【金太阳考案】高考物理一轮复习 第10单元 交变电流 传感器课件.ppt

ppt第10单元 主编 ppt第1单元 主编 物理 13 ka 物理 xkb r qg 第1讲交变电流的产生和描述 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 交变电流的产生和变化规律 模块建构 知识建构 技能建构 1 交变电流 大小和方向都随时间做 周期性变化的电流 如图 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 模块建构 知识建构 技能建构 1 两个特殊位置 线圈平面与中性面重合时 磁感线与线圈平面垂直 磁通量 最大 但磁通量的变化率 0 感应电动势为 零 感应电流为零 电流方向在此位置前后发生变化 线圈平面与中性面垂直时 磁感线与线圈平面平行 磁通量 为 零 但磁通量的变化率 最大 感应电动势 最大 感应电流 最大 电流方向 不变 2 正弦式交变电流的变化规律 模块建构 知识建构 技能建构 2 变化规律 若从线圈转到中性面时开始计时 则感应电动势与感应电流的表达式分别为 e emsin t i imsin t 若从线圈转到与中性面垂直位置开始计时 则感应电动势与感应电流的表达式分别为 e emcos t i imcos t 二 描述交变电流的物理量 模块建构 知识建构 技能建构 1 周期 频率 角速度 交变电流的周期 频率 角速度都是表征交变电流变化快慢的物理量 1 周期t 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 2 频率f 交变电流在1s内完成周期性变化的次数 3 三者关系 t 2 f 我国工农业生产和生活用的交变电流的周期为0 02s 频率为50hz 模块建构 知识建构 技能建构 2 交变电流的 四值 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 2 若图象部分是正弦交变电流 其中的t和t部分的有效值可直接应用i u 的关系 注意 1 由感应电动势的最大值公式em nbs 得 em仅由n b s 四个物理量所决定 与轴的具体位置和线圈的形状都无关 模块建构 知识建构 技能建构 1 2012年山东泰安模拟 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法正确的是 a t 0时刻 线圈平面与中性面垂直 b t 0 01s时刻 的变化率最大 c t 0 02s时刻 交流电动势达到最大值 d 该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示 模块建构 知识建构 技能建构 解析 由 t图知 t 0时 最大 即线圈处于中性面位置 此时e 0 故a d两项错误 由图知t 0 04s 在t 0 01s时 0 最大 e最大 则b项正确 在t 0 02s时 最大 0 e 0 则c项错误 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 2 2012年北京海淀区模拟 先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电 第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化 如图甲所示 第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示 若甲 乙图中的u0 t所表示的电压 周期是相同的 则以下说法正确的是 a 第一次灯泡两端的电压有效值是 b 第二次灯泡两端的电压有效值是 c 第一 第二次灯泡的电功率之比是2 9 模块建构 知识建构 技能建构 d 第一 第二次灯泡的电功率之比是1 5 解析 甲电源有效值u u0 a错 乙电源 t u u0 b错 p 则两次功率之比 即只有d正确 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 3 2012年浙江湖州模拟 在如图甲所示的电路中 电阻r的阻值为50 若在a b间加上如图乙所示的交流电压 则下列说法错误的是 a 交流电压的有效值为100v b 电流表的示数为2a 模块建构 知识建构 技能建构 c 产生该交变电流的线圈在磁场中转动的角速度为3 14rad s d 如果产生该交变电流的线圈转速提高一倍 则电流表的示数也增大一倍 解析 交变电压的有效值u 100v 电流表的示数为有效值 则i 2a 选项a b正确 314rad s c错误 i 故i d正确 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 4 2012年辽宁本溪模拟 如图所示 单匝闭合线框在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴oo 匀速转动 在转动过程中 穿过线框的最大磁通量为 m 线框中的最大感应电动势为em 下列说法中正确的是 a 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框中的感应电动势为 b 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框中的感应电动势为 c 线框每转动一周 线框中的感应电流方向改变一次 d 线框转动的角速度为 解析 闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 若从中性面开始计时 穿过线框的磁通量 按余弦规律变化 线 模块建构 知识建构 技能建构 框中产生的感应电动势按正弦规律变化 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框中的感应电动势大于 