（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（课件+学案+练习）（打包6套）.zip

1第 11 单元 交变电流 传感器课时作业(二十八) 第 28 讲 交变电流的产生及描述时间 / 40 分钟基础巩固1.[2018·北京丰台期末] 如图 K28-1 所示,矩形线框置于磁场中,该磁场可视为匀强磁场,线框通过导线与电阻 R 构成闭合回路,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴逆时针匀速转动 .下列说法正确的是( )图 K28-1A.线框通过图中位置瞬间,线框中的电流方向为 ABCDAB.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大C.线框通过图中位置瞬间,通过电阻 R 的电流瞬时值最大D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电阻 R 的电流的有效值变为原来的2.[2017·四川凉山诊断] 图 K28-2 甲为一台小型发电机示意图,产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示 .已知发电机线圈的匝数为 100 匝,电阻 r=2 Ω,外电路的小灯泡电阻恒为 R=6 Ω,电压表、电流表均为理想电表 .下列说法正确的是 ( )图 K28-2A.电压表的示数为 4 VB.电流表的示数为 0.5 AC.1 s 内通过小灯泡的电流方向改变 25 次D.线圈在转动过程中,磁通量最大为 Wb3.(多选)[2017·天津卷] 在匀强磁场中,一个 100 匝的闭合矩形金属线圈绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图 K28-3 所示正弦规律变化 .设线圈总电阻为 2 Ω,则 ( )图 K28-3A.t=0 时,线圈平面平行于磁感线B.t=1 s 时,线圈中的电流改变方向2C.t=1.5 s 时,线圈中的感应电动势最大D.一个周期内,线圈产生的热量为 8π 2 J4.一只电阻分别通入四种不同形式的电流,如图 K28-4 所示的图像分别表示这四种电流随时间变化的情况,在 T=0.02 s 内电阻产生的热量最多的是 ( )图 K28-45.[2017·贵州遵义航天中学模拟] 如图 K28-5 甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图像如图乙中曲线 a、 b 所示,则 ( )图 K28-5A.两次 t=0 时刻线圈平面均与中性面垂直B.曲线 a、 b 对应的线圈角速度之比为 3∶ 2C.曲线 a 表示的交变电动势频率为 50 HzD.曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V技能提升6.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 K28-6 甲所示);第二次灯泡两端的电压随时间的变化规律如图乙所示 .若甲、乙图中的 U0、 T 所表示的电压、周期的数值是相同的,则以下说法正确的是 ( )图 K28-6A.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、二两次灯泡的电功率之比是 2∶ 9D.第一、二 两次灯泡的电功率之比是 1∶ 57.(多选)在如图 K28-7 所示电路中,电源的电压 u=311sin 100π t(V),A、 B 间接有“220 V 440 W”规格的电暖宝、“220 V 220 W”规格的抽油烟机、交流电压表及保险丝 .下列说法错误的是 ( )3图 K28-7A.交流电压表的示数为 311 VB.电路要正常工作,保险丝的额定电流不能小于 3 AC.电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的 2 倍D.抽油烟机 1 min 内消耗的电能为 1.32×104 J8.如图 K28-8 所示,单匝矩形闭合导线框 abcd 一半处于磁感应强度为 B 的有界匀强磁场中,线框面积为S,电阻为 R.线框绕与其中心线重合的竖直固定转轴 OO'以角速度 ω 匀速转动,固定转轴恰好位于匀强磁场 的右边界,则线框中感应电流的有效值为 ( )图 K28-8A.C.9.(多选)图 K28-9 甲为风力发电的简易模型,在风力的作用下,风叶带动与其固定在一起的磁铁转动,转速与风速成正比 .在某一风速时,线圈中产生的正弦式交变电流如图乙所示,则 ( )图 K28-9A.交变电流的瞬对值表达式为 i=0.6sin 10π t(A)B.磁铁的转速为 10 r/sC.风速加倍时电流 的表达式为 i=1.2sin 10π t(A)D.风速加倍时线圈中电流的有效值为 0.6 A10.(多选)如图 K28-10 所示, M 为半圆形导线框,圆心为 OM;N 是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为 ON;两导线框在同一竖直平面(纸面)内, 两圆弧半径相等;过直线 OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里 .现使线框 M、 N 在 t=0 时从图示位置开始分别绕过 OM和 ON且垂直于纸面的轴以相同的周期 T 逆时针匀速转动,则 ( )4图 K28-10A.