2020届高考物理一轮复习第11单元交变电流传感器听课正文.docx

交变电流 传感器高考热点统计要求2015年2016年2017年2018年高考基础要求及冷点统计交变电流、交变电流的图像16远距离输电()远距离输电涉及问题较为复杂,属于高考冷点.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值1616161916理想变压器16161619考情分析交变电流是电磁感应现象的应用,高考着重考查的知识点有:交变电流的产生、交变电流的图像及表述(峰值、有效值、瞬时值)、理想变压器原理及远距离输电,理想变压器电路中原、副线圈各物理量之间的制约关系是复习重点.第28讲交变电流的产生及描述一、交变电流1.定义:随时间做周期性变化的电流.2.图像:如图28-1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,如图(a)所示.图28-1二、描述交变电流的物理量1.峰值:Em=(n:线圈的匝数;S:线圈处于磁场中的有效面积;:线圈转动的角速度;B:磁场的磁感应强度).2.瞬时值:反映某一时刻交变电流的和.3.有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流值,即让交流电和直流电通过相同阻值的电阻,如果在相同时间内产生的相等,则直流电的数值就是交流电的有效值.4.平均值:用法拉第电磁感应定律E=求解.【辨别明理】(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,一定会产生正弦式交变电流.()(2)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动经过中性面时,线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变.()(3)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值.()(4)交变电流的峰值总是有效值的2倍.()(5)线圈经过垂直于中性面的位置时,磁通量为0,磁通量的变化率为0.()(6)可以用平均值计算交变电流产生的热量.()考点一交变电流的产生及规律正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量=mcos t=BScos t电动势e=Emsin t=nBSsin t电压u=Umsin t=REmR+rsin t电流i=Imsin t=EmR+rsin t例1 图28-2甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与R=10 的电阻连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电压表,示数是10 V.图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图像,则()图28-2A.电阻R上的电功率为20 WB.t=0.02 s时,R两端的电压瞬时值为零C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos 100t(V)D.通过R的电流i随时间t变化的规律是i=14.1cos 50t(A)图28-3变式题 (多选)2018湖南模拟 如图28-3所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,其在同一磁场中匀速转动过程中所产生正弦交流电的图像如图线b所示.以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为32C.交流电a电压的瞬时值表达式为u=10sin 5t(V)D.交流电b电压的最大值为203 V 要点总结(1)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次.(2)交变电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关.考点二交变电流“四值”的理解和应用物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e=Emsin ti=Imsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em=nBSIm=EmR+r讨论电容器的击穿电压 有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值用于正(余)弦式电流:E=Em2 U=Um2I=Im2(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值E=nI=ER+r计算通过导线截面的电荷量例2 人教版选修3-2改编 阻值为1 的电阻上通以交变电流,其i-t关系如图28-4所示,则在01 s内电阻上产生的热量为()图28-4A.1 JB.1.5 JC.2 JD.2.8 J图28-5变式题 2018全国卷 一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图28-5所示.则Q方Q正等于()A.12B.21C.12D.21 要点总结(1)明确交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的意义,有效值是与交变电流的热效应等效的恒定电流值,一般情况下交流电的电压、电流指的是有效值,电容器的击穿电压应大于交流电的峰值;(2)计算线圈某时刻的受力情况时应使用电流的瞬时值;计算电功、电功率、电热等与电流的热效应有关的量时应使用有效值,保险丝的熔断电流为有效值;计算通过导线截面的电荷量时应使用电流在一段时间内的平均值.考点三特殊交变电流的有效值计算例3 图28-6为交变电流随时间变化的图像,则交变电流有效值为()图28-6A.52 AB.5 AC.722 AD.3.5 A 题根分析本题通过矩形波交流电有效值的计算,考查了对有效值定义的理解和计算方法,交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的,所以进行有效值计算时,要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算.注意“三同”:即“相同电阻”,“相同时间”内产生“相同热量”.计算时“相同时间”要取周期的整数倍,一般取一个周期. 变式网络变式题1 正弦式交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的.线圈中感应电动势随时间变化的规律如图28-7所示,则此感应电动势的有效值为V.图28-7变式题2 一电压u随时间t的变化情况如图28-8所示,求电压的有效值.图28-8变式题3 家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可调,比过去用变压器调压方便且体积小.