4Imsinωt 2．在如圖1所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流；L是一個25mH的高頻扼流圈，C是一個100pF的電容器，R是負(fù)載電阻.下列說法中正確的是 (　　) 圖1 A．L的作用是“通低頻，阻高頻” B．C的作用是“通交流，隔直流” C．C的作用是“通高頻，阻低頻” D．通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比 3．在圖2所示兩電路中，當(dāng)a、b兩端與e、f兩端分別加上220 V的交流電壓時，測得c、d間與g、h間的電壓均為110 V；若分別在c、d與g、h的兩端加上110 V的交流電壓，則a、b間與e、f間的電壓分別為 (　　) 圖2 A．220 V,220 V B．220 V,110 V C．110 V,110 V D．220 V,0 4．一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的磁通量Φ隨時間t的變化如圖3所示，下列說法中正確的是 (　　) 圖3 A．t1時刻感應(yīng)電動勢為零 B．t2時刻感應(yīng)電動勢最大 C．t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D．每當(dāng)E變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大 5．利用超導(dǎo)材料零電阻的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)無損耗輸電.現(xiàn)有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4 Ω，它提供給用電器的電功率為40 kW，電壓為800 V．如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜替代原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為 (　　) A．1 kW B．1.6103 kW C．1.6 kW D．10 kW 6．一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入電壓不變，如圖4所示.如果負(fù)載電阻的滑動片向上移動.則圖中所有交流電表的讀數(shù)及輸入功率變化情況正確的是(均為理想電表) (　　) 圖4 A．V1、V2不變，A1增大，A2減小，P增大 B．V1、V2不變，A1、A2增大，P增大 C．V1、V2不變，A1、A2減小，P減小 D．V1不變，V2增大，A1減小，A2減小，P減小 7.在如圖5所示的閃光燈電路中，電源的電動勢為E，電容器的電容為C.當(dāng)閃光燈兩端電壓達(dá)到擊穿電壓U時，閃光燈才有電流通過并發(fā)光.正常工作時，閃光燈周期性短暫閃光，則可以判定 (　　) 圖5 A．電源的電動勢E一定小于擊穿電壓U B．電容器所帶的最大電荷量一定為CE C．閃光燈閃光時，電容器所帶的電荷量一定增大 D．在一個閃光周期內(nèi)，通過電阻R的電荷量與通過閃光燈的電荷量一定相等 8．汽車消耗的主要燃料是柴油和汽油.柴油機(jī)是靠壓縮汽缸內(nèi)的空氣點(diǎn)火的；而汽油機(jī)做功沖程開始時，汽缸中汽油和空氣的混合氣是靠火花塞點(diǎn)燃的.但是汽車蓄電池的電壓只有12 V，不能在火花塞中產(chǎn)生火花，因此，要使用如圖6所示的點(diǎn)火裝置，此裝置的核心是一個變壓器，該變壓器的原線圈通過開關(guān)連到蓄電池上，副線圈接到火花塞的兩端，開關(guān)由機(jī)械控制，做功沖程開始時，開關(guān)由閉合變?yōu)閿嚅_，從而在副線圈中產(chǎn)生10000 V以上的電壓，這樣就能在火花塞中產(chǎn)生火花了.下列說法中正確的是 (　　) 圖6 A．柴油機(jī)的壓縮點(diǎn)火過程是通過做功使空氣的內(nèi)能增加的 B．汽油機(jī)點(diǎn)火裝置的開關(guān)始終閉合，副線圈的兩端也會有高壓 C．接該變壓器的原線圈的電源必須是交流電源，否則就不能在副線圈中產(chǎn)生高壓 D．汽油機(jī)的點(diǎn)火裝置中變壓器的副線圈匝數(shù)必須遠(yuǎn)大于原線圈的匝數(shù) 9．如圖7是自動調(diào)溫式電熨斗，下列說法正確的是 (　　) 圖7 A．常溫時上下觸點(diǎn)是接觸的 B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲 C．原來溫度控制在80℃斷開電源，現(xiàn)要求60℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下調(diào)一些 D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 10．有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖8所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是 (　　) 圖8 A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻 B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻 C．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻 D．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻 11.青島奧運(yùn)會帆船賽場采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能.用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動控制.