（新課標(biāo)）2020高考物理總復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器教師用書（含解析）.doc

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交變電流　傳感器 考 綱 要 求 考 情 分 析 交變電流、交變電流的圖像 Ⅰ 1.命題規(guī)律 近幾年高考對(duì)該部分內(nèi)容常以選擇題的形式考查，交變電流的有效值、瞬時(shí)值，變壓器的原理及應(yīng)用，遠(yuǎn)距離輸電等知識(shí)。其中與變壓器有關(guān)的內(nèi)容出現(xiàn)頻率較高。 2.考查熱點(diǎn) 預(yù)計(jì)近幾年高考對(duì)交變電流的考查仍會(huì)側(cè)重于變壓器的原理及應(yīng)用，還可能綜合圖像考查有效值、瞬時(shí)值或遠(yuǎn)距離輸電等知識(shí)。 　　1.命題規(guī)律 正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值 Ⅰ 理想變壓器 Ⅱ 遠(yuǎn)距離輸電 Ⅰ 實(shí)驗(yàn)十二：傳感器的簡(jiǎn)單使用 第69課時(shí)　交變電流的產(chǎn)生與描述(雙基落實(shí)課) 點(diǎn)點(diǎn)通(一)　交變電流的產(chǎn)生與變化規(guī)律 1．正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖像 (1)產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2)圖像：用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，其圖像為正弦曲線。如圖甲、乙所示。 2．周期和頻率 (1)周期(T)：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是秒(s)，公式T＝。 (2)頻率(f)：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位是赫茲(Hz)。 (3)周期和頻率的關(guān)系：T＝。 3．正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(從中性面開始計(jì)時(shí)) (1)電動(dòng)勢(shì)e＝Emsin ωt＝nBSωsin_ωt。 (2)電流i＝Imsin_ωt＝sin ωt。 (3)電壓u＝Umsin_ωt＝sin ωt。 [小題練通] 1．如圖所示，線圈靜止，磁體按圖示方向旋轉(zhuǎn)，線圈中沒有電流的位置是(　　) 解析：選B　只有B中線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有電流產(chǎn)生，故B正確。 2．(教科教材原題)如圖所示，一線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過圖示位置時(shí)(　　) A．穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大 B．穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小 C．穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大 D．穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小 解析：選C　題圖所示位置線圈平面與磁感線平行，處于垂直于中性面的位置，故穿過線圈的磁通量為零(即最小)，而磁通量的變化率最大，故C正確。 3.(多選)(魯科教材原題)題圖是正弦交變電流的圖像，由該圖像可知(　　) A．該交變電流的頻率是0.02 Hz B．該交變電流的有效值是14.14 A C．該交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式是i＝20sin(0.02t)A D．在t＝(T是周期)時(shí)刻，該電流的大小與其有效值相等 解析：選BD　由題圖可知，周期T＝0.02 s，頻率f＝50 Hz，A錯(cuò)誤；電流的最大值Im＝20 A，有效值I＝ A≈14.14 A，B正確；瞬時(shí)值表達(dá)式i＝20sin(100πt)A，C錯(cuò)誤；將t＝代入瞬時(shí)值表達(dá)式，解得i′≈14.14 A，D正確。 [融會(huì)貫通] 理解交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 (1)從線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的特殊位置理解，關(guān)鍵要弄清中性面和最大值兩個(gè)位置。 (2)從周期性變化理解，關(guān)鍵要掌握周期和頻率的概念。 (3)從變化規(guī)律理解，關(guān)鍵是瞬時(shí)值表達(dá)式要和圖像正確結(jié)合。 點(diǎn)點(diǎn)通(二)　有效值的理解和計(jì)算 1．有效值的理解 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值。對(duì)于正弦式交流電，其有效值和峰值的關(guān)系為E＝，U＝，I＝。 2．有效值的計(jì)算 (1)計(jì)算有效值時(shí)要注意根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解。 (2)利用兩類公式Q＝I2Rt和Q＝t可分別求得電流有效值和電壓有效值。 (3)若圖像部分是正弦(或余弦)交流電，其中從零(或最大值)開始的周期整數(shù)倍的部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系Im＝I、Um＝U求解。 3．幾種典型交變電流的有效值 電流圖像 有效值 正弦式交變電流 I＝ 正弦半波電流 I＝ 正弦單向脈沖電流 I＝ 矩形脈沖電流 I＝ Im 非對(duì)稱性交變電流 I＝ [小題練通] 1．(多選)(滬科教材原題)下面關(guān)于交變電流的說法中正確的是(　　) A．交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是所用交流的峰值 B．用交流電流表和電壓表測(cè)定的讀數(shù)值是交流的瞬時(shí)值 C．給定的交流電數(shù)值，在沒有特別說明的情況下都是指有效值 D．跟交變電流有相同熱效應(yīng)的直流電流的有關(guān)數(shù)值是交變電流的有效值 解析：選CD　交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是有效值，A錯(cuò)誤；交流電表測(cè)定的讀數(shù)值也是有效值，B錯(cuò)誤；給定的交流電數(shù)值通常都是指有效值，C正確；交變電流的有效值是根據(jù)熱效應(yīng)定義的，D正確。 2．(2018全國(guó)卷Ⅲ)一電阻接到方波交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值均為u0，周期均為T，如圖所示。則Q方∶Q正等于(　　) A．1∶　　　　　　　　 B．∶1 C．1∶2 D．2∶1 解析：選D　由焦耳定律和有效值概念知，一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生熱量Q方＝＋＝T，Q正＝T＝T＝T，故Q方∶Q正＝2∶1，D正確。 3．一交變電流的電流瞬時(shí)值i＝5sin 100πt A，則它的最大值為________A，有效值為________A，周期為________s，頻率為________Hz。 解析：根據(jù)交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式可知，最大值Im＝5 A，有效值I＝ A＝ A，周期T＝＝0.02 s，頻率f＝＝50 Hz。 答案：5　　0.02　50 [融會(huì)貫通]　求解有效值的一般方法和技巧 (1)首先要分析交變電流的變化規(guī)律，正弦式電流的最大值和有效值的關(guān)系是I＝，U＝，非正弦式交變電流一般不符合此關(guān)系。 (2)對(duì)于非正弦式交變電流，可在一個(gè)周期內(nèi)分段求出產(chǎn)生的熱量，再求總熱量Q。將總熱量Q用相應(yīng)的物理量I或U來表示(如Q＝I2Rt或Q＝t)，則I或U為其交變電流的相應(yīng)有效值。 (3)由P＝I2R＝可知，R一定時(shí)，P∝I2、P∝U2，所以可根據(jù)功率的變化比例確定有效值的變化比例，此方法適合對(duì)比分析兩種狀態(tài)的問題。 