a错误 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框的感应电动势等于 b正确 线框每转动一周 线框中感应电流的方向改变两次 c错误 由em bs m 解得线框转动的角速度 d正确 答案 bd 模块建构 知识建构 技能建构 一 交变电流的产生和变化规律 模块建构 知识建构 技能建构 例1一个面积为s的单匝矩形线圈abcd在匀强磁场中以其一条边ab为转轴匀速转动 磁场方向与转轴垂直 线圈中产生的感应电动势e与时间t的关系图象如图甲所示 感应电动势的最大值和周期可以从图中读出 则 甲 模块建构 知识建构 技能建构 2 画出t 0时刻线圈平面与磁感线间的相对位置关系 1 磁感应强度b多大 3 在t 时 线圈平面与磁感线方向间的夹角多大 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 解答本题时可按以下思路分析 由图象知em和t由em求b由em确定b与s关系由瞬时式确定夹角关系 规范全解 1 由e t图象可直接读得em和t 由em bs 和 得b 模块建构 知识建构 技能建构 2 t 0时线圈中感应电动势为最大值 故该时刻线圈与磁场的位置关系如图乙所示 乙 模块建构 知识建构 技能建构 3 由图象可知e emcos t emcos t 当t 时 有e emcos emcos 即线圈平面与磁感线方向间的夹角 30 答案 1 2 如图乙所示 3 30 方法概述 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动能产生正弦式交变电流 其最大值和瞬时值都与轴的位置无关 em nbs e emsin t 0 其中 0为t 0时线圈与中性面的夹角 t 0 为t时刻线圈与中性面的夹角 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练1如图甲所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并沿过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时 如图乙所示 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则下列四幅图中正确的是 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 产生的电流按正弦规律变化 由于t 0时 线圈的转动方向如图乙 由右手定则判断可得 此时ad中电流方向为由a到d 线圈中电流方向为a d c b a 与规定的电流正方向相反 电流为负值 又因为此时ad bc两边切割磁感线的速度方向与磁场方向成45 角 由e 2blv 可得e 2 blv em 即此时的电动势为最大值的倍 电流当然也是最大值的倍 由图乙还能观察到 线圈在接下来45 的转动过程中 ad bc两边的切割速度越来越小 所以感应电动势应减小 感应电流也应减小 综合上述三点可知d项正确 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 例2一个电阻为r 边长为l的正方形线圈abcd共n匝 线圈在磁感应强度为b的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴oo 以如图所示的角速度 匀速运动 外电路电阻为r 二 正弦交变电流的 四值 模块建构 知识建构 技能建构 2 求线圈转动过程中感应电动势的最大值 1 在图中标出此刻线圈感应电流的方向 3 线圈平面与磁感线夹角为60 时的感应电动势为多大 4 设发电机由柴油机带动 其他能量损失不计 线圈转一周 柴油机做多少功 5 从图示位置开始 线圈转过60 的过程中通过r的电量是多少 6 图中电流表和电压表的示数各是多少 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 由磁场分布情况和线圈转动情况可确定瞬时值表达式 电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值 而电荷量的计算则需用该时间内的平均值 模块建构 知识建构 技能建构 2 em nbs nb l2 规范全解 1 由右手定则可判定电流的方向沿dcba 3 线圈平面与b成60 角时的瞬时感应电动势 e em cos60 nb l2 模块建构 知识建构 技能建构 4 电动势的有效值e 电流的有效值i 柴油机做的功转化为电能 线圈转一周柴油机做的功 w eit t 模块建构 知识建构 技能建构 5 因为i平均 故电量q i平均 t 模块建构 知识建构 技能建构 6 电流表显示干路电流的有效值 则读数为 i 电压表显示路端电压的有效值 则读数为 u ir 答案 1 沿dcba 2 nb l2 3 nb l2 4 5 6 模块建构 知识建构 技能建构 方法概述 用交流电源给外电路供电 在求解功率或电热问题的时候 同学们很容易把平均值与有效值混淆 而求电荷量时又会乱用有效值 因此 四值 要分明 求电荷量用平均值 焦耳值 功率计算用有效值 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练2图示是一个交流发电机的示意图 线框abcd处于匀强磁场中 此时线框平面与磁场方向平行 已知ab bc 10cm b 1t 线圈匝数n 100 线圈总电阻r 5 灯泡电阻r 5 线圈以n 600r min的转速匀速转动 求 模块建构 知识建构 技能建构 2 从图示位置开始经过s时感应电动势的瞬时值 1 电流表和电压表的示数 模块建构 知识建构 技能建构 3 从图示位置开始转过30 