光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)(如白天)時電阻幾乎為0；照射光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大.利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開.電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示.1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接.當(dāng)勵磁線圈中電流大于50 mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點(diǎn)分離，3、4斷開；電流小于50 mA時，3、4接通.勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA. 圖10 (1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖. 蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很?。婚_關(guān)S，導(dǎo)線若干. (2)回答下列問題： ①如果勵磁線圈的電阻為200 Ω，勵磁線圈允許加的最大電壓為__________V，保護(hù)電阻R2的阻值范圍為__________Ω. ②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?為此，電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明. ③任意舉出一個其它的電磁鐵應(yīng)用的例子. 三、計(jì)算題(每小題10分，共40分) 12．如圖12所示，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直.線圈匝數(shù)n＝40，電阻r＝0.1 Ω，長l2＝0.05 m，寬l2＝0.04 m，角速度ω＝100 rad/s，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2 T．線圈兩端外接電阻R＝9.9 Ω的用電器和一個交流電流表.求： 圖12 (1)線圈中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢； (2)電流表的讀數(shù)； (3)用電器上消耗的電功率. 13．有條河流，流量Q＝2 m3/s，落差h＝5 m，現(xiàn)利用其發(fā)電，若發(fā)電機(jī)總效率為50%，輸出電壓為240 V，輸電線總電阻R＝30 Ω，允許損失功率為輸出功率的6%，為滿足用電的需求，則該輸電線路所使用的理想的升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少？能使多少盞“220 V,100 W”的電燈正常發(fā)光？(g取10 N/kg) 14．用如圖14所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器.用兩根相同的輕彈簧夾著一個質(zhì)量為2.0 kg的滑塊，滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出.現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后，汽車靜止時，傳感器a、b的示數(shù)均為10 N(取g＝10 m/s2). 圖14 (1)若傳感器a的示數(shù)為14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時汽車的加速度大小和方向. (2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動時，傳感器a的示數(shù)為零. 16．如圖15所示是一種懸球式加速度儀，它可以用來測定沿水平軌道運(yùn)動的列車的加速度，金屬球的質(zhì)量為m，它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn)，AB是一根長為L的均勻電阻絲，其阻值為R，金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計(jì)，電阻絲的中心C焊接一根導(dǎo)線，從O點(diǎn)也引出一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個電壓表V，(金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì)).圖中虛線OC與AB垂直，且OC＝h，電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上，整個裝置固定在列車中使AB沿前進(jìn)的方向.列車靜止時金屬絲呈豎直狀態(tài)，當(dāng)列車加速或減速前進(jìn)時，金屬絲將偏離豎直方向，從電壓表V的讀數(shù)變化可以測出加速度的大小. 圖15 (1)當(dāng)列車向右做勻加速直線運(yùn)動時，試導(dǎo)出加速度a與電壓表讀數(shù)為U′的關(guān)系式(用U′、U、L、h及重力加速度g等表示). (2)用導(dǎo)出的a與U′的關(guān)系式說明表盤上a的刻度是否均勻？ 單元綜合測試十(交變電流　傳感器) 1．轉(zhuǎn)速加倍則ω＝2πn也加倍，電流的最大值Im也加倍故i＝2Imsin2ωt選項(xiàng)A正確. 答案：A 2．由電抗和電容對交變電流的作用可知，A、C、D正確. 答案：ACD 3．對變壓器，由＝可得Uab＝220 V；對滑動變阻器來說，當(dāng)gh間接上電壓時，ef間電壓Uef＝110 V，故B選項(xiàng)正確. 答案：B 4．t1、t3時刻線圈中的磁通量為零，但變化率最大，感應(yīng)電動勢最大；而磁通最大時，變化 率為零，感應(yīng)電動勢為零，當(dāng)磁通量最大時，電動勢E換向，故CD對. 