某电子调光灯经调整后电压波形如图28-9所示,求灯泡两端的电压的有效值.图28-9完成课时作业(二十八)第29讲变压器远距离输电一、变压器1.变压器的构造:变压器由原线圈、副线圈和闭合组成.2.理想变压器:不考虑铜损(线圈电阻产生的热量)、铁损(涡流产生的热量)和漏磁的变压器,即理想变压器原、副线圈的电阻均为,变压器的输入功率和相等.3.基本关系(1)功率关系:;(2)电压关系:;(3)电流关系:.二、远距离输电1.输电导线上的能量损失:输电线的电阻R发热产生热量,表达式为.2.减小输电线电能损失的主要途径:(1)减小输电线的;(2)采用输电.3.高压输电过程:如图29-1所示.图29-1(1)输电线电压损失:U=;(2)输电线功率损失:P=.【辨别明理】(1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用.()(2)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率.()(3)正常工作的变压器,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压.()(4)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小.()(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失.()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗.()考点一理想变压器基本关系功率关系P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比:U1U2=n1n2电流关系只有一个副线圈时,电流和匝数成反比:I1I2=n2n1频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1例1 2017北京卷 如图29-2所示,理想变压器的原线圈接在u=2202sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是 ()图29-2A.原线圈的输入功率为2202 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为1102 VD.副线圈输出交流电的周期为50 s变式题 (多选)2018武汉联考 如图29-3甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为31,L1、L2、L3为三只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,输入端接入如图乙所示的交变电压,则以下说法中正确的是()图29-3A.电流表的示数为2 AB.电压表的示数为272 VC.副线圈两端接入耐压值为8 V的电容器能正常工作D.变压器副线圈中交变电流的频率为50 Hz考点二变压器电路的动态分析常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种:匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况.匝数比不变的情况负载电阻不变的情况(1)U1不变,根据U1U2=n1n2,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2都不变.(2)当负载电阻发生变化时,I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化.(3)I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化.(1)U1不变,n1n2发生变化,U2变化.(2)R不变,U2变化,I2发生变化.(3)根据P2=U22R和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化.例2 2016天津卷 如图29-4所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是()图29-4A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大图29-5变式题 2018唐山统考 如图29-5所示,理想变压器的原、副线圈分别接理想电流表A、理想电压表V,副线圈上通过输电线接有一个灯泡L、一个电吹风M,输电线的等效电阻为R,副线圈匝数可以通过调节滑片P改变.S断开时,灯泡L正常发光,滑片P位置不动,当S闭合时,以下说法正确的是()A.电压表读数增大B.电流表读数减小C.等效电阻R两端电压增大D.为使灯泡L正常发光,滑片P应向下滑动考点三远距离输电问题远距离输电问题的“三、二、一”(1)理清三个回路在回路2中,U2=U+U3,I2=I线=I3.图29-6(2)抓住两个联系理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得,线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是U1U2=n1n2,I1I2=n2n1,P1=P2.理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得,线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是U3U4=n3n4,I3I4=n4n3,P3=P4.(3)掌握一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4.例3 图29-7为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin t的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为()图29-7A.n1n2Um24rB.n2n1Um24rC.4n1n22PUm2rD.4n2n12PUm2r变式题 2018江苏卷 采用220 kV高压向远方的城市输电.当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,输电电压应变为()A.55 kVB.110 kVC.440 kVD.880 kV 要点总结输电线路功率损失的计算方法(1)P损=P-P,P为输送的功率,P为用户得到的功率.(2)P损=R线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻.(3)P损=,U为输电线路上损失的电压,不要与U2、U3相混.(4)P损=UI线.