角的过程中通过灯泡的电荷量 规范全解 1 图示位置时 线圈的感应电动势最大 为 em nbs nbs 62 8v 有效值e 44 4v 由分压原理可知 电压表的示数为22 2v 由闭合电路欧姆定律可得 电流表的示数为 i 4 44a 模块建构 知识建构 技能建构 2 感应电动势的瞬时值表达式为 e emcos t 62 8cos20 tv t s时 感应电动势的瞬时值e 31 4v 模块建构 知识建构 技能建构 3 线圈转过30 角时 2 1 bssin30 通过灯泡的电荷量为 q t n 0 05c 答案 1 4 44a22 2v 2 31 4v 3 0 05c 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 天津理综卷 在匀强磁场中 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动 如图甲所示 产生的交变电动势的图象如图乙所示 则 a t 0 005s时线框的磁通量变化率为零 b t 0 01s时线框平面与中性面重合 模块建构 知识建构 技能建构 c 线框产生的交变电动势有效值为311v d 线框产生的交变电动势频率为100hz 命题分析 本题考查交变电流的产生及变化规律 难度中等 有关交变电流的图象问题 在每年高考中几乎都会考查到 题型一般为选择题 解析提示 首先根据图象得出最大值 周期 0时刻线圈的位置等 再利用这些信息得出瞬时值表达式和频率 有效值等物理量 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 由图象可知 t 0 005s时感应电动势最大 利用法拉第电磁感应定律公式可以判断感应电动势最大 磁通量变化率也最大 a错误 t 0 01s时感应电动势为零 此时线圈平面与中性面重合 b正确 线框产生的交变电动势的有效值e v 220v c错误 线框产生的交变电动势的频率f hz 50hz d错误 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1如图甲所示 为一种可调压自耦变压器的结构示意图 线圈均匀绕在圆环形铁芯上 若ab间输入如图乙所示的交变电压 转动滑动触头p到如图甲所示位置 在bc间接一个理想的交流电压表 图甲中未画出 则 a ab间输入的交流电的电压瞬时值表达式为u 220sin 100 t v 模块建构 知识建构 技能建构 b 该交流电的频率为100hz c t 1 10 2s时电压表的读数为零 d bc间输出的电功率为零 解析 由乙图可读出交流电的最大值为um 220v 周期t 2 10 2s 100 rad s 则交流电的电压瞬时值u umsin t 220sin 100 t v a正确 由f 50hz 知b错误 因电压表测交流电电压时 读数为交流电的有效值 不能读出瞬时值 所以读数为220v 则c错误 由于bc间接理想电压表 rv无穷大 则p 0 d正确 答案 ad 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 四川理综卷 如图所示 在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为t 转轴o1o2垂直于磁场方向 线圈电阻为2 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时 线圈转过60 时的感应电流为1a 那么 a 线圈消耗的电功率为4w b 线圈中感应电流的有效值为2a c 任意时刻线圈中的感应电动势为e 4cost d 任意时刻穿过线圈的磁通量为 sint 模块建构 知识建构 技能建构 命题分析 本题考查交变电流的产生及变化规律 交变电流的有效值的计算 难度中等 此类题在高考中几乎每年都会被考查到 题型一般为选择题 有时会出现填空或计算题 解析提示 交变电流的产生及变化规律与转轴在线圈上的位置无关 线圈中产生的是正弦交流电 根据题目中已知信息可先确定电流的表达式 再计算有效值和电功率 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 将产生交变电流 因为是从与中性面垂直的位置开始计时 所以电流按余弦规律变化 即i imcos t 当 t 60 时i 1a 所以im 2a 电流的有效值为a 选项b错误 线圈的电功率p i2r 4w 选项a正确 电动势的峰值em imr 4v 所以感应电动势瞬时值的表达式e 4cost 选项c正确 又因为em bs m 所以任意时刻穿过线圈的磁通量 sint 选项d错误 答案 ac 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测2如图所示单匝矩形线圈放置在磁感应强度为b的匀强磁场中 以恒定的角速度 绕ab边转动 磁场方向垂直于纸面向里 线圈所围面积为s 线圈导线的总电阻为r t 0时刻线圈平面与纸面重合 且cd边正在向纸面外转动 则 a 线圈中t时刻电流瞬时值的表达式i cos t b 线圈中电流的有效值i c 线圈中电流的有效值i d 线圈消耗的电功率p 模块建构 知识建构 技能建构 p i2r 故a b d错误 c正确 答案 c 解析 回路中感应电动势最大值em bs 电流最大值im t 0时为中性面 故瞬时值表达式i sin t 电流有效值i 模块建构 知识建构 技能建构 第2讲变压器电能的输送 知识建构 技能建构 1 基本结构 闭合铁芯和线圈 如图所示 一 理想变压器 知识建构 技能建构 2 理想变压器的原理 穿过原 副线圈的磁通量 bs和磁通量的变化率 相同 结果原 副线圈中交变电流的t f都 相同 感应电动势与它们各自的线圈匝数成正比 3 变压器的主要规律 1 在磁损不计的情况下 电压关系 当n1 n2时 有u1 u2 叫做 