2026版《金版教程》高考一轮复习物理第4节 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 探究传感器的特性、传感器的应用

高考总复习首选用卷物理第4节实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系探究传感器的特性、传感器的应用1．某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。(1)下列实验器材必需要用的有________(选填字母代号)。A．干电池组 B．学生电源C．多用电表 D．直流电压表E．滑动变阻器 F．条形磁体G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)(2)下列说法正确的是________(选填字母代号)。A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数C．测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：______________________________________________________________________。实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V1160040012.12.90280040010.24.95340020011.95.92答案：(1)BCG(2)BC(3)在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)解析：(1)实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器；需要用多用电表测量交流电压，C需要；本实验不需要用条形磁体，需用可拆变压器来进行实验，G需要；综上所述，需要的实验器材为B、C、G。(2)为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。(3)通过数据分析可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。2．(2025·吉林省白城市高三模拟)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是________。A．为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12VB．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱D．为了多用表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测(2)某同学在完成上述实验后，采用如图甲所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小)，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开________(填选项字母)。A．导线A B．导线BC．开关C D．导线D(3)如图乙，当左侧线圈“0”“16”间接入12V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。A．6V B．4.3VC．2.1V答案：(1)D(2)A(3)C解析：(1)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，故A错误；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，B错误；为了保证人体安全，即使使用电压较低，通电时，也不可直接用手接触裸露的导线、接线柱，故C错误；为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，应先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。(2)实验结束时，应先把电压表从电路中断开，否则在断开开关瞬间，线圈由于自感会产生较高的电压烧毁电压表，故应先断开导线A，故A正确。(3)当左侧线圈“0”“16”间接入12V交变电压时，左侧线圈的匝数为16n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈的匝数为4n，其中n为某一个常数；理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，如果是理想变压器，则“0”“4”接线柱间输出的电压是3V，实验中考虑到漏磁、线圈发热和铁芯发热等因素，“0”“4”接线柱间输出的电压要小于3V，故A、B错误，C正确。3．(2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图a所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。(1)将图a中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(填“a”或“b”)，闭合开关；(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1mA，记录电压表的示数U；(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图b中；氧气含量为20%时电压表的示数如图c，该示数为________V(结果保留2位小数)。现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA，此时电压表的示数为1.50V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。答案：(1)如图所示(3)a(6)1.4017解析：(1)由题图a可知，滑动变阻器采用分压式接法(这种接法使传感器两端电压的调节范围较大)，电流表采用内接法(可以准确测定通过传感器的电流，也不影响传感器两端电压的测量)。实物连接图如答图所示(电压表负接线柱连接滑动变阻器a端亦可)。(3)为了保护电路，闭合开关后，电阻型氧气传感器两端的电压应为零，故应把滑动变阻器的滑片滑到a端再闭合开关。(6)由题图c可知，电压表的分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则读数为1.40V。在题图b中描出点(20%，1.40V)，用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。根据图线可得，电压表示数为1.50V时，氧气含量为17%。4．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RP在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018(1)根据表中数据，请在图1给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点：________________________________________。(2)如图2所示，当1、2两端所加电压上升至2V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1.0lx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RP(符号eq\a\vs4\al()，阻值见图表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。答案：(1)如图1所示光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)如图2所示解析：(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到光敏电阻阻值随照度变化的曲线，如答图1所示。阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。(2)因天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，故应串联一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1；此电路的原理图见答图2。5．目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度≥0.8mg/mL”。一兴趣小组现要利用一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，组装一个酒精测试仪，此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示。提供的器材有：A．二氧化锡半导体型酒精气体传感器RxB．直流电源(电动势为6V，内阻不计)C．电压表(量程为3V，内阻非常大，作为浓度表使用)D．电阻箱(最大阻值为999.9Ω)E．定值电阻R1(阻值为20Ω)F．定值电阻R2(阻值为10Ω)G．单刀双掷开关一个，导线若干(1)图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线。(2)电路中R应选用定值电阻________(填“R1”或“R2”)。(3)为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：①电路接通前，先将电阻箱调为40.0Ω，然后开关向________(填“c”或“d”)端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为________mg/mL；②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大，按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”。当电阻箱调为________Ω时，电压表指针满偏，将电压表此时指针对应的刻度线标记为________mg/mL；③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。答案：(1)图见解析(2)R2(3)①c0.1②10.00.8解析：(1)根据电路图连接实物图如图所示。(2)由于电压表量程为3V，本实验电压表并联在定值电阻两端，由欧姆定律可得，定值电阻两端的电压为UR＝eq\f(ER,Rx＋R)，由题图甲可知10Ω≤Rx≤70Ω，又E＝6V，得URmax＝eq\f(6R,10＋R)≤3V，则R≤10Ω，故选R2。(3)①本实验采用等效替代法，用电阻箱代替传感器调节此测试仪，故调节电阻箱到40.0Ω后，开关应向c端闭合，结合题图甲可知，此时的酒精气体浓度为0.1mg/mL；②根据UR2＝eq\f(ER2,R0＋R2)可知，电压表指针满偏时，电阻箱阻值为R0＝10.0Ω，结合题图甲可知，将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.8mg/mL。6．某同学用热敏电阻制作了一个简易自动报警器，热敏电阻的阻值R随温度t变化的图像如图甲所示，简易自动报警器的电路图如图丙所示，请回答以下问题：(1)用多用电表欧姆挡测继电器线圈ed(图乙所示)的电阻时，将选择开关旋至“×100”位置，欧姆调零，测线圈ed电阻发现指针偏转角度过大，则应把选择开关旋至________(选填“×10”或“×1k”)进行测量，经正确操作，多用表示数如图丁所示，则所测继电器的阻值为________Ω。(2)为使温度在达到报警温度时，简易报警器响起，单刀双掷开关C应该接________(选填“a”或“b”)。(3)流过继电器线圈ed的电流I0≥10mA才会报警，若直流电源电动势E1为18V(内阻不计)，欲实现温度达到或超过60℃时报警器响起，则滑动变阻器规格应该选择________。A．0～200Ω B．0～500ΩC．0～1500Ω答案：(1)×10220(2)a(3)C解析：(1)测电阻时指针偏转角度过大，说明所选挡位倍率太大，应换用较小倍率挡位，所以应把选择开关旋至“×10”挡进行测量。由题图丁知，所测继电器的阻值为Red＝22×10Ω＝220Ω。(2)由题图甲知，温度升高，热敏电阻阻值减小，通过继电器线圈的电流增大，其产生的磁场磁感应强度增大，把铁片向左吸引，所以为使报警器达到报警温度时响起，单刀双掷开关C应该接a。(3)流过继电器线圈ed的电流I0≥10mA才会报警，若温度达到60℃时报警器恰好报警，由题图甲知此时热敏电阻的阻值为R＝580Ω，回路的总电阻为R总＝eq\f(18,10×10－3)Ω＝1.8×103Ω，则此时滑动变阻器接入电路的阻值为R滑＝R总－R－Red＝1.8×103Ω－580Ω－220Ω＝1000Ω，所以滑动变阻器的规格应该选择0～1500Ω，C正确。7．(2024·广东高考)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路，所用器材有：电源E(电动势3V)；电压表和(量程均有3V和15V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图，图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。(1)电路连接。图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表、间的实物图连线。(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。①将图甲中R的滑片置于________端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。的示数如图丙所示，读数U1为________V，的示数U2为1.17V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(填“较大”或“较小”)。③断开S。(3)光源跟踪测试。①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2，图乙中的电动机带动电池板________(填“逆时针”或“顺时针”)转动，直至________时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。答案：(1)如图所示(2)①b②1.60较大(3)②逆时针U1＝U2解析：(1)由题图甲可知，滑动变阻器采用分压式接法，RG1与RG2串联，、分别测RG1、RG2两端电压，又电源电动势为3V，所以电压表选择0～3V量程，据此完成实物图连线如答图所示。(2)①为了保证电路的安全，实验开始前，应使闭合开关S后分压电路两端电压为0，则要将R的滑片置于b端。②电压表量程为3V，由题图丙知精度为0.1V，则读数为1.60V；电压表比电压表的示数大，根据串联电路分压规律可知，RG1＞RG2，结合题中信息可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。(3)②两电压表的示数U1＜U2，根据(2)分析可知，RG1表面的光照强度比RG2表面的大，则手电筒的光应从左上方斜射下来，因此电动机应带动电池板逆时针转动，直至U1＝U2时停止转动，从而使电池板正对手电筒发出的光。8．(2024·河北高考)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20V)、数字电流表(0～20mA)、滑动变阻器R(最大阻值50Ω，1.5A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。(1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)，由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)。(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)