2008高三物理一轮复习全套教学案 第十章 交流电传感器及其应用(学生版).doc

蓝天家教网 伴您快乐成长第十章 交流电传感器及其应用新课标要求1内容标准（1）知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流例1 用示波器观察交变电流的波形，并测算其峰值和有效值（2）通过实验，了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用例2 用灯泡或交流电流表观察电容器和电感器对交变电流的阻碍作用（3）通过实验，探究变压器电压与匝数的关系例3 观察生活中常见的变压器，了解其作用（4）了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理例4 查阅资料，了解直流输电的原理，比较交流输电和直流输电的特点（5）知道非电学量转换成电学量的技术意义（6）通过实验，知道常见传感器的工作原理例4 通过实验认识温度传感器将温度信号转变为电信号的作用（7）列举传感器在生活和生产中的应用例5 了解光敏传感器及其在日常生活中的应用2活动建议（1）参观当地的小型电厂，了解发电过程调查发电机的容量、居民用电和工业用电情况撰写调查报告（2）观察变电站和高压输电线路（3）调查日常生活中传感器的应用，对其中一种的工作原理、技术意义、经济效益进行分析（4）利用传感器制作简单的自动控制装置第一单元正弦交流电的产生和描述 感抗和容抗考点解读典型例题知识要点一、交变电流强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流如图10-1-1（a）、（b）、（c）（d）所示的电流都属于交变电流 图10-1-1二、正弦式交流电的产生和规律产生：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动获得2中性面：与磁场垂直的平面叫中性面中性面的特点：线圈转到中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零线圈转动一周，二次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次3规律：正弦交流电的电动势、电压和电流随时间的变化规律：正弦交流电的图像：如图10-1-2所示图10-1-24说明：上式中为最大值以上各式均为时，线圈在中性面位置此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量随时间的变化规律为若时，线圈在与中性面垂直的位置，线圈平面与磁场平行，则正弦交流电的电动势、电压和电流随时间的变化规律为：磁通量随时间的变化规律为（例1，针对练习1、2）三、表征交流电的物理量1瞬时值：交变电流某一时刻的值，瞬时值是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同2最大值：即最大的瞬时值3有效值：即跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值对于正弦交流电，有效值和峰值的关系：EEm，IIm注意：在没有特殊说明的前提下，所说的交流电动势、电压、电流都是指有效值交流电表所测量的是有效值4周期（T）和频率(f)：交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期；1s内完成周期性变化的次数叫频率，T、f、的关系：T1/f、f1/T、2f，(的国际单位为rad/s)5平均值：感应电动势的平均值，感应电流的平均值，式中R是回路的总电阻（例2，针对练习3、4、5）四、电感和电容对交变电流的作用电感对交变电流的阻碍作用电感对交变电流有阻碍作用，电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗XL表示电感对交变电流有阻碍作用的原因是：当线圈中电流发生变化时，在线圈本身中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化扼流圈有两种，一种叫低频扼流圈，线圈的自感系数很大，作用是“通直流，阻交流”；另一种叫高频扼流圈，线圈的自感系数很小，作用是“通低频，阻高频”2电容对交变电流的作用交变电流能够通过电容器，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流电“通过”了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘电介质电容器对交变电流的阻碍作用：电容器对交变电流有阻碍作用，电容对交变电流阻碍作用的大小，用容抗表示（例3，针对练习6）疑难探究五、如何理解交流电的有效植？交流电的有效值是复习中的难点，也是重点因此必然是高考的热点，要使学生准确把握有效值的物理意义反映交变电流产生的平均效果（热效应），但不是交变电流的平均值交变电流的有效值体现了电能与内能的等效转换要明确、和只适用于正（余）正弦交变电流，其他非正（余）弦式交变电流，必须按有效值的定义去推导，切忌乱套公式（例2，针对练习7、8）六、如何运用交变电流的四值？