降压器 当n1 n2 则u1 u2 叫做 升压器 知识建构 技能建构 3 电流关系 只有一组副线圈 则 有几组副线圈 则 i1u1 i2u2 i3u3 二 远距离输电 2 在能损不计的情况下 输出功率 等于输入功率 知识建构 技能建构 1 输电线上的功率损失 由导线上发热损失功率的公式p损 i2r可知 减小输电线上的电流是减小发热损失的可行办法 在输送功率一定的情况下 由p送 ui及p损 i2r可知 可以采用 提高输送电压的办法减小输送电流 从而达到减小导线上发热损失的目的 知识建构 技能建构 2 输送过程示意图及基本关系 1 输电过程的电压关系 知识建构 技能建构 2 输电过程的功率关系 p出 p损 p用 知识建构 技能建构 1 2012年山东济南模拟 如图所示 理想变压器的原 副线圈分别接着定值电阻r1 r2 且r1 r2 原 副线圈的匝数比n1 n2 2 1 交流电源电压为u 则 a r1两端的电压为 b r1两端的电压为 c r2两端的电压为 d r2两端的电压为 知识建构 技能建构 确 答案 ac 解析 输入的交流电源电压u应等于原线圈两端电压加上r1两端电压 即u u1 则通过原线圈的电流i1 而i2 又因为 r1 r2 所以代入可求得 a c正 知识建构 技能建构 2 2012年河北衡水模拟 如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压 时间图象 原 副线圈匝数比n1 n2 10 1 串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1a 则 a 变压器原线圈所接交流电压的有效值为220v b 变压器输出端所接电压表的示数为22v c 变压器输出端交变电流的频率为50hz 知识建构 技能建构 d 变压器的输出功率为220w 解析 由交流电的有效值与最大值的关系可得u 220v a正确 变压器输出电压u2 u 22v 电压表示数即为有效值 为22v b错误 由图可知 交变电流的周期t 0 02s 则频率f 50hz 且变压器工作时交变电流的频率不变 c正确 变压器的输出功率等于输入功率p iu 220w d错误 答案 ac 知识建构 技能建构 3 2012年吉林长春模拟 用电高峰期 电灯往往会变暗 其原理可简化为如下物理问题 如图所示 理想变压器的副线圈上 通过输电线连接两只相同的灯泡l1和l2 输电线的等效电阻为r 原线圈输入有效值恒定的交流电压 当开关s闭合时 以下说法正确的是 a 原线圈中电流减小 b r两端的电压增大 c 副线圈输出电压减小 知识建构 技能建构 d 原线圈输入功率减小 解析 由于变压器原 副线圈的匝数不变 原线圈输入有效值恒定的交流电压 则副线圈两端的输出电压也是不变的 当s闭合 并联了一个灯泡 电路的电阻减小 流过r的电流增加 则r两端的电压增加 原线圈中的电流也增加 原线圈输入功率增大 答案 b 知识建构 技能建构 4 2012年安徽淮北模拟 如图所示 一理想变压器的原线圈匝数n1 1000匝 副线圈匝数n2 200匝 电阻r 88 原线圈接入一电压u 220sin100 t v 的交流电源 电压表和电流表对电路的影响可忽略不计 则 a t 1s的时刻 电压表的示数为0 b 电流表的示数为2 5a c 变压器的输入功率为22w 知识建构 技能建构 d 副线圈交变电流的频率是100 hz 解析 电压表示数应该为有效值 由 可得 u2 44v a错误 i2 0 5a 故i1 i2 0 1a 即电流表示数为0 1a b错误 对于理想变压器 电源的输入功率与输出功率相等 由p ui可知c正确 根据f hz 50hz可知d错误 答案 c 知识建构 技能建构 一 理想变压器及其原 副线圈基本量的关系 知识建构 技能建构 例1如图所示 理想变压器b的原线圈跟副线圈的匝数比n1 n2 2 1 交流电源电压u 311sin100 tv f为熔断电流i0 1 0a的保险丝 负载r为一可变电阻 知识建构 技能建构 2 要使保险丝不被熔断 电阻r的阻值应不小于多少 变压器输出的电功率不能超过多少 名师点金 根据保险丝熔断电流的大小 利用变压器原 副线圈的电流 电压的关系计算出电阻r的临界阻值 1 当电阻r 100 时 保险丝能否被熔断 知识建构 技能建构 规范全解 原线圈电压的有效值 u1 v 220v 由 得副线圈两端的电压 u2 u1 220v 110v 知识建构 技能建构 1 当r 100 时 副线圈中电流 i2 a 1 10a 由u1i1 u2i2得原线圈中的电流 i1 i2 1 10a 0 55a 由于i1 i0 熔断电流 故保险丝不会熔断 知识建构 技能建构 2 设电阻r取某一值r0时 原线圈中的电流i1刚好到达熔断电流i0 即i1 1 0a 则副线圈中的电流 i2 i1 i1 2 1 0a 2 0a 可变电阻阻值 r0 55 此时变压器的输出功率为 p2 i2 u2 2 0 110w 220w 可见 要使保险丝f不被熔断 电阻r的阻值不能小于55 输出的电功率不能大于220w 知识建构 技能建构 答案 1 保险丝不会熔断 2 电阻r的阻值不能小于55 电功率不能大于220w 知识建构 技能建构 方法概述 理想变压器原 副线圈基本量的关系 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 例2如图所示 理想变压器输入端pq接稳定的交流电源 通过单刀双掷开关s可改变变压器初级线圈的匝数 图中电压表及电流表皆为理想电表 则下列说法中正确的是 a 当滑片c向b端移动时 变压器输入功率变大 b 当滑片c向a端移动时 电流表的示数将减小 电压表的示数不变 二 理想变压器动态问题分析 知识建构 技能建构 c 当滑片c向b端移动时 电流表的示数将变大 电压表的示数也变大 d 滑片c不动 将开关s由1掷向2时 三个电表 的示数都变大 