交變電流的“四值”及應(yīng)用 物理含義 重要關(guān)系 適用情況 瞬時(shí)值 交變電流某一時(shí)刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 計(jì)算線圈某一時(shí)刻的受力情況 峰值 交變電流最大的瞬時(shí)值 Em＝nBSω Im＝ 確定用電器的耐壓值、電容器的擊穿電壓 有效值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值 E＝ U＝ I＝ (1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如功率、熱量) (2)交流電表的測(cè)量值 (3)用電器設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流 (4)保險(xiǎn)絲的熔斷電流 平均值 it圖像中圖線與時(shí)間軸所圍面積與時(shí)間的比值 ＝n ＝ 計(jì)算通過電路某截面的電荷量 [課堂綜合訓(xùn)練] 1.如圖所示，矩形線圈abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab邊長(zhǎng)大于ad邊長(zhǎng)，e、f、g、h分別是各條邊的中點(diǎn)。如果線圈繞下列的軸線以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，哪種情況產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值最大(　　) A．eg　　　　　　　　　 B．a(chǎn)d C．bd D．hf 解析：選D　如果題圖所示線圈繞eg或ad軸轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量始終為零，所以沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。如果線圈繞bd軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿平行于bd和垂直于bd方向分解，分別是B1、B2，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值是B2Sω，如果線圈繞hf轉(zhuǎn)動(dòng)，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值是BSω，其中S是線圈面積，ω是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，選項(xiàng)D正確。 2．某單相交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為e＝Emsin ωt，如果將發(fā)電機(jī)的電樞轉(zhuǎn)速減小到原來的，其他條件不變，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為(　　) A．Emsin ωt B．Emsin ωt C．Emsin D．Emsin 解析：選D　將轉(zhuǎn)速減小到原來的，則最大值變?yōu)镋m，角速度變?yōu)棣兀妱?dòng)勢(shì)變?yōu)閑＝Emsin，D正確。 3．先后用不同的交流電源給同一盞小燈泡供電，第一次小燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化(如圖甲所示)；第二次小燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙圖中的U0、T所表示的電壓、周期值是相同的，燈絲電阻保持不變，則以下說法正確的是(　　) A．第一次，小燈泡兩端的電壓有效值是 B．第二次，小燈泡兩端的電壓有效值是 C．第一、二次，小燈泡的電功率之比是2∶9 D．第一、二次，小燈泡的電功率之比是1∶5 解析：選D　第一次，小燈泡兩端電壓的有效值為U1＝，功率P1＝＝。第二次，設(shè)小燈泡兩端電壓的有效值為U2，則＋＝T，解得U2＝ U0，功率P2＝＝，則P1∶P2＝1∶5，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。 4.(多選)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的最大值為Im，設(shè)小燈泡的電阻為R，其他電阻不計(jì)。從如圖所示位置開始計(jì)時(shí)，則(　　) A．電路中電流的最大值Im＝ B．電路中電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝Imsin ωt C．電流表的讀數(shù)為 D．小燈泡的電功率為R 解析：選AD　感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝BL2ω，則電流的最大值Im＝＝，選項(xiàng)A正確；由題圖可知線框中電流為最大值時(shí)開始計(jì)時(shí)，故電路中電流的瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為i＝Imcos ωt，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電流表的讀數(shù)為有效值，為I＝Im，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小燈泡的電功率P＝I2R＝Im2R，選項(xiàng)D正確。 1.一臺(tái)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀。M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成沿半徑方向的輻向磁場(chǎng)。從如圖所示位置開始計(jì)時(shí)，規(guī)定此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為正值，選項(xiàng)圖中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律的是(　　) 解析：選D　由于磁場(chǎng)為沿半徑的輻向磁場(chǎng)，可以認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，線圈始終垂直切割磁感線，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變，由右手定則可知，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向改變兩次，選項(xiàng)D正確。 2.(2019遂寧檢測(cè))如圖所示為一交變電流隨時(shí)間變化的圖像，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為Im；電流的負(fù)值的大小為Im，則該交變電流的有效值為(　　) A．Im　　　　　　　　　　 B． C．Im D．Im 解析：選C　設(shè)該交變電流的有效值為I，取一個(gè)周期時(shí)間，由電流的熱效應(yīng)得：2R110－2 s＋I(xiàn)m2R110－2 s＝I2R210－2 s，解得：I＝Im，故C正確。 3.如圖所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，則在0～ 這段時(shí)間內(nèi)(　　) A．線圈中的感應(yīng)電流一直在增大 B．線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C．穿過線圈的磁通量一直在減小 D．穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小 解析：選D　計(jì)時(shí)開始時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，感應(yīng)電流最大，在0～時(shí)間內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過四分之一個(gè)圓周，感應(yīng)電流從最大減小為零，磁通量逐漸增大，其變化率一直減小，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。 4.如圖所示為實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)原理圖，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的電阻，為理想交流電流表。