交变电流的四值是指：有效值、平均值、最大值（峰值）和瞬时值各值分别用于如下情况在研究电容器是否被击穿时，要用峰值（最大值），因电容其器标明的电压是它在直流电源下工作时承受的最大值2在研究交变电流的功率和产生的热量时，只能用有效值3在求解某一时刻的受力情况时，只能用瞬时值4在求交变电流流过导体的过程中通过导体截面积的电荷量时，要用平均值（例4，针对练习9）【例1】发电机产生的正弦交变电流电动势的最大值为311V，其线圈共100匝，在匀强磁场中匀速转动的角速度为100 (rad/s)1从中性面开始计时，写出瞬时电动势的表达式；2此线圈与外电路组成闭合电路时，总电阻100 ，求t = 1/600 s时的电流；3求线圈中磁通量变化率的最大值【例2】（05北京）正弦半波交流电的波形如图10-1-3所示，求该交流电的有效值图10-1-3【例3】在图10-1-4所示电路中，为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交变电流源的电压V若保持电压的有效植不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的有（）图10-1-4A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮图10-1-5【例4】(06山东济宁模拟)如图10-1-5所示，线圈的面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻为r = 1 ，外接电阻R = 9 ，匀强磁场的磁感应强度B =T，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时，求：（1）若从线圈牌中性面开始计时，写出线圈中感应电动势瞬时值表达式（2）从中性面开始计时，线圈转过s时电动势瞬时值多大？（3）电路中电压表和电流表的示数各是多少？（4）由图示位置转过60角的过程产生的平均感应电动势为多少？ 典型例题答案 326【例1】解析： 1根据正弦交流电的变化规律，当从中性面开始计时时，e = 311sin(100t)V2根据闭合电路的欧姆定律电流中的电流A，当t 1/600 s时，可得A3根据法拉第电磁感应定律：，可得线圈中磁通量变化率的最大值V答案：e =311sin(100t)V，1.56A，3.11V说明：处理交流电的变化规律时，首先要正确写出瞬时表达式，并用电磁感应定律、欧姆定律等知识求解【例2】解析：本题考查交流电的物理量有效值在能力上考查对交流电有效值概念的理解能力和应用有效值概念的计算能力交流电有效值的意义是：在一个周期的时间内，交流电流i通过R产生的热量与恒定电流I通过同一电阻R产生的热量若相等，则I的大小称为i的有效值若将如图半波交流电加到电阻R上，经过一个周期产生的热量等于全波交流电的，即，而，因而得：，同理，答案：正弦半波交流电的有效值为电压：；电流：说明：交流电不只是正弦或余弦式交流电，课本上介绍的有效值、仅对正弦交流电适用，因此，描述交流电的各个物理量，我们要理解其含义，并能灵活运用它来处理实际问题【例3】解析：由V可得电源原来的频率为Hz，当电源由原来的50 Hz增为100 Hz时，线圈的感抗增大；在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项A错误灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率减小，灯泡变暗，选项C是正确的，D错误电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压UL，设灯泡两端的电压为UR，则电源电压的有效值为，因，故电流I减少时，减小，因电源电压有效值保持不变，故增大，选项B正确【例4】解析：（1）从中性面开始转动,并且求的是瞬时值(2)当t=时，e =50sin(10) V = 43.3 V(3) 电压表和电流表的示数都是有效值先求电动势的有效值E电流表的示数为：IA3.54A电压表的示数：UIR3.549 V31.86 V（电压表的示数是路端电压）（4）平均电动势应该根据公式E计算= 23.9 V 针对练习 1一个矩形线圈abcd，已知ab为L1，ad为L2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度（从图10-1-6中位置开始）匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为 ( ) 图10-1-6ABCD2一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动.线圈中的感生电动势e随时间t的变化如图10-1-7所示.下面说法中正确的是()图10-1-7At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大3图10-1-8所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（ ）AAB5 AC. AD3.5 A4如图10-1-9中的100匝矩形线圈，abcd0.2 m，adbc0.1m，磁感强度B1T，角速度5rad/s，则线圈中产生的感应电动势最大值_为V，从中性面开始转动的交流电动势瞬时值为 图1019510匝线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电动势e10sin20tV，求t=0时，线圈内磁通量的磁通量的变化率；线圈从中性面开始转动180过程中，感应电动势的平均值和最大值之比6如图10-1-10所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C接到某一交流电源上时，三只电流表的示数相同若保持电源电压不变，而使交变电流的频率逐渐减少，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是（）AI1I2I3BI1I2I3CI3I1I2DI2I1I3图10-1-107求如10-1-11图所示的交流电（此交流电的正向和反向部分都是正弦式电流的一部分）电流的有效值图10-1-118一个矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T从中性面开始计时，当时感应电动势为2V，则此交变电动势的有效值为（）AVB2VCV