考点四特殊变压器的问题考向一自耦变压器图29-8例4 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29-8所示,其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1900匝,原线圈为1100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 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,且变压器是理想变压器,则U2和I1分别约为()A.380 V和5.3 AB.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 AD.240 V和9.1 A考向二互感器例5 L1和L2是高压输电的两条输电线,现要通过变压器测量L1和L2之间的电压,图29-9的四种电路连接正确的是()图29-9考向三副线圈含二极管的变压器例6 2018西安八校联考 如图29-10所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=225,电阻R1=R2=25 ,D为理想二极管,原线圈接u=2202sin 100t(V)的交流电,则()图29-10A.交流电的频率为100 HzB.通过R2的电流为1 AC.通过R2的电流为2 AD.变压器的输入功率为200 W完成课时作业(二十九)实验十二传感器的简单应用一、实验目的1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性.2.了解传感器的简单应用.二、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等.三、实验原理1.闭合电路的欧姆定律.2.应用多用电表的“欧姆挡”进行测量和观察.四、实验步骤(一)研究热敏电阻的热敏特性图S12-11.按图S12-1所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理.2.把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数.3.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值.4.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录.(二)研究光敏电阻的光敏特性图S12-21.将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图S12-2所示连接好电路,其中多用电表置于“欧姆挡”.2.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据.3.打开光源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录.4.用手掌(或黑纸)遮光时观察表盘指针显示的电阻值,并记录.五、数据处理(一)研究热敏电阻的热敏特性在图S12-3的坐标系中粗略画出热敏电图S12-3阻的阻值随温度变化的图线.实验结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大,半导体热敏电阻也可以用作温度传感器.(二)研究光敏电阻的光敏特性根据记录数据分析光敏电阻的特性.实验结论:光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.六、注意事项1.在做热敏实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温,温度测量存在误差.2.光敏实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光强度,电阻值改变不明显易造成误差.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零,测电阻时读数存在误差.热点一热敏电阻的理解及应用例1 2018全国卷 某实验小组利用如图S12-4甲所示的电路探究在2580 范围内某热敏电阻的温度特性.所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 时的阻值)为900.0 ;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表V(量程150 mV):定值电阻R0(阻值20.0 ),滑动变阻器R1(最大阻值为1000 );电阻箱R2(阻值范围0999.9 );单刀开关S1,单刀双掷开关S2.实验时,先按图甲连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ,将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数.逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 .实验得到的R2-t数据见下表.t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题:(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到(选填“a”或“b”)端;(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线;(3)由图乙可得到RT在2580 范围内的温度特性.当t=44.0 时,可得RT=;(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数为,则手心温度为.图S12-4变式题 2017江苏卷 某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图S12-5所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA 时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约20 ,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图S12-5(1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2 (6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干.为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制,电源E应选用(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用(选填“R1”或“R2”).(2)实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图S12-6所示的选择开关旋至(选填“A”“B”“C”或“D”).图S12-6(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查.