閉合開關(guān)S，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e＝10sin 10πt V，則(　　) A．該交變電流的頻率為10 Hz B．該電動(dòng)勢(shì)的有效值為10 V C．外接電阻R所消耗的電功率為10 W D．電流表的示數(shù)為 A 解析：選B　根據(jù)題意知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝10π rad/s，又ω＝2πf，則該交變電流的頻率f＝5 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該交變電流電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝10 V，則有效值E＝＝10 V，選項(xiàng)B正確；根據(jù)歐姆定律可得，電路中電流有效值I＝＝1.0 A，即電流表的示數(shù)為1.0 A，電阻R所消耗的電功率P＝I2R＝9.0 W，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 5．(2019開封模擬)如圖甲所示為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1 Ω，外接小燈泡的電阻為9 Ω恒定不變，則下列說法中正確的是(　　) A．電壓表的示數(shù)為6 V B．發(fā)電機(jī)的輸出功率為4 W C．在1.010－2 s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量最大 D．在1.010－2 s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量變化率最大 解析：選C　由題圖乙可知，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值為6 V，電動(dòng)勢(shì)的有效值是6 V，電壓表測(cè)量的是小燈泡兩端的電壓，所以電壓表示數(shù)為6 V＝5.4 V，A錯(cuò)誤；發(fā)電機(jī)的輸出功率P＝＝ W＝3.24 W，B錯(cuò)誤；在t＝110－2 s時(shí)刻，由題圖乙可知此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為零，那么此時(shí)穿過線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比，該時(shí)刻穿過線圈的磁通量變化率為零，C正確，D錯(cuò)誤。 6．(多選)一正弦式交流電源的ut圖像如圖甲所示，將它接在圖乙所示電路的e、f兩端，若電阻的阻值為110 Ω，電源的內(nèi)阻不計(jì)，交流電壓表是量程為250 V的理想電表，則下列說法中正確的是(　　) A．通過電阻的電流方向1 s改變50次 B．交流電壓表示數(shù)為220 V C．產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100π rad/s D．在1 min內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為5.28104 J 解析：選BC　由題圖甲知交流電的周期為T＝0.02 s，頻率f＝＝50 Hz，而一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次，即通過電阻的電流方向1 s改變100次，A錯(cuò)；交流電壓的峰值為220 V，有效值為220 V，電壓表測(cè)量的是有效值，即220 V，B對(duì)；由ω＝＝100π rad/s可知，C對(duì)；由Q＝t得，在1 min內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為2.64104 J，D錯(cuò)。 7.(多選)(2019洛陽高三聯(lián)考)如圖所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，下列判斷正確的是(　　) A．電壓表的讀數(shù)為 B．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過30的過程中，通過電阻R的電荷量為 C．在線圈轉(zhuǎn)過一周的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為 D．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過30時(shí)通過電阻R的電流為 解析：選AD　電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω，有效值E＝＝，電壓表的示數(shù)為路端電壓的有效值U＝E＝，A正確；線圈轉(zhuǎn)過30的過程中，通過電阻R的電荷量q＝＝＝，B錯(cuò)誤；在線圈轉(zhuǎn)過一周的時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝＝，C錯(cuò)誤；電流的最大值為Im＝＝，電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝Imsin ωt，線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過30時(shí)，ωt＝，此時(shí)的電流為i＝＝，D正確。 8.(多選)如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻R、理想交流電流表和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?，即正向電阻為零，反向電阻無窮大。下列說法正確的是(　　) A．圖示位置電流表的示數(shù)為NBS B．一個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量為 C．R兩端電壓的有效值為NBS D．圖示位置電流表的示數(shù)為0 解析：選AB　設(shè)回路中電流的有效值為I，由電流的熱效應(yīng)可知，2RT＝I2RT，解得I＝，理想交流電流表測(cè)的是電流的有效值，A正確，D錯(cuò)誤；在一個(gè)周期內(nèi)，只有半個(gè)周期的時(shí)間有電流通過R，故一個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量q＝＝，B正確；R兩端電壓有效值U＝IR＝，C錯(cuò)誤。 第70課時(shí)　變壓器、電能的輸送(重點(diǎn)突破課) [考點(diǎn)一　理想變壓器] 理想變壓器的構(gòu)造、原理的理解，各物理量之間的基本關(guān)系、制約關(guān)系，以及變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析既是高考重點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)。 1．構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原線圈和副線圈組成的。 2．原理：電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)。 3．理想變壓器三個(gè)基本關(guān)系 電壓 電流 功率 關(guān)系式 ＝ n1I1＝n2I2 P入＝P出 依據(jù) E＝n U1I1＝U2I2 能量守恒 注意 電流關(guān)系式僅適用于一個(gè)副線圈的情況 [考法細(xì)研] 考法1　理想變壓器關(guān)系式的應(yīng)用　 [例1]　(2018天津高考) 教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模瑒t(　　) A．R消耗的功率變?yōu)镻 B．電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閁 C．電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I D．