名师点金 滑片c移动 是改变负载电阻的大小 从而改变副线圈电流 功率 进而改变原线圈的电流 开关s由1掷向2 是减少原线圈匝数 从而改变其他各物理量 知识建构 技能建构 规范全解 c向b端移动时 r变大 输出功率p2 又因u2不变 则p2减小 所以输入功率减小 a项错误 答案 d 知识建构 技能建构 1 匝数比不变的情况 如图甲所示 甲 方法概述 知识建构 技能建构 1 u1不变 根据 输入电压u1决定输出电压u2 不论负载电阻r如何变化 u2也不变 2 当负载电阻发生变化时 i2变化 输出电流i2决定输入电流i1 故i1发生变化 3 i2变化引起p2变化 p1 p2 故p1发生变化 知识建构 技能建构 2 负载电阻不变的情况如图乙所示 乙 知识建构 技能建构 2 r不变 u2改变 故i2发生变化 1 u1不变 发生变化 故u2变化 3 根据p2 p2发生变化 再根据p1 p2 故p1变化 p1 u1i1 u1不变 故i1发生变化 知识建构 技能建构 3 分析动态问题的思路可表示为 u1u2i2i1p1 变式训练1一理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 原线圈输入电压的变化规律如图甲所示 副线圈所接电路如图乙所示 p为滑动变阻器的触头 下列说法正确的是 a 副线圈输出电压的频率为50hz 知识建构 技能建构 b 副线圈输出电压的有效值为31v c p向右移动时 原 副线圈的电流比减小 d p向右移动时 变压器的输出功率增加 知识建构 技能建构 规范全解 由图象可知原线圈输入电压的最大值 um 310v t 2 10 2s 则原线圈输入电压的有效值 u1 220v f hz 50hz 选项a正确 由 可得 u2 u1 22v b错误 p向右移动时 副线圈所接电路的电阻减小 又副线圈输出电压不变 所以副线圈的电流增大 原线圈的电流也增大 而匝数比不变 所以原 副线圈的电流比不变 又副线圈输出电压不变 则变压器的输出功率增加 d正确 c错误 答案 ad 知识建构 技能建构 例3某小型发电站的发电机输出交流电压为500v 输出电功率为50kw 如果用电阻为3 的输电线向远处用户送电 这时用户获得的电压和电功率是多少 假如 要求输电线上损失的电功率是输送功率的0 6 则发电站要安装一个升压变压器 到达用户前再用降压变压器变为220v供用户使用 不考虑变压器的能量损失 这两个变压器原 副线圈的匝数比各是多少 三 远距离输电问题 知识建构 技能建构 名师点金 先画出输电线路图 然后以变压器为界 分成几个独立的闭合电路 应用欧姆定律和串 并联电路的特点及电功 电功率等有关公式分析各自的电流 电压和功率关系 各独立回路之间可通过变压器的 及理想变压器p入 p出等联系起来 知识建构 技能建构 规范全解 用500v电压送电时的示意图如图甲所示 50kw的电功率在输电线上的电流为 i0 a 100a 用户获得的电压为 u1 u0 i0r 500 100 3 v 200v 用户获得的功率p1 i0u1 2 104w 改用高压输送时 示意图如图乙所示 要求p损 0 6 p 即p损 50 103 0 6 w 300w 甲 知识建构 技能建构 乙 答案 200v2 104w1 10497 22 知识建构 技能建构 1 解通过升压 降压变压器进行远距离送电问题的关键是分清各部分输入 输出的各个物理量及其相互关系 方法概述 2 输电导线将升压变压器与降压变压器连接起来 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 3 电压是由发电站控制的 送电单位通过控制用户的使用 同时用户也可以通过电流或功率影响送电单位电能的输送 知识建构 技能建构 4 还需注意以下几点 因为输电距离不变 所以输电线长度一定 要考虑双线输电 发电机的输出功率通常认为是恒定的 输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值 熟记两个基本公式 电压关系 u升 u降 u u降 ir线 能量关系 p出 p损 p降 r线 i2u降 i1u升 变式训练2某发电站的输出功率为1 104kw 输出电压为4kv 通过理想变压器升压后向80km远处供电 已知输电导线的电阻率 2 4 10 8 m 导线横截面积为1 5 10 4m2 输电线路损失的功率为输出 功率的4 求 知识建构 技能建构 2 输电线路上的电压损失 规范全解 1 导线电阻r 2 4 10 8 25 6 输电线路损失的功率为输出功率的4 则4 p i2r 代入数据得 i 125a 由理想变压器p入 p出及p ui得 输出电压u v 8 104v 1 升压变压器的输出电压 知识建构 技能建构 2 输电线路上电压损失 u ir 125 25 6v 3 2 103v 答案 1 80000v 2 3200v 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 福建理综卷 图甲中理想变压器原 副线圈的匝数之比n1 n2 5 1 电阻r 20 l1 l2为规格相同的两只小灯泡 s1为单刀双掷开关 原线圈接正弦交变电源 输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示 现将s1接1 s2闭合 此时l2正常发光 下列说法正确的 甲乙 a 输入电压u的表达式u 20sin 50 t v b 只断开s2后 l1 l2均正常发光 知识建构 技能建构 c 只断开s2后 原线圈的输入功率增大 d 若s1换接到2后 r消耗的电功率为0 8w 命题分析 本题考查正弦交变电流的变化规律及变压器动态问题分析 难度中等 将交变电流图象与变压器结合起来是近几年高考的热点 解析提示 首先由图象得出有效值和瞬时值表达式 再根据变压器原 副线圈各量的关系判断电路变化前后各量的变化情况 