DV9一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动线圈匝数n=100穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如图10-1-12所示发电机内阻r=5.0，外电路电阻R=95已知感应电动势的最大值Em=nm，其中m为穿过每匝线圈磁通量的最大值求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数图10-1-12 单元达标 1已知负载上的交变电流u=311sin314t（V），i=14.1sin314t（A），根据这两式判断，下述结论中正确的是 ()A电压的有效值为311VB负载电阻的大小为22C交变电流的频率是50HzD交变电流的周期是0.01s图10-1-132某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图10-1-13所示，如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（ ）A400 V， 0.02 s B200 V，0.02 sC400 V，0.08 s D200 V，0.08 s3单匝闭合线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动在转动的过程中，线框中的最大磁通量为m，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的 ( )A当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势也为零B当穿过线框的磁通量减小时，线框中感应电动势也减小C当穿过线框的磁通量等于0.5m时，线框中感应电动势为0.5Em D线框转动的角速度等于Em /m 4下列说法正确的是 ( )A用交流电压表测量电压时，指针来回摆动B一周期内交流的方向改变两次C如果交流的最大值是5A，则最小值为-5AD用电器上所标电压值是交流的有效值5一电阻接在10V直流电源上，电热功率为P；当它接到电压u =10sint（V）上时功率为 ()A0.25P B0.5P CP D2P6线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，从图10-1-14可知( ) 图10-1-14A在A和C时刻线圈处于中性面位置B在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C在A时刻到D时刻线圈转过的角度为 radD若从O时刻到D时刻经过0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次7一根电阻丝接在电压为U的直流电路中的，在t时间内放出热量为Q现将电阻丝对折合并接到一个交流电路中，若要电阻丝在2t时间内也产生热量Q，在这个交流电路中加在电阻丝两端的电压最大值为_8一台交流发电机，产生交变电动势的最大值为500V，周期为0.02 s，保持其它条件不变，把转速提高到原来的2倍，则交变电动势的有效值为_，周期为_9一个耐压为250 V，电容量为4.0108 F的电容器，它可与电动势为 V的交流电源连接，当接在交流电源上时所带的最大电量为 .图10-1-1510如图10-1-15所示，边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以边为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：（1）线圈从图示位置转过的过程中产生的热量Q；（2）线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电量q11交流发电机电枢电阻为2欧，感应电动势瞬时值表达式为e = 389sin100t（V），给电阻R = 8 的用电器供电，则（1）通过用电器的电流为多少？（2）电源输出功率和发电总功率为多少？（3）发电机输出端电压为多少？图10-1-1612如图10-1-16所示，在真空中速度m/s的电子束，连续地射入两平行极板间，极板长度为 m，间距m两极板不带电时，电子束沿两极板之间的中线通过，在极板上加50 Hz的交变电压，如果所加电压的最大值超过某一值时，将开始出现以下现象：电子束有时能通过两极板，有时间断不能通过（1）求的大小；（2）求为何值时才能使通过的时间跟间断的时间之比即= 21第二单元理想变压器和电能的输送考点解读典型例题知识要点一、变压器1基本结构：闭合铁芯和线圈2理想变压器的原理：穿过原、副线圈的磁通量=BS、磁通量的变化率/t相同，结果原、副线圈中交流电的T、f都相同，感应电动势和它们各自线圈匝数成正比3变压器的主要规律：在磁损不计的情况下，电压关系：U1/U2n1/n2. 当时，有，叫做降压器，若，则，叫做升压器在能损不计的情况下，功率关系：输出功率等于输入功率电流关系是：只有一组副线圈：I1/I2n2/n1，有几组副线圈：I1U1I2U2I3U3（例1，针对练习1、2）二、远距离输电1方法：为了减少输电线路上的电能损失，应采用高压输电，这是因为输送功率一定时，线路电流，输电线路上损失功率，可知（U为输电电压）2 远距离输电过程如图10-2-1所示：图10-2-13输电网络中的基本关系： 电压损失：功率损失：输电效率：100%=100%（例2，针对练习3、4）疑难探究三、理想变压器的动态分析问题：此类问题，大致有两种增况：一是负载电阻不变，原副线圈的电压 、，电流 