在图中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b 时指针(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c 时指针(选填“偏转”或“不偏转”).(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是(填写各步骤前的序号).将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关,将电阻箱从电路中移除合上开关,调节滑动变阻器的阻值断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 热点二光敏电阻传感器的应用例2 为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据,请在图S12-7的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点.图S12-7(2)如图S12-8所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)图S12-8提供的器材如下:光敏电阻R(符号);直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻:R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干.变式题 一台臭氧发生器P的电阻为10 k,当供电电压等于24 V时能正常工作,否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧,拟用一个光敏电阻R1对它进行控制,R1的阻值在有光照时为100 ,黑暗时为1000 ,允许通过的最大电流为3 mA;电源E的电压为36 V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0100 ,允许通过的最大电流为0.4 A;还有一个开关S和导线若干.臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图S12-9所示.图S12-9设计一个满足上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内).热点三力学传感器的理解及应用传感器的一般应用模式:由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理.(如图S12-10所示)图S12-10工作过程:敏感元件将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量,如下.非电学物理量敏感元件转换器件转换电路电学量输出例3 某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图S12-11所示.测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.请完成对该物体质量的测量:(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使调节范围尽可能大,在虚线框中画出完整的测量电路图.(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.图S12-11变式题 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小.若图S12-12甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线,其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力作用下的电阻值RF.请按要求完成下列问题.图S12-12(1)设计一个可以测量处于压力作用下的该压敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所加压力已给出,待测压力大小为0.4102 N0.8102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响),要求误差较小,提供的器材如下:A.压敏电阻(无压力时阻值R0=6000 );B.滑动变阻器R(总阻值约为200 );C.电流表A(量程02.5 mA,内阻约为30 );D.电压表V(量程03 V,内阻约为3 k)E.直流电源E(电动势为3 V,内阻很小);F.开关S,导线若干.(2)正确接线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图丙所示,则电压表的读数为 V.(3)此时压敏电阻的阻值为 ;结合图甲可知待测压力的大小F= N.(结果均保留两位有效数字)1.(多选)2018聊城模拟 如图S12-13所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻.当照射光强度增大时()图S12-13A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大2.如图S12-14所示为某电容传声器结构示意图,膜片和极板组成一个电容器,当人对着传声器讲话时,膜片会振动.若某次膜片振动时,膜片与极板距离减小,则在此过程中()图S12-14A.膜片与极板所组成的电容器的电容变小B.极板的带电荷量增大C.膜片与极板间的电场强度变小D.电阻R中无电流通过3.(多选)传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件.如图S12-15所示,图乙、图丙中是两种常见的电容式传感器的示意图,现将图乙、图丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏),下列实验现象中正确的是()图S12-15A.当乙传感器接入电路进行实验时,若F变小,则电流表指针向右偏转B.当乙传感器接入电路进行实验时,若F变大,则电流表指针向右偏转C.当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变大,则电流表指针向左偏转D.当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变小,则电流表指针向左偏转4.2016全国卷 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时,系统报警.提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 ),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000 ),滑动变阻器R2(最大阻值为2000 ),单刀双掷开关一个,导线若干.在室温下对系统进行调节,已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在60 时阻值为650.0 .