（江苏专用）2019版高考物理大一轮复习 第11单元 交变电流 传感器学案.doc

第11单元 交变电流 传感器高考热点统计要求2014年2015年2016年2017年高考基础要求及冷点统计正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值21161619交变电流、交变电流的图像()远距离输电()交变电流、交变电流的图像属于基本要求,远距离输电是高考冷点.理想变压器2116 1619考情分析1.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.2.高考对本单元的考查一般以生产、生活实际及近代科技问题为背景,考查理想变压器的应用、含变压器电路动态分析及远距离输电问题.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.5.周期和频率(1)周期:完成一次周期性变化所需要的.(2)频率:每秒钟完成周期性变化的.(3)周期、角速度和频率的关系:t=,=2f.【思维辨析】(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=sin t电流i=imsin t=sin t1 (多选)2017长沙雅礼中学月考 如图28-2甲所示,一个矩形导线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.线圈内磁通量随时间t的变化规律如图乙所示,则下列说法中正确的是()图28-2a.t1时刻线圈中的感应电动势最大b.t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直c.t3时刻线圈平面与中性面重合d.t4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同式题 一矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且位于线圈平面内的固定轴转动.线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如图28-3所示.下列说法正确的是()图28-3a.t1时刻穿过线圈的磁通量为零b.t2时刻穿过线圈的磁通量最大 c.t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大d.每当e变换方向时,穿过线圈的磁通量都最大 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=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= u=i=(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=计算通过导线截面的电荷量考向一交变电流瞬时表达式的书写2 图28-4甲是交流发电机模型示意图.在磁感应强度为b的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴oo转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕oo转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻r形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示.已知ab长度为l1,bc长度为l2,线圈以恒定角速度逆时针转动.(只考虑单匝线圈)(1)从线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式;(2)从线圈平面处于与中性面成0角位置时开始计时,如图丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式.图28-4 方法技巧书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式em=nbs求出相应峰值.(2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.若线圈从中性面位置开始转动,则i-t图像为正弦函数图像,函数式为i=imsin t.若线圈从垂直中性面位置开始转动,则i-t图像为余弦函数图像,函数式为i=imcos t.考向二正弦交变电流有效值的计算和应用3 如图28-5所示,实验室一台手摇交流发电机内阻r=1 ,外接r=9 的电阻.闭合开关s,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin 10t(v),则()图28-5a.该交变电流的频率为10 hzb.该电动势的有效值为10 vc.外接电阻r所消耗的电功率为10 wd.电路中理想交流电流表的示数为1 a考向三平均值和有效值的比较4 (多选)如图28-6所示,一矩形线圈面积为s,匝数为n,内阻为r,绕其垂直于磁感线的对称轴oo以角速度匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为b,从图示位置开始转90的过程中,下列说法正确的是()图28-6a.通过电阻r的电荷量q=b.通过电阻r的电荷量q=c.外力做功平均功率p=d.从图示位置开始计时,则感应电动势随时间变化的规律为e=nbssin t 注意事项(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5 图28-7为交变电流随时间变化的图像,则交变电流有效值为()图28-7a.5 a b.5 ac. a d.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28-8所示,则此感应电动势的有效值为v.图28-8式题2 电压u随时间t的变化情况如图28-9所示,求电压的有效值.图28-9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28-10所示,求灯泡两端的电压的有效值.图28-10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=.【思维辨析】(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:电流关系只有一个副线圈时,电流和匝数成反比: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i11 2017北京卷 如图29-2所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin 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220 wb.电流表的读数为1 ac.电压表的读数为110 vd.副线圈输出交流电的周期为50 s式题 2016全国卷 一含有理想变压器的电路如图29-3所示,图中电阻r1、r2和r3的阻值分别为3 、1 和4 ,a为理想交流电流表,u为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定.当开关s断开时,电流表的示数为i;当s闭合时,电流表的示数为4i.该变压器原、副线圈匝数比为()图29-3a.2b.3c.4d.5考点二变压器电路的动态分析考向一匝数比不变,负载变化的情况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 规律总结如图29-5所示.图29-5(1)u1不变,根据,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不变.(2)当负载电阻发生变化时,副线圈的电流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变化引起输出功率p2变化,输出功率决定输入功率,可以判断输入功率p1的变化.考向二匝数比变化,负载电阻不变的情况3 (多选)如图29-6甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为41,b是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻r=10 ,其余电阻均不计,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,则下列说法正确的是()图29-6a.