知识建构 技能建构 规范全解 由图乙可知输入电压最大值um 20v 100 输入电压表达式u 20sin 100 t v 选项a错误 只断开s2后 l1 l2的电压均为正常工作电压的一半 两灯泡均不能正常发光 选项b错误 只断开s2后 副线圈接入电阻变大 输出功率减小 原线圈的输入功率也变小 选项c错误 s1换接到2后 由 及p 可知p 0 8w 选项d正确 答案 d 知识建构 技能建构 考向预测1如图甲所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为20 1 r1 10 r2 20 电容器电容c 100 f 已知电阻r1两端的正弦交流电压如图乙所示 则 a 原线圈输入电压的最大值为400v b 交流电的频率为100hz c 电容器所带电荷量恒为2 10 3c 知识建构 技能建构 d 电阻r1消耗的电功率为20w 解析 由图乙可知变压器输出的电压最大值为20v 有效值为10v 变压器原 副线圈的匝数比为20 1 所以原线圈输入电压的最大值为400v a选项正确 副线圈交流电的周期为0 02s 频率为50hz 原 副线圈交流电的频率一致 b选项错误 电容器所带电荷量随电压变化而变化 c选项错误 r1消耗的电功率p 20w d选项正确 答案 ad 知识建构 技能建构 高考真题2 2010年高考 天津理综卷 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 和理想交流电流表 导线电阻不计 如图所示 当开关s闭合后 a 示数变大 与示数的比值不变 b 示数变大 与示数的比值变大 知识建构 技能建构 c 示数变小 与示数的比值变大 d 示数不变 与示数的比值不变 命题分析 本题考查理想变压器的动态变化问题 难度中等偏下 这类题型在近几年高考中常被考查到 知识建构 技能建构 解析提示 解答本题时要注意 u1 u2不受功率变化的影响 s闭合后 总功率增大 由此判断总电流与各支路电流 的变化 知识建构 技能建构 规范全解 开关s闭合前后 与的示数均不变 故选项d正确 开关s闭合后 用电器的总电阻变小 示数变大 而n1i1 n2i2 所以与示数的比值不变 故选项a正确 答案 ad 知识建构 技能建构 考向预测2如图所示 一低压交流稳压器中 变压器的原 副线圈都带有滑动头 通过上下调节p1 p2的位置 可以改变变压器输入 输出电压 图示l是一个小灯泡 r2是定值电阻 r1 r3是滑动变阻器 若要增大灯泡l的亮度 可以采取的办法是 a p1 p3 p4不动 p2下移 b p1 p2 p3不动 p4下移 c p2 p3 p4不动 p1上移 知识建构 技能建构 d p1 p2 p4不动 p3上移 解析 根据变压器的变压原理 要增大输出电压 需要使p1下移或p2上移 滑动变阻器r1是分压接法 p3上移可以使灯泡两端电压增大 灯泡功率也就增大 使其变亮 滑动变阻器r3的触头p4上移时才能使灯泡两端的电压增大 使灯泡变亮 所以只有d项正确 答案 d 知识建构 技能建构 第3讲实验 传感器的简单应用 知识建构 技能建构 1 知道传感器的作用 一 实验目的 知识建构 技能建构 2 观察热敏电阻和光敏电阻的阻值是如何随热信号和光信号而变化的 二 实验原理 传感器是将它所感受到的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的量 一般是电学量 的一类元件 例如 热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号 光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号 转换后的信号经过相应的仪器进行处理 就可达到自动控制等各种目的 知识建构 技能建构 三 实验器材 铁架台 温度计 欧姆表 烧杯 热敏电阻 光敏电阻 导线 纸带 光电计数器 钩码 知识建构 技能建构 1 热敏特性实验 如图所示 四 实验步骤 知识建构 技能建构 2 将多用电表的选择开关置于 欧姆 挡 将两表笔短接 调零后再将两支表笔分别与热敏电阻的两个接触端相连 1 在烧杯内倒入少量冷水 放在铁架台上 将悬挂在铁架台上的温度计放入水中 知识建构 技能建构 3 将热敏电阻放入烧杯内的水中 在欧姆挡上选择合适的倍率 再调零 把两支表笔接到热敏电阻的两输出端 读出多用电表指示的热敏电阻的阻值 填入表格内 实验记录 知识建构 技能建构 5 通过比较这些测得的数据 看看热敏电阻是怎样随温度的变化而变化的 4 分几次向烧杯内倒入开水 观察不同温度时热敏电阻的阻值 记录在表格内 6 将多用电表的选择开关置于交流电压最高挡或 off 挡 拆除装置 将器材按原样整理好 知识建构 技能建构 2 光敏电阻特性实验 如图所示 1 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 选择合适的倍率 将两支表笔短接后调零 知识建构 技能建构 3 将手张开放在光敏电阻的上方 挡住照到光敏电阻上的部分光线 观察表盘所示光敏电阻阻值的变化 并记录下来 2 把多用电表的两支表笔接到光敏电阻的两个输出端 读出表盘指示的光敏电阻的阻值 并记录下来 4 上下移动手掌 观察光敏电阻阻值的变化 5 将多用电表的选择开关置于交流电压最高挡或 off 挡 拆开装置 将器材按原样整理好 知识建构 技能建构 3 光电计数的基本原理 将钩码放在纸带上 如图所示 拖动纸带向前运动 观察光电计数器上的 数字变化 知识建构 技能建构 4 简单自动控制实验 请同学们自己设计一个由热敏电阻或光敏电阻作为传感器的简单自动控制实验 五 实验注意事项 知识建构 技能建构 2 可用图象描出电阻随温度变化的图线来分析其规律 1 在做热敏电阻特性实验时 加开水后 要等一会再测其阻值 以使电阻温度与水的温度 相同 并同时读出水温 