通過R的交變電流頻率不變 [解析]　發(fā)電機(jī)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝NBSω，其中ω＝2πn，理想變壓器的輸入電壓(有效值)U1＝，若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速n變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)＝，則電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閁，通過R的電流變?yōu)樵瓉淼模琑消耗的功率變?yōu)镻，根據(jù)＝，電流表A的讀數(shù)變?yōu)镮，故B正確，A、C錯(cuò)誤；交變電流的頻率f等于線圈的轉(zhuǎn)速n，故D錯(cuò)誤。 [答案]　B (1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，電動(dòng)勢(shì)最大值發(fā)生變化，交變電流的頻率發(fā)生變化。 (2)當(dāng)R兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼臅r(shí)，R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼??！　? 考法2　理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析　 [例2]　(2019三門峽月考)如圖所示，變壓器輸入有效值恒定的電壓，副線圈匝數(shù)可調(diào)，輸出電壓通過輸電線輸送給用戶(小燈泡等用電器)，R表示輸電線的電阻，則(　　) A．用電器增加時(shí)，變壓器輸出電壓增大 B．要提高用戶的電壓，滑動(dòng)觸頭P應(yīng)向上滑 C．用電器增加時(shí)，輸電線的熱損耗減小 D．用電器增加時(shí)，變壓器的輸入功率減小 [解析]　由于變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變，而且輸入電壓不變，因此用電器增加不會(huì)影響輸出電壓，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)變壓器的變壓比可知輸出電壓U2＝U1，當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向上滑時(shí)，n2增大，所以輸出電壓增大，用戶的電壓增大，選項(xiàng)B正確；由于用電器是并聯(lián)的，因此用電器增加時(shí)總電阻變小，輸出電壓不變，總電流增大，故輸電線的熱損耗增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；用電器增加時(shí)總電阻變小，總電流增大，變壓器輸出功率增大，所以輸入功率增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 [答案]　B [規(guī)律方法] 理想變壓器動(dòng)態(tài)變化問題的分析方法 (1)分清不變量：①線圈匝數(shù)比；②負(fù)載電阻。 (2)弄清理想變壓器中的制約關(guān)系： [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.(多選)(2019安慶檢測(cè))如圖所示，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí)，兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是(　　) A．原、副線圈匝數(shù)比為9∶1 B．原、副線圈匝數(shù)比為1∶9 C．此時(shí)a和b的電功率之比為9∶1 D．此時(shí)a和b的電功率之比為1∶9 解析：選AD　設(shè)燈泡的額定電壓為U0，輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍時(shí)燈泡正常發(fā)光，則變壓器原線圈的電壓為9U0，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為9∶1，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由9U0Ia＝U0Ib得，流過b燈泡的電流是流過a燈泡電流的9倍，根據(jù)P＝UI，a、b燈泡的電功率之比為1∶9，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。 2.(2019江西三校高三聯(lián)考)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，b是原線圈中心的抽頭，電壓表和電流表均為理想交流電表，除R以外其余電阻不計(jì)。從某時(shí)刻開始在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1＝220sin 100πt V。下列說法中正確的是(　　) A．t＝ s時(shí)，電壓表的示數(shù)為220 V B．t＝ s時(shí)，a、c兩點(diǎn)間電壓瞬時(shí)值為110 V C．滑動(dòng)變阻器滑片向上移，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小 D．單刀雙擲開關(guān)由a扳向b，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小 解析：選C　原線圈兩端電壓有效值為220 V，由理想變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比可得，副線圈兩端電壓有效值為 22 V，理想交流電壓表測(cè)量的是有效值即22 V，故A錯(cuò)誤；t＝ s 時(shí)，a、c兩點(diǎn)間電壓瞬時(shí)值為110 V，故B錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器滑片向上移，接入電阻變大，副線圈兩端電壓由匝數(shù)比和輸入電壓決定，電壓表的示數(shù)不變，電流表示數(shù)減小，故C正確；單刀雙擲開關(guān)由a扳向b，原、副線圈的匝數(shù)比變小，匝數(shù)與電壓成正比，所以電壓表和電流表的示數(shù)均變大，故D錯(cuò)誤。 3．(多選)(2019河南中原名校聯(lián)盟質(zhì)檢)如圖所示是變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時(shí)輸入電壓不會(huì)有大的波動(dòng)，可以認(rèn)為電壓表V1示數(shù)不變。兩條輸電線的總電阻用R0表示，滑動(dòng)變阻器R表示用戶用電器的總電阻。如果變壓器上的能量損失忽略不計(jì)，當(dāng)用戶的用電器增加時(shí)，圖中各表的示數(shù)變化的情況是(　　) A．電流表A1示數(shù)變大　　　 B．電流表A2示數(shù)變小 C．電壓表V2示數(shù)變大 D．電壓表V3示數(shù)變小 解析：選AD　理想變壓器的輸出電壓是由輸入電壓和匝數(shù)比決定的，由于輸入電壓和匝數(shù)比不變，所以副線圈的輸出電壓不變，所以電壓表V2的示數(shù)不變，C錯(cuò)誤；當(dāng)用電器增加時(shí)，相當(dāng)于R的值減小，副線圈的總電阻減小，所以電流變大，即電流表A2的示數(shù)變大，B錯(cuò)誤；由于變壓器的輸入功率和輸出功率相等，副線圈的電阻減小時(shí)，輸出功率變大，所以原線圈的輸入功率也變大，因?yàn)檩斎腚妷翰蛔?，所以輸入電流變大，所以電流表A1的示數(shù)變大，A正確；由于副線圈的電流變大，電阻R0兩端的電壓變大，又因?yàn)殡妷罕鞻2的示數(shù)不變，所以電壓表V3的示數(shù)變小，D正確。 [考點(diǎn)二　三類特殊的變壓器] 三類特殊變壓器的結(jié)構(gòu)和工作情景復(fù)雜，成為變壓器問題的難點(diǎn)，其中兩類互感器結(jié)構(gòu)類似，容易造成混淆。對(duì)此類問題，關(guān)鍵還是理解三類特殊變壓器的工作原理，用好各物理量之間的基本關(guān)系。 1．自耦變壓器 自耦變壓器(又稱調(diào)壓器)，它只有一個(gè)線圈，其中的一部分作為另一個(gè)線圈，如圖所示。當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí)，它可以升壓(如圖甲)也可以降壓(如圖乙)，變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用。 2．多副線圈的變壓器 分析具有兩個(gè)(或兩個(gè)以上)副線圈的變壓器問題時(shí)，應(yīng)注意三個(gè)關(guān)系： (1)電壓關(guān)系：＝＝＝… (2)電流關(guān)系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋… (3)功率關(guān)系：P1＝P2＋P3＋… 3．