交變電流與傳感器測試題

■河南省安陽市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 段紅新

交變電流與傳感器測試題

■河南省安陽市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 段紅新

1.一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e= 220sin100πtV,則( )。

A.t=0時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢為2202V

B.t=0時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢為220V

C.交流電動(dòng)勢的最大值是220V

D.交流電動(dòng)勢的最大值是2202V

2.在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖1甲所示。產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖1乙所示,則( )。

圖1

A.t=0.005s時(shí)線框的磁通量變化率為零

B.t=0.01s時(shí)線框平面與中性面重合

C.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的有效值為311V

D.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的頻率為100H z

圖2

3.如圖2所示是一自耦變壓器,保持電阻R'和輸入電壓不變,以下說法正確的是( )。

A.滑片P向b端移動(dòng),滑片Q向下移動(dòng),電流表示數(shù)減小

B.滑片P不動(dòng),滑片Q向上移動(dòng),電流表示數(shù)不變

C.滑片P向b端移動(dòng),滑片Q不動(dòng),電壓表示數(shù)增大

D.滑片P不動(dòng),滑片Q向上移動(dòng)或向下移動(dòng),電壓表示數(shù)始終不變

圖3

4.如圖3所示,理想變壓器原線圈接有交流電源,當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時(shí),燈泡L能發(fā)光。要使燈泡變亮,可以采取的方法有( )。

A.向下移動(dòng)滑片P

B.增大交流電源的電壓

C.增大交流電源的頻率

D.減小電容器的電容C

5.如圖4甲所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=5∶1,定值電阻R=20Ω, L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡,S1為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦式交變電源,輸入電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖4乙所示。現(xiàn)將開關(guān)S1接1、S2閉合,此時(shí)小燈泡L2正常發(fā)光。下列說法正確的是( )。

圖4

B.若只斷開開關(guān)S2,則小燈泡L1、L2均正常發(fā)光

C.若只斷開開關(guān)S2,則原線圈的輸入功率增大

D.若將開關(guān)S1換接到2,則電阻R消耗的電功率為0.8W

6.如圖5所示的電路是演示自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)時(shí),先閉合開關(guān)S,穩(wěn)定后設(shè)通過線圈L的電流為I1,通過小燈泡L的電流為I1,小燈泡處于正常發(fā)光狀態(tài)。迅速斷開開關(guān)S,則可觀察到小燈泡閃亮一下后熄滅,在小燈泡閃亮的短暫過程中( )。

圖5

A.線圈L中電流I1逐漸減為零

B.線圈L的a端電勢高于b端

C.小燈泡中電流由I1逐漸減為零,方向與I2相反

D.小燈泡中電流由I2逐漸減為零,方向不變

7.原始的電話機(jī)將聽筒和話筒串聯(lián)成一個(gè)電路,當(dāng)自己對(duì)著話筒講話時(shí),會(huì)從聽筒中聽到自己的聲音,導(dǎo)致聽覺疲勞而影響通話。現(xiàn)代的電話機(jī)將聽筒電路與話筒電路分開,電路原理示意圖如圖6所示,圖中線圈Ⅰ與線圈Ⅱ的匝數(shù)相等,定值電阻R0= 1.2k Ω,R=3.6k Ω,Rx為可變電阻。當(dāng)可變電阻Rx調(diào)到某一值時(shí),從聽筒中就聽不到話筒傳出的聲音了,這時(shí)可變電阻Rx的值為( )。

圖6

A.1.2k Ω B.1.8k Ω

C.2.4k Ω D.3.6k Ω

8.某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定,它發(fā)出的電先通過發(fā)電站附近的升壓變壓器升壓,再用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處村寨附近的降壓變壓器,經(jīng)降低電壓后,用輸電線路接到各用戶。設(shè)兩變壓器都是理想變壓器,那么在用電高峰期,白熾燈不夠亮,但用電總功率增加,這時(shí)( )。

①升壓變壓器的副線圈的電壓變大

②高壓輸電線路的電壓損失變大

③降壓變壓器的副線圈的電壓變大

④降壓變壓器到各用戶的輸電線路的電壓損失變大

A.①② B.②③

C.③④ D.②④

9.如圖7所示,單匝正方形金屬線框abcd一半處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2T的水平有界勻強(qiáng)磁場中(圖中虛線O O'的左側(cè)有垂直于紙面向里的磁場)。線框在外力作用下恰好繞與其中心線O O'重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω=100r ad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線框在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,在ab、cd邊的中點(diǎn)P、Q連接右側(cè)電路將電流輸送給小燈泡。線框的邊長L=50cm,總電阻r=8Ω,小燈泡的電阻R=4Ω,不計(jì)P、Q的接觸電阻及導(dǎo)線電阻。求:

圖7

(1)從圖示位置開始計(jì)時(shí),在線框轉(zhuǎn)過90°的過程中,穿過線框的磁通量的變化量。

(2)在線框持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,電壓表的示數(shù)。

(3)把小燈泡換成如圖7乙所示的裝置,平行金屬板的上下極板分別接入電路,極板長度為l,極板間距為d,距離極板右端為D的位置安放一豎直擋板,已知l=d=D= 2cm。從金屬板正中間可以連續(xù)不斷地射入速度v0=2×106m/s的電子,電子的比荷為1.76×1011C/kg,忽略電子的重力,電子通過極板的時(shí)間極短,可認(rèn)為此過程中極板間電壓不變。那么至少多長的擋板能擋住從極板右端射出的所有電子?