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为55 vb.当单刀双掷开关与a连接且t=0.01 s时,电流表示数为零c.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率增大d.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率为25 hz 规律总结如图29-7所示.图29-7 (1)u1不变,发生变化,u2变化.(2)r不变,u2变化,i2发生变化.(3)根据p2=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.考点三远距离输电问题远距离输电问题的“三、二、一”(1)理清三个回路图29-8在回路2中,u2=u+u3,i2=i线=i3.(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,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,p3=p4.(3)掌握一个守恒能量守恒关系式p1=p损+p4.4 图29-9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29-9a.c.4r 方法技巧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5 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29-10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()图29-10a.380 v和5.3 a b.380 v和9.1 ac.240 v和5.3 a d.240 v和9.1 a考向二互感器6 2016福建龙岩质检 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29-11的四种电路连接正确的是()图29-11考向三副线圈含二极管的变压器7 (多选)2014全国卷 如图29-12所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表a接正弦交流电源,一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大.用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd,则()图29-12a.uabucd=n1n2b.增大负载电阻的阻值r,电流表的读数变小c.负载电阻的阻值越小,c、d间的电压ucd越大d.将二极管短路,电流表的读数加倍传感器的简单应用一、实验目的1.认识热敏电阻、光敏电阻的特性.2.了解传感器在技术上的简单应用.二、实验器材热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、铁架台(带铁夹)、冷水、热水、多用电表、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等.考点一实验原理与实验操作1.研究热敏电阻的特性(1)如图s12-1所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理.图s12-1(2)把多用电表置于“欧姆”挡,并选择适当的倍率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、填表.(5)画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.(6)根据实验数据和r-t图线,分析得到热敏电阻的特性.2.研究光敏电阻的特性(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图s12-2所示电路连接,其中多用电表置于“欧姆”挡.图s12-2(2)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)接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐增强,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录.(4)用黑纸遮住光,观察并记录光敏电阻的阻值.(5)分析记录结果,得到光敏电阻的特性:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强时电阻减小,光照减弱时电阻增大.1 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s12-3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.图s12-3t/30.040.050.060.070.080.0rt/199.5145.4108.181.862.949.1(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s12-4所示的选择开关旋至(选填“a”“b”“c”或“d”).图s12-4(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 式题 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s12-5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s12-5(2)如图s12-6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)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.图s12-6考点二力电传感器的实际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s12-7所示)图s12-7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2 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s12-8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s12-8式题 传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图s12-9甲所示,图乙是用热敏电阻r1作为传感器制作的简单自动报警器原理图.图s12-9(1)为了使温度过高时报警器铃响,开关s应接在(选填“a”或“b”)处.(2)若使启动报警器的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片p向(选填“左”或“右”)移动.1.(多选)下列器件可作为传感器的有()a.定值电阻b.热敏电阻c.霍尔元件d.干电池2.(多选)如图s12-10所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明()图s12-10a.热敏电阻在温度越高时,电阻越大b.热敏电阻在温度越高时,电阻越小c.半导体材料温度升高时,导电性能变差d.半导体材料温度升高时,导电性能变好3.金属铂的电阻值随温度的变化而变化,图s12-11中可能表示金属铂电阻的u-i图线的是()图s12-114.如图s12-12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s12-12a.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5.2016北京东城区模拟 利用金属导体的电阻随温度的变化而变化的特点可以制成电阻温度计.如图s12-13甲所示为某种金属导体的电阻r随温度t变化的图线(直线).如果用这种金属导体做成测温探头,再将它连入如图乙所示的电路中,随着测温探头处待测温度的变化,电流表示数也会发生变化.