、，输入和输出功率随匝数比变化而变化的情况另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况不论哪种情况，都要注意：根据题意分清变量和不变量；要弄清“谁决定于谁”的制约关系，即理想变压器各物理量变化的决定因素图1023当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，怎样确定其它有关物理量的变化可依据以下原则判定参见图10-2-31输入电压决定输出电压，这是因为输出电压当不变时，不论负载电阻变化与否，不会改变2输出电流决定输入电流，在输人电压一定的情况下输出电压也被完全确定当负载电阻R增大时，减小，则相应减小；当负载电阻R减小时，增大，则相应增大在使用变压器时，不能使变压器次级短路3输出功率决定输入功率，理想变压器的输入率与输出功率相等，即在输入电压一定的情况下，当负载电阻R增大时，减小，则变压器的输出功率减小，输入功率也将相应减小；当负载电阻R减小时，增大，变压器的输出功率增大，则输入功率也将增大（例3，针对练习5、6）四、远距离输电的深化认识1解通过升、降压进行远距离送电的问题关键是分清各部分输入、输出的各个物理量及其相互关系通常，可先画出传输的结构示意图通过原、副线圈的电流求出匝数的比，也可通过电压关系求解2输电导线中的损耗将升压变压器与降压变压器联系起来，即升压变压器副线圈中的电流、输电线上的电流与降压变压器原线圈中的电流三者相等；殴姆定律对变压器虽然不能应用，但是对导线仍成立即Pr = I2r = IUr等都可以用来计算导线上的功率损失，进而可求电压的损耗3电压是由发电站控制，送电单位通过电压控制用户的使用；同时用户也可以通过电流或功率影响送电单位电能输送因此我们在计算时，应根据电压或电流、功率的决定方向依次向下一级推导即“发电升压输电线降压用电器”的顺序或倒序（例4，针对练习7、8）【例1】理想变压器的原、副线圈匝数之比为41，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等，a、b端加一定交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PAPB 两电阻两端电压之比 【例2】远距离输送交流电都采用高压输电我国正在研究用比330千伏高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是：A可节省输电线的铜材料B可根据需要调节交流电的频率C可减少输电线上的能量损失D可加快输电的速度【例3】如图10-2-2所示，设变压器为理想变压器，并保持输入电压U1不变，L为串联在原线圈的灯泡，L1、L2、L3、L4为副线圈的负载，当滑动变阻器R的滑片向下移动时（）AL1灯亮度不变BL2灯亮度减弱CL3灯亮度减弱DL4灯亮度增加图10-2-2【例4】 某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8104W，电厂输出电压仅350V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4，充许损失的功率为输送功率的5，求用户所需电压为220V时，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？ 典型例题答案 330【例1】解析：对理想变压器，有又：，所以：，答案：功率之比116，电压之比14【例2】解析：远距离输电过程中，由于电流的热效应输电线上发生损耗根据焦耳定律损耗功率功率，式中P为输电功率，U为输电电压，R为输电线电阻，在P、R不变时，所以采用高压输电可减少输电线上的能量损耗当、P不变时，U2R，又，联立得输电线横截面积，采用高压输电在损耗功率不变的情况下可使输电线横截面积大大减小而节省输电线铜材料选项AC正确【例3】解析：=而，所以 触头下移时副线圈所接负载总电阻R总减小，所以增大，得也增大，故、变亮，而，所以减小，得也减小，因而两端电压也减小，所以变暗，又因为所以和灯都变亮，只有D正确，答案：D【例4】解析： 依题意远距离输送电能电路如图1024所示，导线损失的电能转化为热能，所以据电功率的知识可求出，输送导线中的电流据理想变压器原理和能量守恒，可算出升压变压器的输出电压和降压变压器输入电压，就能解决该题中提出的问题图1024由电路中损失功率：P损5%P总得输电线路中电流为：I2 A35A升压变压器输出电压为：U2V2.8103V据理想变压器原理得升压变压器的初、次级的匝数比为：降压变压器输入功率为：P3P总P损P总5%P总95%P总W9.31104W所以降压变压器初级电压U3V2660 V降压变压器的匝数比为 针对练习 3331在绕制变压器时,某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，如图10-2-5所示当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂已知线圈1、2的匝数之比n1n2=21，在不接负载的情况下()图1025A当线圈1输入电压220伏时，线圈2输出电压为110伏B当线圈1输入电压220伏时，线圈2输出电压为55伏C当线圈2输入电压110伏时，线圈1输出电压为220伏D当线圈2输入电压110伏时，线圈1输出电压为110伏图10262如图图10-2-6所示，某理想变压器，当其输入端接在电动势为E，内阻为r的交流电源上，输出端接在电阻为R的负载上时，R上可获得最大功率，求：（1）这时输入电流多大？负载上最大功率为多少？（2）负载上获得最大功率时，变压器的原、副线圈的电压各为多少？（3）变压器的变压比为多少？电源的效率为多少？