電壓互感器和電流互感器 電壓互感器 電流互感器 原理圖 原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中 串聯(lián)在交流電路中 副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表 互感器的作用 將高電壓變?yōu)榈碗妷? 將大電流變?yōu)樾‰娏? 利用的公式 ＝ I1n1＝I2n2 [考法細(xì)研] 類型1　自耦變壓器　 [例1]　(2016江蘇高考)一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動(dòng)觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈。在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時(shí)，c、d間的輸出電壓為U2。在將滑動(dòng)觸頭從M點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到N點(diǎn)的過程中(　　) A．U2＞U1，U2降低　　　　B．U2＞U1，U2升高 C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高 [解析]　a、b間原線圈的匝數(shù)大于c、d間副線圈的匝數(shù)，在滑動(dòng)觸頭由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，副線圈的匝數(shù)減小，由變壓器工作原理＝知，U2＜U1，且U2降低，選項(xiàng)C正確。 [答案]　C 類型2　多副線圈的變壓器　 [例2]　如圖所示，理想變壓器有兩個(gè)副線圈，匝數(shù)分別為n1和n2，所接負(fù)載4R1＝R2，當(dāng)只閉合S1時(shí)，電流表示數(shù)為1 A，當(dāng)S1和S2都閉合時(shí)，電流表示數(shù)為2 A，則n1∶n2為(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶4 [解析]　變壓器原、副線圈的磁通量變化率相同，所以U∶U1∶U2＝n∶n1∶n2，根據(jù)能量守恒，輸出功率等于輸入功率，所以當(dāng)只閉合S1時(shí)，UI＝，當(dāng)S1和S2都閉合時(shí)，UI′＝＋＝，代入數(shù)據(jù)I＝1 A、I′＝2 A可得U22＝4U12，即U1∶U2＝1∶2，所以n1∶n2＝1∶2，選項(xiàng)B對(duì)。 [答案]　B 對(duì)于副線圈有兩個(gè)及以上的理想變壓器，電壓與匝數(shù)成正比是成立的，而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不成立。但在任何情況下，電流關(guān)系都可以根據(jù)原線圈的輸入功率等于所有副線圈的輸出功率之和進(jìn)行求解?！　? 類型3　電壓互感器和電流互感器　 [例3]　(2019合肥一中等六校聯(lián)考)如圖所示，L1和L2是不計(jì)電阻的輸電線，甲是電壓互感器，乙是電流互感器。若已知甲的變壓比為500∶1，乙的變流比為200∶1，并且已知加在電壓表兩端的電壓為220 V，通過電流表的電流為5 A，則輸電線的輸送功率為(　　) A．1.1108 W B．1.1106 W C．1.1104 W D．1.1102 W [解析]　已知變壓比為500∶1，電壓表示數(shù)為220 V，故傳輸電壓為：U＝220500 V＝1.1105 V；已知變流比為200∶1，電流表示數(shù)為5 A，故傳輸電流為：I＝5200 A＝1 000 A；故輸送功率為：P＝UI＝1.1105 V1 000 A＝1.1108 W，故選項(xiàng)A正確。 [答案]　A 考點(diǎn)三　遠(yuǎn)距離輸電問題 1．一條線路 2．兩處關(guān)系 升壓變壓器T1兩端 降壓變壓器T2兩端 ＝，＝，P1＝P2 ＝，＝，P3＝P4 3.兩種損耗 (1)電壓損耗：輸電線路上I2＝IR＝I3，總電阻R導(dǎo)致的電壓損耗UR＝U2－U3＝IRR。 (2)功率損耗：輸電線路發(fā)熱導(dǎo)致的功率損耗PR＝P2－P3＝IR2R＝，注意PR≠。 [典例]　如圖所示，甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時(shí)間變化的圖像，則(　　) A．用戶用電器上交流電的頻率是100 Hz B．發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500 V C．輸電線的電流只由降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比決定 D．當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí)，輸電線上損失的功率減小 [解析]　由ut圖像可知，交流電的周期T＝0.02 s，故頻率f＝＝50 Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交流電的最大值Um＝500 V，故有效值U＝＝250 V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；輸電線上的電流還受降壓變壓器副線圈上的電阻的影響，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí)，降壓變壓器副線圈上的電流減小，根據(jù)＝，降壓變壓器原線圈(輸電線)上的電流減小，根據(jù)P＝I12R，得輸電線損失的功率減小，選項(xiàng)D正確。 [答案]　D 輸電線上損失的功率必須與輸電線上的電流和電壓相對(duì)應(yīng)，即PR＝IR2R＝＝URIR，不要把輸電線上的輸電電壓U和輸電導(dǎo)線上損失的電壓UR相混淆。　　 [集訓(xùn)沖關(guān)] 1．在電能輸送過程中，若輸送的電功率一定、輸電線電阻一定，則在輸電線上損失的功率(　　) A．與輸電線上電壓的二次方成正比 B．與輸送電流的二次方成反比 C．與輸電線上損失的電壓的二次方成正比 D．與輸送電流成正比 解析：選C　輸電線上的功率損失ΔP＝I線2R線，電壓損失ΔU＝U－U′＝I線R線，輸電電流I線＝，所以ΔP＝I線2R線＝＝2R線，可知在輸送功率一定和輸電線電阻一定時(shí)，ΔP與I線2成正比，與ΔU2成正比，與U2成反比，C正確。 2．(多選)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸電線的電阻、理想變壓器匝數(shù)均不變，且n1∶n2＝n4∶n3。當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(shí)(　　) A．U1∶U2＝U4∶U3 B．用戶的電壓U4增大 C．輸電線上損失功率增大 D．用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率 解析：選AC　根據(jù)＝，＝，以及n1∶n2＝n4∶n3，知U1∶U2＝U4∶U3，故A正確；當(dāng)用戶用電器總電阻減小時(shí)，則電流增大，所以輸電線上的電流增大，根據(jù)P損＝I2R知，輸電線上損耗的功率增大，根據(jù)ΔU＝IR知，輸電線上的電壓損失變大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則升壓變壓器的輸出電壓不變，降壓變壓器的輸入電壓變小，用戶的電壓U4減小，故C正確，B錯(cuò)誤；用戶消耗的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率與輸電線上損失的功率之差，故D錯(cuò)誤。 3．如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓u＝Umsin ωt的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為(　　) A．　　　　　　　 B． C．422r D．422r 解析：選C　升壓變壓器T的原線圈兩端電壓的有效值為U1＝；由變壓關(guān)系可得＝，則U2＝；因?yàn)檩斔碗姽β蕿镻，輸電線中的電流為I2＝＝，則輸電線上損失的電功率為ΔP＝I222r＝，故選項(xiàng)C正確。 1.如圖所示，理想變壓器原線圈接在u＝220sin 100πt V的交流電源上，在副線圈兩端并聯(lián)接入規(guī)格為“22 V　22 W”的小燈泡10盞，小燈泡均正常發(fā)光。除小燈泡外的電阻均不計(jì)，下列說法正確的是(　　) A．變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1 B．