则在t1t2温度范围内()图s12-13a.待测温度越高,电流表的示数越大b.待测温度越高,电流表的示数越小c.待测温度升高,电流表的示数均匀增大d.待测温度升高,电流表的示数均匀减小6.(多选)传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件.如图s12-14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s12-14a.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7.(多选)如图s12-15甲所示的电路中电源电动势e=8 v,电阻r与一个电流传感器相连,传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上,先将s接2给电容器c充电,再将s接1,结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的曲线,c为图像上的一点,将该曲线描绘在坐标纸上(坐标纸上的小方格图中未画出),电流坐标轴每小格表示0.1 ma,时间坐标轴每小格表示0.1 s,曲线与aob所围成的面积约为80个小方格.则下列说法正确的是()图s12-15a.充电电流由a极板穿过电容器内部流向b极板b.c点的横、纵坐标乘积表示电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量c.电容器充电完毕时,所带电荷量约为810-4 cd.电容器的电容约为10-4 f8.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,图s12-16甲为某工厂成品包装车间的光传感器工作的示意图,光传感器b能接收到发光元件a发出的光,每当工件挡住a发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示.若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离均为0.2 m,则下列说法正确的是()图s12-16a.传送带运动的速度是0.1 m/sb.传送带运动的速度是0.2 m/sc.该传送带每小时输送3600个工件d.该传送带每小时输送7200个工件9.(多选)工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤,图s12-17甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图,其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器.拉力传感器的内部电路如图丙所示,r1、r2、r3是定值电阻,r1=20 k,r2=10 k,r0是对拉力敏感的应变片电阻,其电阻值随拉力变化的图像如图乙所示,已知料斗重1103 n,没装料时uba=0,g取10 m/s2.下列说法中正确的是()图s12-17a.r3阻值为40 kb.装料时,r0的阻值逐渐变大,uba的值逐渐变小c.拉力越大应变片电阻阻值也越大,uba的值也越大d.应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量10.利用负温度系数热敏电阻(随着温度的升高,电阻值降低)制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快且精确度高.图s12-18(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变(选填“大”或“小”).(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度.如果刻度盘正中的温度为20 (如图s12-18甲所示),则25 的刻度应在20 的刻度的(选填“左”或“右”)侧.(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内的温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路.教师详解(听课手册)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】核心填空一、1.方向二、1.nbs2.大小方向3.热量4.n5.(1)时间(2)次数思维辨析(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()【考点互动探究】考点一例1bc解析 t1时刻穿过线圈的磁通量最大,此时磁通量的变化率等于零,故感应电动势为零,a错误;t2时刻穿过线圈的磁通量为零,故线圈与磁场平行,ab的速度方向与磁场方向垂直,b正确;t3时刻穿过线圈的磁通量最大,故此时线圈与中性面重合,c正确;t5时刻穿过线圈的磁通量最大,此时磁通量的变化率等于零,故没有感应电流,d错误.变式题d解析 t1、t3时刻线圈与中性面重合,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零,此时感应电动势为零,感应电流也为零,恰是电流改变方向的时刻,故a、c错误,d正确;t2、t4时刻线圈与中性面垂直,线圈平面与磁感线平行,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量的变化率最大,此时感应电动势最大,感应电流最大,故b错误.考点二例2(1)e1=bl1l2sin t(2)e2=bl1l2sin (t+0)解析 (1)矩形线圈abcd在磁场中转动时,只有ab和cd切割磁感线,且转动的半径为r=,设ab和cd的转动速度为v,则v=在t时刻,导线ab、cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为e1=bl1v由图可知v=vsin t则整个线圈的感应电动势为e1=2e1=bl1l2sin t(2)当线圈由图丙位置开始运动时,在t时刻整个线圈的感应电动势为e2=bl1l2sin (t+0)例3d解析 由交流电的表达式可知=10 rad/s,em=10 v,得f=5 hz,e=10 v,选项a、b错误.i=1 a,选项d正确.pr=i2r=9 w,选项c错误.例4bc解析 从图示位置转90的过程中,磁通量变化量=bs,通过电阻r的电荷量q=,选项a错误,选项b正确;矩形线圈绕其垂直于磁感线的对称轴oo以角速度匀速转动,产生的感应电动势最大值em=nbs,感应电流有效值为i=,外力做功平均功率p=emi=i2(r+r)=,选项c正确;从图示位置开始计时,感应电动势随时间变化的规律为e=nbssin=nbscos t,选项d错误.考点三例5b解析 设交变电流的有效值为i,根据有效值的定义,有i2rt=(4 a)2r+(3 a)2r,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t,解得u=220 v.变式题255 v解析 由有效值的定义式得t解得u=55 v.变式题3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=;后半周期电压为零.根据有效值的定义,有+0解得u=.1.一台发电机的结构示意图如图所示,其中n、s是永久磁铁的两个磁极,m是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形导线圈,线圈在绕过铁芯m中心的固定转轴匀速转动.磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场,磁感应强度大小处处相等.若从线圈处于图示位置开始计时,设此时电动势为正值,图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是()解析 d由于磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场,线圈在绕过铁芯m中心的固定转轴匀速转动过程中,垂直切割磁感线,产生的电动势大小不变,经过竖直面时,方向改变,所以选项d正确.2.如图所示,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()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.3.