3某电站向某地输送一定功率的电能，若将输送电压提高10倍, 输电线截面减为原来的一半, 则输电线电能损失为 （ ）A减为原来的1/20 B减为原来的1/50 C减为原来的1/100 D减为原来的1/200 4一台降压变压器原副线圈匝数比为41，供一照明电路用电，如图10-2-7所示原线圈所加交变电压u1=1410sin100tV，照明电路连接导线的总电阻R =1.0 ，问能使多少盏“220V，40W”的电灯正常发光10275在如图1028所示的电路中，T为理想的调压变压器，A、V是理想的交流电表，在ab间接上电压有效值不变的正弦交流电源，若将调压变压器的滑动角头P向上移动一些，则（ ）图1028A电流表A的示数不变B电流表A的示数变小C电压表V的示数变大D变压器的输出功率变小6如图1029所示是一个理想变压器的示意图，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器的滑动触头，U1是加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法正确的是( )图1029A若保持P的位置及U1不变，S由a合到b处，则I1将减小B若保持P的位置及U1不变，S由b合到a处，则R上消耗的功率增大C若保持U1不变，S在b处，P向上滑动，则I1减小D若保持P位置不变，S在a处，将U1增大，则I1减小7电站发电机输出功率为5千瓦，输出电压为250伏特输电线电阻欧姆，线路上允许的功率损耗为6%在用户需要220伏特电压时，如图10-2-10所用升压变压器和降压变压器的初、次级匝数比各为多少？图102108一小型水力发电站水坝落差h=5m，流量q=1m3/s，发电机组总效率=50，机端输出电压350V为了向离电站较远处的用户供电，采用先升压再降压的办法设输电线总电阻R线=4，允许输电线电热损失功率为电站输出功率的5，用户需要电压220V试计算升压变压器、降压变压器的匝数比(g=10m/s2) 单元达标 1一理想变压器变压比为201，原线圈接入220V电压时，将副线圈拆去18匝，输出电压为8V，则该变压器原线圈的匝数应为 （ ）A495匝B1320匝C2640匝 D990匝2有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为41原线圈接在一个交流电源上，交流电的变化规律如图10-2-11所示副线圈所接的负载电阻是11 则（）图10211A原线圈交流电的频率为50HzB副线圈输出电压为55VC流过副线圈的电流是5AD变压器输入、输出功率之比为413一个理想变压器，原线圈中通入的是电压为220V、频率为50Hz的交变电流，副线圈上接有一个变阻器当变阻器的阻值变大时( ) A副线圈中的电流将变大B副线圈中电流的频率将变大C副线圈两端的电压将变大D变压器的输出功率将变小4(06北京市朝阳区)在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图10212所示当变压器输入电压发生变化时，可上下调节P1、P2的位置，使输出电压稳定在220V上现发现输出电压低于220 V，下列措施不正确的是（ ）AP1不动，将P2向上移BP2不动，将P1向下移C将P1向上移，同时P2向下移D将P1向下移，同时P2向上移图102135(05安徽十校)如图10-2-13所示，理想变压器的a、b端加上某一交流电压后，副线圈c、d端所接灯泡L恰好正常发光此时滑线变阻器的滑片P于图示位置现将滑片P下移 ( 导线电阻不计)，则以下正确的是（）A灯仍能正常发光，变压器输入电流变大 B灯仍能正常发光，变压器输入电流变小C灯变亮，变压器输入电流变大图10214D灯变暗，变压器输入电流变小6电流互感器是用来测量大电流的仪器，如图10214示，图中是电流互感器使用原理，以下说法正确的是 ( ) A均变大BU变大，I变小C均变小DU变小，I变大7远距离输送交流电都 采用高压输电我国正在研究用比330千伏高得多的电压进行输电采用高压输电的优点是( )A可节省输电线的铜材料B可根据需要调节交流电的频率C可减少输电线上的能量损失D可加快输电的速度8某发电厂原来用11KV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220KV输电，输送的电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是（ ）A根据公式,提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20B根据公式，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C根据公式，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400D根据公式，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍9在远距离送电时，如果输送电压为2000V，输送功率为10kW，输电线的电阻为20，则输电线上损失功率为_，损失电压为_，用户得到电压为_，用户得到的功率为_10如图10215所示，一台有两个副线圈的变压器原线圈匝数n1=1100匝，接入电压U1=220V的电路中（1）要求在两组副线圈上分别得到电压U2=6V，U3=110V，它们的匝数分别为多少？（2）若在两副线圈上分别接上“6V、20W”、“110V、60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？11如图10216所示，为了测定和描绘“220V 40W”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电，调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈L，绕在闭合的环形铁芯上，输人端接在220V交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压在“0250V”之间连续变化，图甲中画出的是调压变压器的电路图符号，实验室内备有交流电压表、交流电流表、开关、导线等实验器材 图10216在图甲中完成实验电路图原、副线圈匝数比的最小值为多大？ 当副线圈的电压调为100V时 ，通过原线圈的电流为多大？