10.如圖8甲所示,一個(gè)矩形線框的ab、cd邊長為L1,ad、bc邊長為L2,線框的匝數(shù)為N,線框處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,并以O(shè) O'為中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(O O'與磁場方向垂直,線框電阻不計(jì)),線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。若從線框位于中性面時(shí)開始計(jì)時(shí),請(qǐng)回答下列問題:

(1)請(qǐng)用法拉第電磁感應(yīng)定律證明該線框產(chǎn)生的是正弦式交變電流。

(2)將該線框產(chǎn)生的交變電流通入電阻為R的電動(dòng)機(jī)時(shí),電動(dòng)機(jī)中的電流有效值為I,請(qǐng)計(jì)算該電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率(其他損耗不計(jì))。

(3)如圖8乙所示,用此電動(dòng)機(jī)將置于豎直固定光滑U型金屬框架上的水平導(dǎo)體棒E F從靜止開始向上拉。已知導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m,U型金屬框架寬為L且足夠長,內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,導(dǎo)體棒上升高度為h時(shí),經(jīng)歷的時(shí)間為t,且此時(shí)導(dǎo)體棒剛開始勻速上升,導(dǎo)體棒的有效電阻為R0,金屬框架的總電阻不計(jì),導(dǎo)體棒與金屬框架接觸良好。請(qǐng)計(jì)算:

圖8

①導(dǎo)體棒勻速上升時(shí)的速度和已知量的關(guān)系。

②若t時(shí)刻導(dǎo)體棒的速度為v0,求t時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒與金屬框架產(chǎn)生的焦耳熱。

11.如圖9所示,一理想變壓器原線圈的輸入電壓U1=3300V,副線圈的輸出電壓U2=220V,繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表的示數(shù)U0=2V,則:

圖9

(1)變壓器原、副線圈的匝數(shù)各是多少?

(2)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),電流表A2的示數(shù)I2=5A,那么電流表A1的示數(shù)是多少?

(3)當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),電流表A2的示數(shù)將如何變化?電流表A1的示數(shù)如何變化?

圖10

12.如圖10所示是一種懸球式加速度儀的原理圖,它可以用來測定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車的加速度。金屬絲的下端系著一顆質(zhì)量為m的金屬球,金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn),AB是一根長為L的粗細(xì)均勻的電阻絲,其總阻值為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)引出一根導(dǎo)線,兩導(dǎo)線間接入一個(gè)電壓表(金屬絲和導(dǎo)線的電阻均不計(jì))。圖中虛線O C與AB垂直,且O、C兩點(diǎn)間的距離為h,電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上,整個(gè)裝置固定在列車中使AB沿列車前進(jìn)的方向。當(dāng)列車靜止時(shí),金屬絲呈豎直狀態(tài);當(dāng)列車加速或減速前進(jìn)時(shí),金屬絲將偏離豎直方向,從電壓表的讀數(shù)變化情況可以測出列車加速度的大小。

(1)當(dāng)列車向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),試導(dǎo)出列車加速度a與電壓表讀數(shù)U'的關(guān)系式(用U'、U、L、h及重力加速度g等表示)。

(2)若將電壓表的表盤換成直接表示加速度大小的表盤,請(qǐng)用導(dǎo)出的a與U'的關(guān)系式說明換后的表盤上的刻度是否均勻。

1.C提示:根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式可知其最大值,代入時(shí)間t即可求得瞬時(shí)值。當(dāng)t=0時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢e=0,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。由e=Emaxs i nω t可知,交變電動(dòng)勢的最大值為220V,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。

2.B 提示:由e-t圖像易知特殊時(shí)刻的電動(dòng)勢,根據(jù)電動(dòng)勢的特點(diǎn)可判定線框平面處于哪個(gè)位置,由e-t圖像還易知電動(dòng)勢的峰值和周期,根據(jù)有效值和峰值的關(guān)系便可求得電動(dòng)勢的有效值。由e-t圖像得t=0.005s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大,則穿過線框回路的磁通量變化率最大,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。t=0.01s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為零,線框平面與磁場方向垂直,即線框平面與中性面重合,故選項(xiàng)B正確。根據(jù)正弦式交變電動(dòng)勢有效值和峰值的關(guān)系得該交變電動(dòng)勢的有效值故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由e-t圖像知T=0.02s,故頻率H z,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

3.A D 提示:當(dāng)滑片P向b端移動(dòng)時(shí),輸出電壓減小,當(dāng)滑片Q向下移動(dòng)時(shí),負(fù)載電阻增大,故輸出功率減小,輸入功率也就減小,電流表的示數(shù)減小,選項(xiàng)A正確。滑片P不動(dòng),則輸出電壓不變,滑片Q向上移動(dòng),負(fù)載電阻變化,電流表示數(shù)變化,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。當(dāng)滑片P向b端移動(dòng)時(shí),輸出電壓減小,滑片Q不動(dòng),則負(fù)載電阻不變,電壓表示數(shù)減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。滑片P不動(dòng),則輸出電壓不變,電壓表測的是輸出電壓,示數(shù)不變,選項(xiàng)D正確。