答案：CD 5．用電器的額定電流為：I＝＝A＝50 A，輸電線上消耗功率P線＝I2R＝5020.4 W＝1000 W＝1 kW.所以若采用超導(dǎo)材料則線路上的損耗將被節(jié)約. 答案：A 6．理想變壓器輸入電壓不變，則輸出電壓不變，故表V1，V2示數(shù)不變；滑片P向上移，使負(fù)載電阻增大，因而，副線圈中的電流I2減小，由于電壓比不變，故原線圈中的電流也將減??；輸出功率P出＝U2I2減小，P入＝P出，因而輸入功率也將減小. 答案：C 7.本題考查含容電路部分知識，意在考查考生對含容電路的處理能力.電源的電動勢一定大于擊穿電壓U，電容器所帶的最大電荷量為CU，閃光燈閃光時電容器兩端電壓減小，電容器的電荷量減小，在一個閃光周期內(nèi)電容器上電荷變化量為零，則通過電阻的電荷量等于通過閃光燈的電荷量，D正確. 答案：D 8．汽車柴油機(jī)壓縮汽缸內(nèi)空氣，實(shí)際上是活塞對氣體做功使其內(nèi)能增加，當(dāng)溫度升高到一定溫度時，柴油著火燃燒.汽油機(jī)是借助于變壓器在通入原線圈中電壓(12 V)斷電時產(chǎn)生變化的磁通量從而在副線圈中產(chǎn)生瞬時高壓(10000 V)，而達(dá)到產(chǎn)生火花的目的，所以電源可以是直流，且副線圈匝數(shù)要遠(yuǎn)大于原線圈匝數(shù)，故A、D正確. 答案：AD 9．雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層金屬，常溫下，彈性銅片和雙金屬片觸點(diǎn)是接觸的，通電后，電熱絲發(fā)熱(題圖螺旋狀部分)，當(dāng)溫度升高到某一值時，雙金屬片上層的金屬受熱膨脹，形變量大于下層金屬，雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，切斷電路；隨著溫度的降低，當(dāng)降到某一溫度時，雙金屬片收縮恢復(fù)原狀，兩觸點(diǎn)又接觸接通電路. 調(diào)溫旋鈕下壓彈性銅片，可使觸點(diǎn)分離的溫度升高，上提彈性銅片，可降低觸點(diǎn)的分離溫度，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)溫控制. 答案：ABD 10．根據(jù)熱敏電阻、光敏電阻的特點(diǎn)和歐姆表的工作原理可判斷A、C正確，B、D錯誤. 答案：AC 11． (1)天黑時，光線減弱，光敏電阻RG變大，A端輸入低電壓信號，Y輸出高壓信號，J得到高壓，開始控制路燈工作.(2)如果路燈開關(guān)自動接通時天色還比較亮，應(yīng)將R調(diào)大，A端輸入電壓較高，只有當(dāng)天色較黑時，RG的電阻變大，A的電壓降低，Y端的電壓升高，J得到高壓，開始控制路燈工作. 答案：(1)大　低　高　(2)大 12.本題主要考查傳感器的應(yīng)用、電路設(shè)計(jì)、是一道開放式的好題，意在考查考生提取信息和運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力.電磁繼電器分為控制電路和工作電路兩部分.根據(jù)光敏電阻的特性，可知光敏電阻應(yīng)串聯(lián)在控制電路中，為了保護(hù)勵磁線圈，保護(hù)電阻也應(yīng)該串聯(lián)在控制電路中.燈泡連入工作電路.因?yàn)閯畲啪€圈允許的最大電流Im＝0.1 A，所以勵磁線圈兩端允許的最大電壓Um＝ImR＝20 V；保護(hù)電阻的最小值R21＝－R線＝160 Ω，最大值R22＝－R線＝520 Ω. 答案：(1)如圖11所示.　(2)①20　160～520?、诎延|點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合時，3、4之間斷開?、垭姶牌鹬貦C(jī) 13．解析：(1)Em＝nBωS＝nBωl1l2＝1.6 V. (2)Im＝＝0.16 A，電流表讀數(shù)為有效值 I＝＝0.11 A. (3)P＝I2R＝0.12 W. 答案：(1)1.6 V　(2)0.11 A　(3)0.12 W 14．解析：設(shè)水的密度為ρ 電源端：P輸出＝mgh/t50%＝Qρgh0.5 ＝211031050.5 W＝5104 W 輸出電壓U0＝240 V；輸送電路如圖所示. 為滿足輸電要求，據(jù)ΔP損＝IR 有I送＝＝＝A ＝10A，則送電電壓為U送＝＝V ＝5103 V 所以升壓變壓器的變壓比為 n1∶n2＝U0∶U送＝240/(5103)＝6∶125 輸電線電壓損失ΔU損＝I送R＝1030 V＝300 V， 用戶端：U1＝U送－ΔU損＝5103V－300V＝4700V，據(jù)題意可知U2＝220 V，所以降壓變壓器的匝數(shù)比為n1′∶n2′＝U1∶U2＝4700/220＝235∶11.因?yàn)槔硐胱儔浩鳑]有能量損失，所以可正常發(fā)光的電燈盞數(shù)為 N＝＝(盞) ＝470(盞). 15．解析：(1)開始彈簧壓縮，當(dāng)汽車加速運(yùn)動時，a示數(shù)變大而b示數(shù)變小，車的加速度向右，則 Fa－Fb＝ma得 a＝＝4.0 m/s2. (2)當(dāng)a的示數(shù)為零時，b的示數(shù)Fb′＝20 N，對車有Fb′＝ma 所以a＝＝10 m/s2，向左. 答案：(1)4.0 m/s2　向右　(2)10 m/s2　向左 16．解析：(1)設(shè)列車加速度為a時，小球偏離豎直方向θ角，此時小球受力情況如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律得 mgtanθ＝ma① 因?yàn)閠anθ＝② 由①②兩式得a＝g③ 又設(shè)列車加速度為a時，電壓表讀數(shù)為U′， ＝＝④ 由④得DC＝U′L/U⑤ 將⑤代入③得a＝g⑥ (2)由⑥式可知，g、L、U、h均為常數(shù)，則列車加速度a與電壓表讀數(shù)U′成正比，可將電壓表上刻度一一對應(yīng)地改成加速度a的數(shù)值，因而可知表盤上加速度a的刻度與電壓刻度一樣是均勻的. 答案：(1)a＝g　(2)均勻