(1)完成图S12-16中待调节的报警系统原理电路图的连线.图S12-16(2)电路中应选用滑动变阻器(选填“R1”或“R2”).(3)按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 ;滑动变阻器的滑片应置于(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是.将开关向(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至.(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.5.某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如图S12-17所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应,已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:图S12-17A.电源E(电动势3 V,内阻约为1 )B.电流表A1(量程00.6 A,内阻r1=5 )C.电流表A2(量程00.6 A,内阻r21 )D.定值电阻R0=5 E.开关S,导线若干(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值,请完成虚线框内电路图的设计.(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得Rx=.(用字母表示)(3)改变力的大小,得到不同的Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的Rx值,最后绘成的图像如图S12-18所示.除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外,还可以得到的结论是.当F竖直向下时,可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx=.图S12-18第十一单元交变电流传感器第28讲交变电流的产生及描述【教材知识梳理】一、1.方向二、1.nBS2.大小方向3.热量4.n辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()【考点互动探究】考点一例1C解析 电阻R上的电功率为P=U2R=10 W,选项A错误;由图像可知,t=0.02 s时磁通量变化率最大,R两端的电压瞬时值最大,选项B错误;R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos 100t(V),选项C正确;通过R的电流i随时间t变化的规律是i=uR=1.41cos 100t(A),选项D错误.变式题BCD解析 由图像可知,t=0时刻线圈均在中性面,穿过线圈的磁通量最大,A错误;由图像可知TATB=23,故nAnB=32,B正确;由图像可知,交流电a电压的最大值为10 V,角速度为=2蟺T=2蟺0.4 rad/s=5 rad/s,所以交流电a电压的瞬时值表达式为u=10sin 5t(V),C正确;交流电电压最大值Um=NBS,则UmaUmb=32,故Umb=23Uma=203 V,D正确.考点二例2D解析 电阻上产生的热量等于每段时间内产生的热量之和,由Q=I2Rt得,Q=1210.2 J+2210.3 J+2210.3 J+1210.2 J=2.8 J,D正确.变式题D解析 方波交流电的电压有效值等于u0,正弦交流电的电压有效值等于u02,由Q=t得Q方=u02RT,Q正=u022RT,所以Q方Q正=21,选项D正确.考点三例3B解析 设交变电流的有效值为I,根据有效值的定义,有I2RT=(42 A)2RT2+(32 A)2RT2,解得I=5 A,选项B正确.变式题1220解析 由有效值的定义式得31122RT22=U2RT,解得U=220 V.变式题25510 V解析 由有效值的定义式得15622RT2+31122RT2=U2RT解得U=5510 V.变式题3Um2解析 从u-t图像可看出,每个周期的前半周期是正弦图形,其有效值为U1=Um2;后半周期电压为零.根据有效值的定义,有U2RT=Um22RT2+0解得U=Um2.1.如图28-1所示,面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度匀速转动,能产生正弦式交变电动势e=BSsin t的是()图28-1解析 A线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)从中性面开始匀速转动时,产生的正弦式交变电动势为e=BSsin t,由这一原理可判断,A图中感应电动势为e=BSsin t,选项A正确;B图中的转动轴不在线圈所在平面内,C、D图中的转动轴与磁场方向平行,而不是垂直,线圈转动过程中穿过线圈的磁通量均为零且保持不变,不能产生感应电动势.2.2015四川卷 小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动,如图28-2所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压()图28-2A.峰值是e0B.峰值是2e0C.有效值是22Ne0D.有效值是2Ne0解析 D由“磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动”知线圈产生正弦交流电.矩形线圈产生感应电动势的最大值为2Ne0,又“不计线圈电阻”,故发电机输出电压的最大值等于2Ne0,有效值是最大值的12,D正确.图28-33.如图28-3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间加一正弦式交流电u=202sin 100t(V),则加在R2上的电压有效值为()A.10 VB.20 VC.15 VD.510 V解析 D电压值取正值时,即在前半个周期内,二极管电阻为零,R2上的电压等于输入电压值,电压值取负值时,即在后半周期内,二极管电阻无穷大,可看作断路,R2上的电压等于输入电压值的一半,因此可设加在R2上的电压有效值为U,根据电流的热效应,在一个周期内满足U2RT=(20V)2RT2+(10V)2RT2,解得U=510 V,选项D正确.图28-44.(多选)如图28-4所示,某玩具电磁驱动发电机可简化为在匀强磁场中的一匝闭合金属线圈,线圈平面与磁场方向垂直,磁场的磁感应强度大小为B,线圈面积为S,电阻为R.当线圈以右边为轴,由图示位置开始以恒定的角速度匀速转动时,下列叙述中正确的是()A.产生的感应电流的有效值为2BS2RB.转过30时,线圈中的电流方向为逆时针C.转过90的过程中,通过线圈导线某一横截面的电荷量为BSRD.