3 在做光敏电阻特性的实验中 如果效果不明显 可将部分电路放入带盖的纸盒中 并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的 光的多少 4 光电计数器是比较精密的仪器 使用过程中注意轻拿轻放 知识建构 技能建构 一 热敏电阻的特性 知识建构 技能建构 例1用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻rt 在给定温度范围内 其阻值随温度的变化是非线性的 某同学将rt和两个适当的固定电阻r1 r2连成图甲虚线框内所示的电路 以使该电路的等效电阻rl的阻值随rt所处环境温度的变化近似为线性的 且具有合适的阻值范围 为了验证这个设计 他采用伏安法测量在不同温度下rl的阻值 测量电路如图甲所示 图中的电压表内阻很大 rl的测量结果如表所示 甲 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 1 根据图甲所示的电路 在图乙所示的实物图上连线 乙 回答下列问题 知识建构 技能建构 2 为了检验rl与t之间近似为线性关系 在坐标纸上作rl t关系图线 知识建构 技能建构 3 在某一温度下 电路中的电流表 电压表的示数如图丙 丁所示 电流表的示数为 电压表的示数为 此时等效电阻rl的阻值为 热敏电阻所处环境的温度约为 丙丁 知识建构 技能建构 名师点金 本题是一道实验综合题 既考查电路的连接 多用电表的读数 同时考查图象的应用 解答时要注意温度变化时引起的电路各部分电阻 电流 电压的变化 知识建构 技能建构 规范全解 本题主要考查伏安法测电阻的知识 需要考生明确实验的原理会根据电路图进行实物连线 会用图象法处理实验数据 由图中可得到电流表示数为115ma 电压表读数为5 00v rl 43 5 由rl t图象可知 该等效电阻对应的温度为64 0 答案 1 如图戊所示 知识建构 技能建构 2 关系曲线如图己所示 3 115ma5 00v43 5 64 0 知识建构 技能建构 变式训练如图所示 图甲为热敏电阻的r t图象 图乙为此热敏电阻r和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路 继电器线圈电阻为100 当线圈电流大于或等于10ma时 继电器的衔铁被吸合 为继电器线圈供电的电池的电动势e 6v 内阻不计 图中的 电源 是恒温箱加热器的电源 甲乙 知识建构 技能建构 1 应该把恒温箱内的加热器接在两端 填 a b 或 c d 2 如果要使恒温箱内的温度保持50 可变电阻r 的阻值应调节为 3 如果要使恒温箱内的温度保持100 可变电阻r 的阻值应调节为 知识建构 技能建构 4 若可变电阻r 可在380 到470 范围内调节 则此恒温箱可控制的恒温范围是 规范全解 1 温度低于要求时 电路加热设备应工作 此时热敏电阻的阻值大 由闭合电路的欧姆定律可知 电路中电流小 弹簧将衔铁向上拉起 故加热器应接a b两端 2 恒温箱内的温度保持50 由甲图可知热敏电阻在此温度时的阻值为100 由闭合电路欧姆定律可知e i 100 r 100 得r 400 所以可变电阻r 的值应调为400 知识建构 技能建构 4 可变电阻r 可在380 到470 范围内调节 由闭合电路欧姆定律可知e i 100 r1 380 和e i 100 r2 470 解得热敏电阻的阻值分别为r1 120 r2 30 由甲图可知对应的温度分别是t1 40 t2 150 此恒温箱可控制的恒温范围是40 150 答案 1 a b 2 400 3 450 4 40 150 3 恒温箱内的温度保持100 由甲图可知热敏电阻在此温度时的阻值为50 由闭合电路欧姆定律可知e i 100 r 50 得r 450 所以可变电阻r 的值应调为450 知识建构 技能建构 例2光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用 比如用于街道路灯的自动控制 图甲为模拟电路 其中a为光敏电阻 b为电磁继电器 c为照明电路 d为路灯 请连成正确的电路 达到日出灯熄 日落灯亮的效果 甲 二 光传感器的应用 知识建构 技能建构 名师点金 本题考查光敏电阻的特性及在传感器中的应用 同时考查了电路的连接 在能力方面重点考查学生的实验与探究能力 知识建构 技能建构 规范全解 如图乙所示 当天亮时 光线照射光敏电阻a 其阻值迅速减小 控制回路电流增大 继电器b工作 吸住衔铁使触点断开 路灯熄灭 当夜晚降临 光线变暗 光敏电阻a的阻值增大 控制回路电流减小 弹簧将衔铁拉起 触点接通 路灯点亮 答案 如图乙所示 知识建构 技能建构 1 2012年山东聊城模拟 如图所示 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 a 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 知识建构 技能建构 灯泡的功率增大 故c项正确 答案 abc 解析 当照射光强度增大时 r3阻值减小 外电路电阻随r3的减小而减小 r1两端电压因干路电流增大而增大 同时内电压增大 故电路路端电压减小 电压表的示数增大 a项正确 d项错误 由路端电压减小 r1两端电压增大知 r2两端电压必减小 则r2中电流减小 故b项正确 结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大 则小 知识建构 技能建构 2 2010年高考 全国理综卷 如图甲所示 一热敏电阻rt放在控温容器m内 为毫安表 量程为6ma 内阻为数十欧姆 e为直流电源 电动势约为3v 内阻很小 r为电阻箱 最大阻值为999 9 s为开关 已知rt在95 时的阻值为150 在20 时的阻值约为550 现要求在降温过程中测量在95 