電流表示數(shù)為1 A C．電流表示數(shù)為10 A D．副線圈中電流的頻率為5 Hz 解析：選B　由u＝220sin 100πt V可知，輸入電壓的有效值U1＝ V＝220 V，又知在副線圈兩端并聯(lián)接入10盞小燈泡均正常發(fā)光，則知副線圈電壓的有效值U2＝22 V，則n1∶n2＝U1∶U2＝10∶1，A錯(cuò)；小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流I＝＝1 A，副線圈10盞小燈泡均正常發(fā)光，總電流I2＝10I＝10 A，根據(jù)I1∶I2＝n2∶n1，得電流表示數(shù)I1＝1 A，B對(duì)，C錯(cuò)；變壓器中輸出電流的頻率與輸入電流的頻率是一致的，f＝ Hz＝50 Hz，D錯(cuò)。 2.如圖所示，一理想降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為k，原線圈與阻值為4R0的電阻串聯(lián)后，接入有效值為25 V 的正弦式交流電源；副線圈電路中定值電阻的阻值為R0，當(dāng)負(fù)載電阻的阻值R＝5R0時(shí)，理想電壓表的示數(shù)為5 V。保持變壓器輸入電流不變，現(xiàn)將負(fù)載電阻的阻值增大到R′＝11R0，此時(shí)輸入電壓有效值為U′，則(　　) A．k＝，U′＝49 V　　　　 B．k＝，U′＝48 V C．k＝4，U′＝49 V D．k＝4，U′＝48 V 解析：選C　變壓器副線圈電路電流I2＝＝＝，由匝數(shù)與電流的關(guān)系可得，此時(shí)變壓器原線圈電路電流為I1＝；調(diào)整負(fù)載前，變壓器副線圈電壓U2＝I26R0＝6 V，原線圈上的電壓U1＝kU2＝6k V，則U＝U1＋I(xiàn)14R0，即25＝6k＋，解得k＝4或k＝(舍去)；保持變壓器輸入電流不變，則副線圈電流也不變，將負(fù)載電阻的阻值增大到R′＝11R0，則變壓器副線圈兩端電壓為U2′＝(11R0＋R0)＝12 V，原線圈兩端電壓U1′＝kU2′＝48 V，故U′＝U1′＋I(xiàn)14R0＝49 V，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 3．(多選)如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1，b是原線圈的中心抽頭，S為單刀雙擲開關(guān)，定值電阻R＝10 Ω。從某時(shí)刻開始在原線圈c、d兩端加上如圖乙所示的交變電壓，則下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)S與a連接后，理想交流電流表的示數(shù)為2.2 A B．當(dāng)S與a連接后，t＝0.01 s時(shí)理想交流電流表示數(shù)為零 C．當(dāng)S由a撥到b后，原線圈的輸入功率變?yōu)樵瓉淼?倍 D．當(dāng)S由a撥到b后，副線圈輸出電壓的頻率變?yōu)?5 Hz 解析：選AC　S與a連接后，＝，U1＝ V＝220 V，得U2＝22 V，則理想交流電壓表的示數(shù)為22 V，又知定值電阻R＝10 Ω，可得理想交流電流表示數(shù)為I＝＝2.2 A，故A選項(xiàng)對(duì)，B選項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)S由a撥到b后，n1∶n2＝5∶1，則U1∶U2′＝5∶1，得U2′＝2U2，據(jù)P＝得功率變?yōu)樵瓉淼?倍，故C選項(xiàng)對(duì)；輸出電壓頻率不變，頻率為f＝ Hz＝50 Hz，故D選項(xiàng)錯(cuò)。 4．(多選)(2019張家口模擬)如圖所示，50匝矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝ T的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積S＝0.5 m2，線框平面與磁感線垂直，以此時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，線框繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′以角速度ω＝200 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈接入一盞“220 V　60 W”小燈泡，且小燈泡正常發(fā)光，熔斷器允許通過的最大電流為10 A，除小燈泡外其余電阻均不計(jì)，下列說法正確的是(　　) A．圖示位置穿過線框的磁通量變化率最大 B．線框中交變電壓的表達(dá)式為e＝500sin 200t V C．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為50∶11 D．允許變壓器輸出的最大功率為5 000 W 解析：選BD　題圖所示位置穿過線框的磁通量最大，磁通量的變化率為零，A錯(cuò)誤；產(chǎn)生的交流電的最大值Em＝NBSω＝500 V，從題圖所示位置計(jì)時(shí)，交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝500sin 200t V，B正確；變壓器原、副線圈的匝數(shù)比＝＝＝，C錯(cuò)誤；變壓器允許輸出的最大功率P＝U1I1max＝50010 W＝5 000 W，D正確。 5．(2018江蘇高考)采用220 kV高壓向遠(yuǎn)方的城市輸電。當(dāng)輸送功率一定時(shí)，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的，輸電電壓應(yīng)變?yōu)?　　) A．55 kV B．110 kV C．440 kV D．880 kV 解析：選C　輸送功率P＝UI，輸電線上損耗的功率P損＝I2r＝2r∝。當(dāng)P損減小為原來的時(shí)，輸電電壓應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍，C正確。 6．如圖所示為某發(fā)電站電能輸送示意圖。已知發(fā)電機(jī)的輸出電壓、輸電線的電阻及理想升壓、降壓變壓器匝數(shù)均不變。若用戶電阻R0減小，下列說法正確的是(　　) A．發(fā)電機(jī)的輸出功率減小 B．輸電線上的功率損失減小 C．用戶得到的電壓減小 D．輸電線輸電電壓減小 解析：選C　根據(jù)題意，發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，升壓變壓器的原線圈輸入電壓不變，由于升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比不變，則輸電線上輸電電壓不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；若用戶電阻減小，用戶電流增大，則降壓變壓器輸出功率增大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出功率增大，輸電線上電流增大，輸電線上電壓損失增大，輸電線上的功率損失增大，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；輸電線上電壓損失增大，降壓變壓器原線圈輸入電壓減小，由于降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比不變，降壓變壓器副線圈輸出電壓(即用戶得到的電壓)減小，選項(xiàng)C正確。 7.(多選)(2019江蘇四市聯(lián)考)如圖所示，在某一輸電線路的起始端接入兩個(gè)互感器，原、副線圈的匝數(shù)比分別為100∶1和1∶100，圖中a、b表示電壓表或電流表，已知電壓表的示數(shù)為22 V，電流表的示數(shù)為1 A，則(　　) A．a(chǎn)為電流表，b為電壓表 B．a(chǎn)為電壓表，b為電流表 C．線路輸送電功率是220 kW D．輸電線路總電阻為22 Ω 解析：選BC　左側(cè)的互感器原線圈并聯(lián)在輸電線路上，測(cè)量的是輸電電壓，所以a為電壓表；右側(cè)的互感器原線圈串聯(lián)在輸電線路上，測(cè)量的是輸電電流，b為電流表，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；電壓表的示數(shù)為22 V，根據(jù)變壓公式，＝＝100，輸電電壓為U1＝10022 V＝2 200 V；電流表的示數(shù)為1 A，根據(jù)變流公式，＝＝100，輸電電流為I1＝1001 A ＝100 A，線路輸送電功率為P＝U1I1＝220 kW，選項(xiàng)C正確；根據(jù)題述條件，不能求出輸電線路總電阻，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 8．