如图所示电路,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=20sin 100t(v),则加在r2上的电压有效值为()a.10 vb.20 vc.15 vd.5 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,解得u=5 v,选项d正确.4.(多选)如图所示,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b.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d.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=bs,则电流的有效值为i=,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,q=t,解得电荷量q=,故选项c正确;线圈转动一周的过程中,产生的热量为q=i2rt=,选项d错误.5.电压u随时间t的变化情况如图所示,求电压的有效值.答案 55 v解析 由有效值的定义,有t解得u=55 v.第29讲变压器远距离输电【教材知识梳理】核心填空一、1.铁芯2.零输出功率3.(1)p1=p2(2)(3)二、1.q=i2rt2.(1)电阻(2)高压3.(1)u2-u3i2r(2)p2-p3r思维辨析(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,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=2 a,由,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=220sin 100t (v),可知=100 rad/s,由t=可知,t=0.02 s,选项d错误.变式题b解析 开关断开时,原、副线圈的电流比,通过r2的电流i2=,副线圈的输出电压u2=i2(r2+r3)=,由,则u=u1+ir1=5i+3i;开关闭合时,原、副线圈的电流比,通过r2的电流i2=,副线圈的输出电压u2=i2r2=,由,则u=u1+4ir1=4i+12i,解得=3,选项b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.例3ac解析 由图乙可知,交变电压的最大值为311 v,交流电的周期为210-2 s,所以交流电的频率为50 hz,交变电压的有效值为220 v,根据原、副线圈电压与匝数成正比可知,当单刀双掷开关与a连接时,副线圈电压为55 v,所以副线圈电流为5.5 a,电流表示数为电流的有效值,不随时间变化,所以电流表的示数为5.5 a,选项a正确,选项b错误;当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的匝数变小,所以副线圈的电压变大,电阻r上消耗的功率变大,原线圈的输入功率也要变大,选项c正确;变压器不会改变交流电的频率,所以副线圈输出电压的频率为50 hz,选项d错误.考点三例4c解析 设升压变压器副线圈的电压为u,对升压变压器,有,解得u=,则输电线上损失的电功率为p损=(2r)=4r.考点四例5b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= a9.1 a,负载两端电压即为副线圈电压,由,即,可得u2=380 v,故选项b正确.例6a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,所以选项a正确.例7bd解析 经交流电压表、交流电流表测得的值分别为交变电压和交变电流的有效值,根据变压器公式得到输出电压,而输出电压u2不等于c、d端电压,因二极管具有单向导电性,输入电压通过变压器变压后经二极管整流后有效值发生变化, ucd=,则uabucd=n1n2,故a错误.增大负载电阻的阻值r, uab不变,ucd也不变,根据p出=可知输出功率减小,根据理想变压器的输入功率等于输出功率可知,输入功率必减小,故电流表读数变小,b正确,c错误.二极管短路时,ucd=u2,输出功率p出=2p出,故输入功率p1也加倍,而输入电压u1不变,根据p1=u1i1得电流表读数加倍,d正确.1.2015江苏卷 一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 v交变电流改变为110 v.已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为()a.200b.400c.1600d.3200解析 b 根据可知,副线圈匝数为400匝,选项b正确.2.2015安徽卷 如图所示电路中,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()a.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)2014广东卷 如图所示的电路中,p为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压u1不变,闭合开关s,下列说法正确的是()a.p向下滑动时,灯l变亮b.p向下滑动时,变压器的输出电压不变c.p向上滑动时,变压器的输入电流变小d.p向上滑动时,变压器的输出功率变大解析 bd由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压u2不变,滑片p滑动时,对灯泡两端的电压没有影响,故灯泡亮度不变,则选项a错误;滑片p下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,故选项b正确;滑片p上滑,电阻减小,副线圈输出电流i2增大,则原线圈输入电流i1也增大,此时变压器输出功率p2=u2i2将变大,故选项c错误,选项d正确.4.(多选)2015天津卷 如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r,p为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为u的正弦交流电,则()a.保持q的位置不动,将p向上滑动时,电流表读数变大b.保持q的位置不动,将p向上滑动时,电流表读数变小c.保持p的位置不动,将q向上滑动时,电流表读数变大d.保持p的位置不动,将q向上滑动时,电流表读数变小解析 bc保持q的位置不动,将p上滑时,副线圈电路中电阻变大,所以副线圈的电流变小,原线圈中电流也变小,a错误,b正确;保持p的位置不动,将q上滑时,副线圈两端的电压变大,所以副线圈电路中电流变大,原线圈中电流也变大,c正确,d错误.5.(多选)2015海南卷 如图所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为41,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为r0,负载电阻的阻值r=11r0,v是理想电压表,现将负载电阻的阻值减小为r=5r0,保持变压器输入电流不变,此时电压表的读数为5.0 v,则()a.此时原线圈两端电压的最大值约为34 vb.此时原线圈两端电压的最大值约为24 vc.原线圈两端原来的电压有效值约为68 vd.原线圈两端原来的电压有效值约为48 v解析 ad负载电阻减小为5r0时,有,可得u2=6 v,由可得u1=24 v,原线圈两端电压的最大值为 v34 v,选项a正确;保持变压器输入电流不变即i1不变,由知,负载电阻变化前后副线圈电流i2不变,则,可得u2=12 v,根据可得原线圈两端电压u1=48 v,选项d正确.6.(多选)如图所示,将额定电压为60 v的用电器,通过一理想变压器接在正弦式交变电源上.闭合开关s后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 v和2.2 a.以下判断正确的是()a.变压器输入功率为484 wb.通过原线圈的电流的有效值为0.6 ac.通过副线圈的电流的最大值为2.2 ad.变压器原、副线圈匝数比n1n2=113解析 bd将额定电压为60 v的用电器接在理想变压器的输出端,在闭合开关后,用电器正常工作,已知交流电压表和交流电流表(均为理想电表)读数