两导线框中均会产生正弦式交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于 TC.在 t= 时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等挑战自我11.某兴趣小组设计了一种发电装置,如图 K28-11 所示 .在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角 α 均为 π,磁场均沿半径方向 .匝数为 N 的矩形线圈 abcd 的边长 ab=cd=l,bc=ad=2l,线圈以角速度 ω 绕中心轴匀速转动, bc 和 ad 边同时进入磁场 .在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为 B、方向始终与两边的运动方向垂直 .线圈的总电阻为 r,外接电阻为 R.求:(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小 Em;(2)线圈切割磁感线时, bc 边所受安培力的大小 F;(3)通过外接电阻的电流的有效值 I.图 K28-115课时作业(二十九) 第 29 讲 变压器 远距离输电时间 / 40 分钟基础巩固1.(多选)[2017·吉林调研] 某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个近似理想的小变压器给一个灯泡供电,电路如图 K29-1 所示,当线圈以较大的转速 n 匀速转动时,额定电压为 U0的灯泡正常发光,电压表示数是 U1.已知线圈电阻是 r,灯泡电阻是 R,则 ( )图 K29-1A.变压器输入电压的瞬时值是 u=U1sin 2π nt(V)B.变压器的原、副线圈匝数比是 U1∶U 0C.电流表的示数是D.线圈中产生的感应电动势最大值是 Em= U12.[2018·北京东城期末] 如图 K29-2 所示,理想变压器的原线圈通过保险丝接在一个交变电源上,交变电压瞬时值随时间变化的规律为 u=311sin 100π t(V),副线圈所在电路中接有灯泡、电动机、理想交流电压表和理想交流电流表 .已知理想变压器原、副线圈匝数比为 10∶ 1,灯泡额定功率为 44 W,电动机线圈的电阻为 1 Ω ,电流表示数为 3 A,各用电器均正常工作,则 ( )图 K29-2A.电压表示数为 31.1 VB.电动机的输出功率为 21 WC.变压器的输入功率为 44 WD.通过保险丝的电流为 30 A3.(多选)[2017·石家庄辛集中学测试] 如图 K29-3 甲所示是一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时 产生的交变电压随时间变化的图像,现将该交流电接在如图乙所示的理想变压器原线圈的两端,V 1、V 2为理想交流电压表, R0为定值电阻, R 为滑动变阻器 .下列说法中正确的是 ( )图 K29-3A.该交变电压瞬时值的表达式为 u=220sin 100π t(V)B.当 t=1.5×10-2 s 时,线圈平面与磁场方向平行C.若只减少理想变压器原线圈的匝数,则变压器的输入功率将减小D.若只增大滑动变阻器接入电路中的阻值,则电压表 V1与 V2示数的比值将减小64.(多选)[2017·太原模拟] 图 K29-4 为远距离输电示意图,其中 T1、 T2均为理想变压器, r 是输电线的电阻,灯 L1、L 2相同且阻值不变 .现保持变压器 T1的输入电压不变,滑片 P 位置不变,当开关 S 断开时,灯 L1正常发光,则 ( )图 K29-4A.仅闭合 S,灯 L1会变亮B.仅闭合 S,输电线消耗的功率会变大C.仅将滑片 P 下移,输电线消耗的功率会变小D.仅将滑片 P 上移,电流表示数会变小能力提升5.一自耦变压器如图 K29-5 所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在 a、 b 间作为原线圈 .通过滑动触头取该线圈的一部分,接在 c、 d 间作为副线圈 .在 a、 b 间输入电压为 U1的交变电流时, c、 d 间的输出电压为 U2.在将滑动触头从 M 点顺时针旋转到 N 点的过程中 ( )图 K29-5A.U2U1,U2降低 B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低 D.U2U1,U2升高6.如图 K29-6 所示,接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡 L 供电 .如果将原、副线圈减少相同匝数,其他条件不变,则 ( )图 K29-6A.小灯泡变亮B.小灯泡变暗C.原、副线圈两端电压的比值不变D.通过原、副线圈电流的比值不变7.(多选)[2017·郑州预测] 如图 K29-7 甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为 2∶ 1,R1、 R2为定值电阻,且 R1=2R2,已知 a、 b 两端电压 u 按图乙所示正弦规律变化 .下列说法正确的是图 K29-7A.电阻 R2中的电流方向每秒钟改变 100 次B.电压表示数为 110 VC.电阻 R1、 R2消耗的功率之比为 1∶ 4D.a、 b 两端与副线圈两端的电压之比为 3∶ 178.钳形电流测量仪的结构图如图 K29-8 所示,其铁芯在捏紧扳手时会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值 I 和匝数 n 获知载流导线中的电流大小 I0.