(多選)圖甲為某恒溫裝置的電路原理圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，原線圈接正弦式電流，R0為定值電阻，R為半導(dǎo)體熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)，D為理想二極管，R1為電阻恒定的電熱絲，AB間電壓變化情況如圖乙所示。下列說法中正確的是(　　) A．AB間電壓的有效值為44 V B．原線圈兩端電壓的有效值為220 V C．R處溫度升高時(shí)，R1消耗的電功率減小 D．理想變壓器原、副線圈中的電流之比為1∶5 解析：選BC　根據(jù)電流的熱效應(yīng)有＝T，得AB間的電壓有效值為UAB＝22 V；由于二極管的單向?qū)щ娦?，原、副線圈的電流之比不再與匝數(shù)成反比，故A、D錯(cuò)誤；因?yàn)樵€圈接正弦式電流，由題圖乙知副線圈電壓的有效值為44 V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可得原線圈電壓的有效值為220 V，故B正確；溫度升高時(shí)，R減小，I2增大，R0分壓變大，R1分壓減小，故R1消耗的功率也減小，故C正確。 第71課時(shí)　傳感器的簡(jiǎn)單使用(實(shí)驗(yàn)增分課) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等敏感元器件的特性。 2．了解傳感器的使用方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。 2．傳感器工作過程如圖所示。 三、實(shí)驗(yàn)器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。 謹(jǐn)記部分器材用途 光敏電阻 光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小 熱敏電阻 溫度升高時(shí)電阻變小 多用電表 測(cè)量敏感元件的電阻 繼電器 自動(dòng)控制電路的元件，相當(dāng)于開關(guān) 　　四、實(shí)驗(yàn)過程 1．研究熱敏電阻的特性 (1)實(shí)驗(yàn)步驟 ①按圖示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 ②將熱水和冷水分n次注入燒杯中，記錄每一次溫度值和兩電表讀數(shù)。 ③利用R＝計(jì)算出每一次熱敏電阻的阻值。 (2)數(shù)據(jù)處理 ①根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度值和電阻值填入表中，分析熱敏電阻的特性。 溫度(℃) 電阻(Ω) ②在坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。 ③根據(jù)Rt圖線，得出結(jié)論(熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小)。 2．研究光敏電阻的特性 (1)實(shí)驗(yàn)步驟 ①將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖所示電路連接好，并將多用電表置于歐姆“100”擋。 ②先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。 ③打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 ④用手掌(或黑紙)遮光，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 (2)數(shù)據(jù)處理 把記錄的結(jié)果填入表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 光照強(qiáng)度 弱 中 強(qiáng) 無光照射 阻值(Ω) 結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大。 五、注意事項(xiàng) 1．在做熱敏電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫和電壓、電流值。 2．光敏電阻實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上的小孔改變照射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度。 1．?dāng)?shù)碼相機(jī)的普及逐漸淘汰了傳統(tǒng)膠片相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)的主要部件是電荷耦合器(CCD)，能將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。該部件可視為一種(　　) A．力傳感器　　　　　　 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．霍爾元件 解析：選C　由題意可知CCD能把光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，因而是一種光傳感器，C正確。 2.如圖所示，將一光敏電阻接在多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針自左向右的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針自左向右的偏角為θ′，則可判斷(　　) A．θ′＝θ B．θ′<θ C．θ′>θ D．不能確定 解析：選B　光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，由歐姆擋的特點(diǎn)知，表針向左偏，故表針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度θ′<θ。故B正確。 3.如圖所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的原理圖，現(xiàn)在將杯中的冷水加熱，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(　　) A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯 解析：選C　如果R為金屬熱電阻，則讀數(shù)變大，但不會(huì)非常明顯，故A、B錯(cuò)；如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C對(duì)，D錯(cuò)。 4．如圖1所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的IU關(guān)系圖線。 (1)為了通過測(cè)量得到如圖1所示IU關(guān)系的完整圖線，在圖2甲和乙兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的電路是________(選填“甲”或“乙”)；簡(jiǎn)要說明理由：______________________。 (2)在如圖3所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1＝250 Ω。由熱敏電阻的IU關(guān)系圖線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為________Ω。 解析：(1)應(yīng)選擇電路甲，因?yàn)殡娐芳纂妷嚎蓮?調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大。 (2)由題圖3知R2與熱敏電阻串聯(lián)后，與R1并聯(lián)接在9 V 電源上，總電流I＝70 mA，R1＝250 Ω。設(shè)通過熱敏電阻的電流為I2，通過R1的電流為I1，則I＝I1＋I(xiàn)2，故I2＝I－I1＝mA＝34 mA。由題圖1查得34 mA對(duì)應(yīng)的電壓約為5.1 V，R2兩端電壓U2＝9 V－5.1 V＝3.9 V，所以R2＝≈114.7 Ω。 答案：(1)甲　因?yàn)殡娐芳纂妷嚎蓮?調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大　(2)5.1　114.7 5．