12发电机输出电功率为100kW，输出电压为250V，所用输电线的总电阻为8，要求输电时在输电线上的损失电功率不超过输送电功率的5，用户获得220V电压，若负载均视为纯电阻，求应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器第三单元传感器及其应用考点解读典型例题知识要点一、 传感器1传感器的概念:传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能够把它按照一定的规律转换为电压、电流等电学量 ，或转换为电路的通断，把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了2传感器的原理:传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如下图所示：非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量二、制作传感器的所需要的敏感元件:1光敏电阻光敏电阻的材料是一种半导体无光照射时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好所似光敏电阻的电阻值随着光照的增强而减小有一种用硫化镉制作的光敏电阻 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻就可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量2热敏电阻和金属热电阻 热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻随温度变化明显，导电能力随温度的升高而增强有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的 某些金属材料的电阻率随温度的升高而增大，用这样的金属可以制作成温度传感器，称为热电阻有一种常用的金属热电阻是用金属铂制作的 热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学董，但相比而言，金属初电阻的化学稳定性好，测温范围大而热敏电阻的灵敏度较好3电容式位移传感器它是利用运动物体附带的电介质板在电容器内部插入的多少来改变电容器的电容，从而把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量4霍尔元件霍尔元件：在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，当该半导体中的电流方向与磁场方向垂直时，它在当磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差这种现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件如图10-3-3所示霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量图10-3-3霍尔元件的原理 外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两例会形成稳定的电压，被称为霍尔电势差或霍尔电压（例1、2、3，针对练习1）疑难探究三、传感器的应用1传感器应用的一般模式传感器执行机构计算机系统显示器2力传感器的应用电子秤常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成应变片能把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量图10-3-5如图10-3-5所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片的两端的电压变小传感器把这两个电压的差值输出外力越大，输出的电压差值也就越大3声传感器的应用话筒话筒是一种常用的声传感器，类型虽多，但其作用都是将声信号转换为电信号话筒有动自式话筒、电容式话筒和驻极体话筒三种常见形式动圈式话筒是应用电磁感应的原理工作的电容式话筒的保真度好如图10-3-7所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压图10-3-7驻极体话筒原理类似于电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜但它具有体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低（只需36V）等优点4温度传感器的应用电熨斗温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的图10-3-8由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把热信号转换为电信号进行自动控制电熨斗内部装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，如图10-3-8所示常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原来状态，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用5温度传感器的应用电饭锅如图1039所示，电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是上升到约时，就失去了磁性不能被磁体吸引了这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点” 图10-3-9工作原理：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热6温度传感器的应用测温仪 温度传感器可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来该传感器的的优点是可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输图10-3-11 测温仪中的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等，还可以是红外线敏感元件等7光传感器的应用鼠标器、火灾报警器机械式鼠标部内的码盘两侧分别装有红外发射管（LED）及红外接收管，两个红外接收管就是两个光传感器（如图10-3-11所示）鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号计算机分别统计、两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移.