4.B C提示:根據(jù)變壓器的變壓比關(guān)系可知,增大交流電源的電壓,輸出電壓U2增大,燈泡兩端分得的電壓增大,燈泡變亮。根據(jù)電容器的容抗與頻率的關(guān)系可知,增大交流電源的頻率,容抗減小,燈泡兩端分得的電壓增大,燈泡變亮。向下移動(dòng)滑片P,輸出電壓U2減小;減小電容器的電容C,容抗增大。這兩種方法都不能使燈泡變亮。

5.A D 提示:由u-t圖像可知,Umax= 20V,T=0.02s,則=100πr ad/s,輸入電壓u=202s i n100πtV,選項(xiàng)A正確。由理想變壓器的變壓比關(guān)系故。將開關(guān)S1接1、S2閉合時(shí),小燈泡L2正常發(fā)光,則小燈泡L2的額定電壓為4V。若只斷開開關(guān)S2,則副線圈兩端電壓不變,此時(shí)副線圈的負(fù)載為小燈泡L1、L2串聯(lián),故小燈泡L1、L2均不能正常發(fā)光,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。此時(shí)副線圈負(fù)載R總增大,由可知,P出減小,又有P入=P出,所以原線圈的輸入功率減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。若將開關(guān)S1換接到2,則副線圈的負(fù)載僅是電阻R,故=0.8W,選項(xiàng)D正確。

6.A C提示:當(dāng)小燈泡處于正常發(fā)光狀態(tài),迅速斷開開關(guān)S時(shí),小燈泡中原來的電流突然減小到零,線圈中的電流開始減小,磁通量減小產(chǎn)生自感現(xiàn)象,根據(jù)楞次定律可以分析線圈中電流的變化和電勢高低。迅速斷開開關(guān)S時(shí),線圈中電流開始減小,磁通量減小產(chǎn)生自感電動(dòng)勢,阻礙電流的減小,則線圈中電流I1逐漸減小為零,故選項(xiàng)A正確。迅速斷開開關(guān)S時(shí),線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢,相當(dāng)于電源,b端相當(dāng)于正極,a端相當(dāng)于負(fù)極,b端電勢高于a端,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。迅速斷開開關(guān)S時(shí),小燈泡中原來的電流I2突然減小到零,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流流過小燈泡,小燈泡中的電流由I1逐漸減為零,方向與I2相反,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。

7.B

8.D 提示:將發(fā)電站的電能遠(yuǎn)距離輸送時(shí),由于輸電線的電阻而導(dǎo)致電壓損失,從而使得用戶得到的電壓減小。在用電高峰期,降壓變壓器副線圈的電流變大,導(dǎo)致原線圈的電流也增大,則原線圈的輸入功率變大。由于升壓變壓器的輸入電壓不變,原、副線圈的匝數(shù)不變,則副線圈的電壓不變,故①錯(cuò)誤。在用電高峰期,降壓變壓器的輸出功率增大,導(dǎo)致降壓變壓器的輸入電流變大,所以高壓輸電線路的電壓損失變大,降壓變壓器原、副線圈的電壓均變小,故②正確,③錯(cuò)誤。因?yàn)榻祲鹤儔浩鞲本€圈的電流變大,所以降壓變壓器到各用戶的輸電線路的電壓損失變大,故④正確。

10.(1)證明：線框的ab或cd邊切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢e1=B L1v⊥=B L1vs i nω t,線框的ab或cd邊的線速度因此e1=因?yàn)榫€框的ab、cd兩邊均切割磁感線,且有N匝,所以e=2Ne1= NB L1L2ωs i nω t,即e=Emaxs i nω t,其中Emax=NB L1L2ω。顯然該線框產(chǎn)生的是正弦式交變電流。(2)根據(jù)能量守恒定律得電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率P機(jī)=P入-PQ=U II2R,U是電壓的有效值。電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí),輸入功率電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率(3)①當(dāng)電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)導(dǎo)體棒勻速上升時(shí),電動(dòng)機(jī)的牽引力與導(dǎo)體棒的重力和安培力的合力是一對(duì)平衡力,如圖11所示。由平衡條件得F=B0I L+m g。又I=②在導(dǎo)體棒從靜止到剛勻速上升的過程中,電動(dòng)機(jī)的牽引力做正功,安培力和重力做負(fù)功,由動(dòng)能定理得P機(jī)t-W-導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于導(dǎo)體棒與金屬框架產(chǎn)生的焦耳熱,即Q=W。

圖11

12.(1)設(shè)列車的加速度為a時(shí),金屬球偏離豎直方向的角度為θ,金屬球的受力情況如圖12所示,由牛頓第二定律得m gt anθ=m a,由幾何關(guān)系得,解得。由串聯(lián)電路分壓關(guān)系

圖12

(責(zé)任編輯 張 巧)