20 之间的多个温度下rt的阻值 知识建构 技能建构 2 完成下列实验步骤中的填空 依照实验原理电路图连线 调节控温容器m内的温度 使得rt的温度为95 将电阻箱调到适当的初值 以保证仪器安全 闭合开关 调节电阻箱 记录电流表的示数i0 并记录 将rt的温度降为t1 20 t1 95 调节电阻箱 使得电流表的读数 记录 温度为t1时热敏电阻的电阻值 逐步降低t1的数值 直至20 为止 在每一温度下重复步骤 1 在图甲中画出连线 完成实验原理电路图 知识建构 技能建构 1 根据题意 题目中没有提供滑动变阻器 取而代之的是电阻箱 所以只能将各元件串联起来组成一闭合回路 解析 本题考查闭合电路欧姆定律的有关知识 知识建构 技能建构 2 因为电源内阻很小可以忽略不计 所以内电压可以忽略不计 先调节控温容器使rt的温度为95 调节电阻箱使电流表示数为i0 此时电阻箱示数为r0 假设电流表内阻为ra 电源电动势用e表示 有e i0ra i0 150 i0r0 将rt的温度降为t1 调节电阻箱使电流表的示数仍然为i0 记下电阻箱的示数r1 则有e i0ra i0 rt1 i0r1 将两式联立即得rt1 r0 r1 150 答案 1 实验原理电路图如图乙所示 2 电阻箱的读数r0 仍为i0电阻箱的读数r1 r0 r1 150 知识建构 技能建构 3 2012年东北四校联考 电流传感器可以像电流表一样测量电流 它与计算机相连 能在几秒内画出电流随时间变化的图象 如图甲所示电路 电源电动势为直流8v 电容器为几百微法的电容器 先使开关s与1相连 电源向电容器充电 然后把开关s掷向2 电容器通过电阻r放电 计算机屏幕上显示出电流随时间变化的i t曲线 如图乙所示 则 在图乙中画出了一个竖立的狭长矩形 在图乙的左端 它的面积的物理意义是 根据以上数据估算的电容是 结果保留三位有效数字 知识建构 技能建构 解析 由q i t可知 i t图象中的面积表示为通过电流传感器的电荷量 由数格法可知电容器放电前所带电荷量q 42 0 2 10 3 0 4c 3 36 10 3c 则c 420 f 答案 通过电流传感器的电荷量400 440 f 知识建构 技能建构 4 2009年高考 宁夏理综卷 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电 为路灯提供电能 用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关 实现自动控制 光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化 作为简化模型 可以近似认为 照射光较强 如白天 时电阻几乎为0 照射光较弱 如黑夜 时电阻接近于无穷大 利用光敏电阻作为传感器 借助电磁开关 可以实现路灯自动在白天关闭 黑夜打开 电磁开关的内部结构如图甲所示 1 2两接线柱之间是励磁线圈 3 4两接线柱分别与弹簧片和触点连接 当励磁线圈中电流大于50ma时 电磁铁吸合铁片 弹簧片和触点分离 3 4断开 电流小于50ma时 3 4接通 励磁线圈中允许通过的最大电流为100ma 知识建构 技能建构 1 利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路 画出电路原理图 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 回答下列问题 如果励磁线圈的电阻为200 励磁线圈允许加的最大电压为v 保护电阻r2的阻值范围为 在有些应用电磁开关的场合 为了安全 往往需要在电磁铁吸合铁片时 接线柱3 4之间从断开变为接通 为此 电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明 答 任意举出一个其他的电磁铁应用的例子 答 知识建构 技能建构 解析 1 电路原理如图所示 知识建构 技能建构 2 由u ir得励磁线圈允许加的最大电压u imr 0 1 200v 20v 依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得r2min 160 r2max 520 因此保护电阻r2的阻值范围为160 520 把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧 保证当电磁铁吸合铁片时 3 4之间接通 不吸合时 3 4之间断开 电磁起重机 答案 见解析 知识建构 技能建构 第4讲单元整合 综合建构 综合建构 1 正弦交流电图象一般是i t e t t图象 每个图象上一个完整的正弦曲线的水平长度就是一个周期 根据 可以求出 根据f 可以求出频率 进而知道1s中电流方向的改变次数为2f次 一 有关正弦交流电图象的问题 综合建构 2 i t e t图象峰值相对应线圈平面处于与磁感线平行的位置 磁通量为零 磁通量变化率最大 i t e t图象与横轴交点处 对应线圈位于中性面位置 磁通量最大 磁通量变化率为零 t图象峰值对应电流为零 t图象是正弦规律变化时 对应的i t e t图象是余弦规律变化 感应电动势最大值em nbs 综合建构 考题回顾1 2010年高考 广东理综卷 图示是某种正弦式交变电压的波形图 由图可确定该电压的 a 周期是0 01s b 最大值是311v c 有效值是220v d 表达式为u 220sin100 t v 综合建构 规范全解 由图象可知 此交变电压的周期是0 02s 最大值是311v 选项a错误 b正确 因为是正弦交流电 所以电压有效值u 220v 故选项c正确 选项d显然是错误的 答案 bc 命题分析 本题考查正弦式交变电压图象的读图能力 以及交流电有效值与最大值之间的关系 由图象写出其图象表达式也是高考中常考的内容 综合建构 考向预测1如图甲所示 一个半径为r的半圆形线圈 以