线圈转动一周产生的热量为解析 AC线圈中产生的感应电动势最大值为Em=BS,电动势有效值为E=22Em=22BS,则电流的有效值为I=ER=,选项A正确;根据楞次定律可知,转过30时,线圈中感应电流方向为顺时针,选项B错误;由E=,I=ER,q=It,解得电荷量q=螖桅R=BSR,故选项C正确;线圈转动一周的过程中,产生的热量为Q=I2Rt=蟺蠅B2S2R,选项D错误.图28-55.如图28-5所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边长为L=10 cm的正方形线圈abcd共N=100匝,线圈电阻r=1 .线圈绕垂直于磁感线的轴OO匀速转动,转动的角速度=2 rad/s,外电路电阻R=4 .(1)求交流电压表的示数以及由图示位置转过60角时的感应电动势的值;(2)取2=10,求线圈转动一周电路产生的总热量;(3)由图示位置开始,求在线圈转过14周期的时间内通过电阻R的电荷量.答案 (1)1.76 V1.57 V(2)1 J(3)0.1 C解析 (1)感应电动势的最大值Em=NBL2=1000.50.122 V=3.14 V电流的最大值Im=EmR+r=0.63 A电流的有效值I=Im2=0.44 A交流电压表的示数U=IR=1.76 V转过60时的瞬时感应电动势e=Emcos 60=3.140.5 V=1.57 V.(2)周期T=1 s线圈转动一周产生的热量Q=I2(R+r)T联立解得Q=1 J.(3)t=14T内通过电阻R的电荷量q=It其中I=ER+r,E=N,=BL2-0联立解得q=0.1 C.第29讲变压器远距离输电【教材知识梳理】一、1.铁芯2.零输出功率3.(1)P1=P2(2)U1U2=n1n2(3)I1I2=n2n1二、1.Q=I2Rt2.(1)电阻(2)高压3.(1)U2-U3I2R(2)P2-P3I22R辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()【考点互动探究】考点一例1B解析 原线圈输入电压的有效值是220 V,由U1U2=n1n2,可得U2=110 V,则电压表读数应为110 V,选项C错误.由欧姆定律可得I2=U2R=2 A,由I1I2=n2n1,可得I1=1 A,选项B正确.由功率P1=U1I1可知,P1=220 W,选项A错误.由电源电压瞬时值表达式u=2202sin 100t (V),可知=100 rad/s,由T=可知,T=0.02 s,选项D错误.变式题AD解析 由输入端交变电压u-t图像知,输入电压的有效值为2722 V=27 V,由原、副线圈匝数之比为31,可得原、副线圈的电压之比为31,电流之比为13,设灯泡两端电压为U,所以U=9 V,副线圈两端电压的有效值为9 V,三只灯泡均能正常发光,电流表的读数I=369 A=2 A,A正确;电压表的示数为有效值27 V,B错误;副线圈两端电压的最大值为92 V,C错误;变压器副线圈两端交变电流的频率为50 Hz,D正确.考点二例2B解析 滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,总电阻也变大,而副线圈两端的电压没有变化,所以干路中的电流减小,R1消耗的功率变小,A错误;干路中的电流变小,R1两端的电压变小,并联电路的电压变大,即电压表 V示数变大,B正确;由于变压器副线圈干路中的电流变小,所以原线圈中的电流变小,即电流表A1的示数变小,C错误;闭合开关S后,并联电路的阻值变小,总电阻也变小,干路中的电流变大,R1两端的电压变大,并联电路的电压变小,通过R2的电流变小,即电流表A2示数变小,因变压器的功率变大,故电流表A1示数变大,D错误.变式题C解析 S闭合时,变压器副线圈电路电流增大,两端电压不变,电压表读数不变,选项A错误;由于变压器输出功率增大,则输入功率增大,输入电流增大,电流表读数增大,选项B错误;由于输电线中电流增大,所以输电线等效电阻R两端电压增大,选项C正确;为使灯泡L正常发光,应该增大变压器输出电压,滑片P应向上滑动,选项D错误.考点三例3C解析 设升压变压器副线圈的电压为U,对升压变压器,有Um2U=n1n2,解得U=n2Um2n1,则输电线上损失的电功率为P损=PU2R线=(2r)=4n1n22PUm2r.变式题C解析 由P=UI得I=PU,再由P损=I2r得P损=PU2r,可知选项C正确.考点四例4B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I1=PU1=2000220 A9.1 A,负载两端电压即为副线圈电压,由U1n1=U2n2,即220V1100=U21900,可得U2=380 V,故选项B正确.例5A解析 通过变压器测量L1和L2之间的电压,变压器原线圈应并联在L1和L2之间,由于电压表量程较小,变压器应为降压变压器,原线圈匝数应大于副线圈匝数,选项A正确.例6C解析 由原线圈中交流电的电压瞬时值表达式可知,交流电的频率f=1T=50 Hz,A错误;由理想变压器变压规律U1U2=n1n2可知,输出电压U2=50 V,由理想二极管单向导电性可知,交变电流每个周期只有一半时间有电流通过R2,由电流的热效应得U22RT2=U2RT,解得U=22U2=252 V,由欧姆定律可知,通过R2的电流为2 A,B错误,C正确;电阻R2的功率P2=UI=50 W,而电阻R1的电功率P1=U22R1=100 W,由理想变压器输入功率等于输出功率可知,变压器的输入功率为P=P1+P2=150 W,D错误.图29-11.(多选)某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个近似理想的小变压器给一个灯泡供电,电路如图29-1所示,当线圈由图示位置开始以较大的转速n匀速转动时,额定电压为U0的灯泡正常发光,电压表示数是U1.已知线圈电阻是r,灯泡电阻是R,则()A.变压器输入电压的瞬时值表达式是u=U1sin 2ntB.变压器的原、副线圈匝数比是U1U0C.电流表的示数是U02RU1D.线圈中产生的感应电动势最大值是Em=2U1解析 BC线圈以较大的转速n匀速转动时,有=2n,所以变压器输入电压的瞬时值表达式是u=2U1sin 2nt,故A错误;原、副线圈两端电压与匝数成正比,所以变压器的原、副线圈的匝数比是U1U0,故B正确;理想变压器的输入功率和输出功率相等,灯泡正常发光时电功率为P=U02R,所以输入功率为P1=U02R,电流表的示数是I1=P1U1=U02RU1,故C正确;由于线圈有内阻r,故线圈中产生的电动势有效值大于U1,最大值也就大于2U1,故D错误.2.2015安徽卷 如图29-2所示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是()图29-2A.电压表V1示数增大B.电压表V2、V3示数均增大C.该变压器起升压作用D.变阻器滑片是沿cd的方向滑动解析 D由图可知,电压表V1与V2分别测量原、副线圈电压,由理想变压器工作原理可知,原线圈电压由电源决定,副线圈电压与负载工作状态无关,故电压表V1与V2示数均不变,A、B错误;由能量守恒定律知,负载变化时,原、副线圈功率增量应相同,即I1U1=I2U2,又I1U2 ,即该变压器起降压作用,C错误;由电流增大知,负载R的阻值应减小,D正确.3.(多选)如图29-3