(1)如圖甲所示為某賓館的房卡，只有把房卡插入槽中，房間內(nèi)的燈和插座才會(huì)有電。房卡的作用相當(dāng)于一個(gè)________(填電路元件名稱)接在干路上。 (2)如圖乙所示，當(dāng)房客進(jìn)門時(shí)，只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中，這時(shí)由于磁鐵吸引簧片，開關(guān)B就接通，通過繼電器J使整個(gè)房間的電器的總開關(guān)接通，房客便能使用室內(nèi)各種用電器。當(dāng)繼電器工作時(shí)，cd相吸，ab便接通。請(qǐng)你將各接線端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10適當(dāng)?shù)剡B接起來，構(gòu)成正常的電門卡電路。 解析：(1)房卡可以控制房間內(nèi)的燈和插座，不插入槽中，房間內(nèi)所有的燈和插座都不工作，所以房卡相當(dāng)于干路上的開關(guān)。 (2)將開關(guān)B與電源E、線圈連成一個(gè)回路；將三個(gè)燈泡所在電路與交流電源接成回路，即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10連接起來，構(gòu)成正常的電門卡電路如圖所示。 答案：(1)開關(guān)　(2)見解析圖 傳感器可以看成一種電學(xué)元件，所以對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)的考查，歸根結(jié)底還是對(duì)電學(xué)電路實(shí)驗(yàn)的考查?！　? [例1]　某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變化，這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”?，F(xiàn)用如圖甲所示的電路研究某長(zhǎng)薄板電阻Rx的壓阻效應(yīng)，已知電阻Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實(shí)驗(yàn)室中有下列器材： A．電源E(3 V，內(nèi)阻約為1 Ω) B．電流表A1(0～0.6 A，內(nèi)阻r1＝5 Ω) C．電流表A2(0～0.6 A，內(nèi)阻r2約為1 Ω) D．開關(guān)S，定值電阻R0 (1)為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻Rx的阻值，請(qǐng)完成圖甲虛線框內(nèi)電路圖的設(shè)計(jì)。 (2)在電阻Rx上加一個(gè)豎直向下的力F(設(shè)豎直向下為正方向)，閉合開關(guān)S，記下電流表讀數(shù)，電流表A1讀數(shù)為I1，電流表A2讀數(shù)為I2，得Rx＝________(用字母表示)。 (3)改變力F的大小，得到不同電阻Rx的值。然后讓力F反向從下向上擠壓電阻Rx，并改變力F的大小，得到不同電阻Rx的值，最后繪成圖像如圖乙所示，除觀察到電阻Rx的阻值隨力F增大而均勻減小外，還可得到的結(jié)論是_________________________________，當(dāng)力F豎直向下時(shí)可得電阻Rx與其所受力F的數(shù)值關(guān)系式是Rx＝________。 [三步化“新”為“熟”] 1．本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯块L(zhǎng)薄板電阻Rx的“壓阻效應(yīng)”。 2．實(shí)驗(yàn)原理是伏安法測(cè)電阻，但本題中沒有給出電壓表，則可將內(nèi)阻已知的一只電流表改裝為電壓表后進(jìn)行測(cè)量。 3．?dāng)?shù)據(jù)處理是測(cè)出電流表A1、A2的讀數(shù)I1、I2，則被測(cè)電阻的電壓U＝I1r1，通過電阻的電流I＝I2－I1，則電阻Rx＝＝，多次測(cè)量獲得不同力F下的Rx值。作出RxF圖像，分析圖像就可以得知薄板電阻Rx“壓阻效應(yīng)”的規(guī)律。 [解析]　(1)測(cè)量電阻Rx的阻值需要測(cè)出電阻Rx兩端電壓與通過電阻Rx的電流，所給實(shí)驗(yàn)器材中沒有電壓表，可以用已知內(nèi)阻的電流表A1與待測(cè)電阻Rx并聯(lián)，測(cè)出電阻Rx兩端電壓，用電流表A2串聯(lián)在電路中測(cè)電路電流，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。 (2)電流表A1兩端的電壓U＝I1r1，通過電阻Rx的電流I＝I2－I1，故電阻Rx的阻值為Rx＝＝。 (3)由題圖乙所示圖像可知，該圖像具有對(duì)稱性，當(dāng)正、反向力F大小相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻Rx阻值相等；由題圖乙可知，電阻與力F是一次函數(shù)關(guān)系，設(shè)關(guān)系式為Rx＝R0＋kF，由題圖乙可知R0＝16 Ω，把Rx＝14 Ω，F(xiàn)＝1 N代入關(guān)系式，解得k＝－2，則數(shù)值關(guān)系式為Rx＝16－2F。 [答案]　(1)見解析圖　(2)　(3)當(dāng)正、反向力F大小相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻阻值相等　16－2F [例2]　(2016全國(guó)卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。 在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報(bào)警器的電流超過20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為________Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是____________________________________________________。 ②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。 (4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。 [三步化“新”為“熟”] 1．本實(shí)驗(yàn)的目的是設(shè)計(jì)報(bào)警電路并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2．本題從熱敏電阻的應(yīng)用、電路設(shè)計(jì)、等效替代、估算法等幾方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，而在儀器的選擇、滑動(dòng)變阻器的限流式連接、電阻箱的等效替代等方面和其他電學(xué)實(shí)驗(yàn)是一致的。 3．本題進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的前提和關(guān)鍵在于弄清實(shí)驗(yàn)原理，完成電路圖的連接后，利用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算。 [解析]　(1)電路圖連接如圖所示。 (2)報(bào)警器開始報(bào)警時(shí)，對(duì)整個(gè)回路有U＝Ic(R滑＋R熱)，代入數(shù)據(jù)可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R2。 (3)①在調(diào)節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應(yīng)為報(bào)警器報(bào)警時(shí)熱敏電阻的阻值，即為650.0 Ω?；瑒?dòng)變阻器在電路中為限流接法，滑片應(yīng)置于b端附近，若置于另一端a，閉合開關(guān)時(shí)，電路中的電流I＝ A≈27.7 mA，超過報(bào)警器最大電流20 mA，報(bào)警器可能損壞。②開關(guān)應(yīng)先向c端閉合，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至報(bào)警器開始報(bào)警為止。 [答案]　(1)連線見解析圖　(2)R2　(3)①650.0　b　接通電源后，流過報(bào)警器的電流會(huì)超過20 mA，報(bào)警器可能損壞?、赾　報(bào)警器開始報(bào)警 [創(chuàng)新角度歸納] 實(shí)驗(yàn)原理 的拓展 使用熱敏電阻、光敏