图10-3-12有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的如图10-3-12所示，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板平时光电三极管收不到LED发出的光呈现高电阻状态烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报常见的光传感器有:光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管 （例4、5、6，针对练习2、3、4）四、传感器的应用实例1光控开关工作原理：光控电路如图10-3-15所示，用发光二极管LED模仿路灯，为光敏电阻，的最大电阻为，为，其工作原理分析如下：图10-3-15白天，光强度较大，光敏电阻电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的要想在天更暗时路灯才会亮，应该把的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端 A电压达到某个值（如 1.6V），就需要的阻值达到更大，即天色更暗电路分析：图10-3-16由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路如图10-3-16所示其中图中虚线框内即为电磁继电器J，D为动触点，E为静触点当线圈A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路天较亮时，光敏电阻 阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值输出端由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A 电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭2温度报警器图10-3-17温度报警器的结构如图10-3-17所示常温下，调整的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不同要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1的阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高（例7，针对练习5）【例】如图10-3-1所示为光敏电阻自动计数器的示意图其中R1为光敏电阻，R2 为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（ ）A当有光照射R1时信号处理系统获得高电压B当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次图10-3-1【例2】如图10-3-2所示，图中各个电容式传感器各是哪种形式的传感器，请说明它们的工作原理图10-3-2图10-3-4【例3】如图10-3-4所示，有电流流过长方体金属块，金属块宽度为，高度为，有一磁感应强度为的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？【例】如图10-3-6所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有、两个滑动头，可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，刚好指着A端，与托盘固定相连，若 、间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小已知弹簧的劲度系数为，托盘自身质量为，电源电动势为，内阻不计，当地的重力加速度为求：图10-3-6托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，离A的距离托盘上放有质量为的物体时， 离A的距离在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节，使 离A的距离也为，从而使、间的电压为零校准零点后，将物体放在托盘上，试推导出物体质量与、间的电压之间的函数关系式图10-3-10【例5】图10-3-10是电饭煲的电路图，是一个控温开关，手动闭会后，当此开关温度达到居里点（）时，会自动断开 是一个自动控温开关，当温度低于时，会自动闭合；温度高于时，会自动断开红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯分流电阻，加热电阻丝，两灯电阻不计分析电饭煲的工作原理计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比简要回答，如果不闭合开关，能将饭煮熟吗？【例6】一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为的均匀狭缝将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移