关于该钳形电流测量仪,下列说法正确的是 ( )图 K29-8A.该测量仪可测量直流电的电流B.载流导线中电流大小 I0=C.若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流将小于实际电流D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数将变小9.如图 K29-9 所示为某发电站电能输送示意图 .已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想升压、降压变压器匝数均不变 .若用户电阻 R0减小,下列说法正确的是 ( )图 K29-9A.发电机的输出功率减小B.输电线上损 失的功率减小C.用户得到的电压减小D.输电线上的输电电压减小10.[2017·山西模拟] 如图 K29-10 所示,理想变压器的原、副线圈电路中接有规格相同的灯泡,原线圈电路接在电压有效值恒为 U0的交变电源上 .当 S 断开时,L 1、L 2、L 3三只灯泡均正常发光;若闭合 S,已知灯泡都不会损坏,且灯丝电阻不随温度变化,则 ( )图 K29-10A.灯泡 L1变亮 B.灯泡 L2变亮C.灯泡 L3亮度不变 D.灯泡 L4正常发光挑战自我11.在如图 K29-11 甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为 2∶ 1.a,b 两端电压与时间的关系如图乙所示,二极管可视为理想二极管,电表均为理想电表,电阻 R=10 Ω .下列说法正确的是 ( )图 K29-11A.电压表示数为 4.5 VB.电压表示数为 0C.电流表示数为 0.9 A8D.电路消耗功率为 16.2 W12.(多选)[2017·西安长安一中模拟] 如图 K29-12 甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶ 1,B 是原线圈的中心接头,原线圈输入的电压如图乙所示,副线圈电路中 R1、 R3为定值电阻, R2为NTC 型热敏电阻(阻值随温度升高而减小), C 为耐压值为 70 V 的电容器,所有电表均为理想电表 .下列判断正确的是 ( )图 K29-12A.当单刀双掷开关与 A 连接,电阻 R2所在处温度升高时,A 1的示数变大,A 2的示数减小B.当单刀双掷开关与 B 连接时,副线圈两端电压的频率变为 25 HzC.当单刀双掷开关与 B 连接时,电容器 C 不会被击穿D.其他条件不变,单刀双掷开关由 A→ B 时,变压器的输出功率变为原来的9教师详解(作业手册)课时作业(二十八)1.C [解析] 线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量为零,感应电动势最大,所以感应电流也最大,通过电阻 R 的电流瞬时值最大,故选项 B 错误,选项 C 正确; AB 边和 CD 边切割磁感线产生感应电流,根据右手定则可知电流方向为 ADCBA,故选项 A 错误;根据 E= NBSω 可知, ω 增大一倍, E 也增大一倍,根据 I= 可知,通过电阻 R 的电流的有效值也增大一倍,故选项 D 错误 .2.B [解析] 由图像可知,交变电动势的最大值为 Em=4 V,有效值为 E= =4 V,根据闭合电路的欧姆定律可知 U= ×6 V=3 V,A 错误;电流表的示数为 I= A=0.5 A,B 正确;由图像可知, T=4×10-2 s,f= =25 Hz,一个周期内电流方向改变 2 次,所以 1 s 内通过小灯泡的电流方向改变50 次,C 错误;根据 Em=nBSω 可知 Φ m=BS= Wb,D 错误 .3.AD [解析] t=0 时, 磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故 A 正确;每经过一次中性面(线圈垂直于磁感线,磁通量有最大值),电流的方向改变一次, t=1 s 时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,所以线圈中的电流方向不变,故 B 错误; t=1.5 s 时,磁通量有最大值,但磁通量的变化率为零,根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零,故 C 错误;感应电动势最大值 Em=NBSω=N ·Φ m· =4π V,有效值 E= π V,一个周期内线圈产生的热量 Q= ·T=8π 2 J,故 D 正确 .4.D [解析] 对 A 选项,正弦式交变电流有效值 I1= A,根据焦耳定律得 Q1= RT=2RT(J);对 B选项,电流有效值 I2= A,根据焦耳定律得 Q2= RT=2RT(J);对 C 选项,根据焦耳定律得Q3= RT=2.25RT(J);对 D 选项,对于方波电流,根据焦耳定律得 Q4= =4RT(J),故选项 D 正确 .5.B [解析] 在 t=0 时刻,电动势均为零,磁通量变化率均为零,线圈平面一定处于中性面上,故选项 A错误;由图可知,曲线 a 对应线圈的周期为 4×10-2 s,曲线 b 对应线圈的周期为 6×10-2 s,则由 ω=可知,角速度与周期成反比,故角速度之比为 3∶2,故选项 B 正确;曲 线 a 表示的交变电动势的频率fa= =25 Hz,选项 C 错误;因曲线 a、 b 对应的线圈角速度之比为 3∶2,曲线 a 表示的交变电动势最大值是 15 V,根据 Em=nBSω 得曲线 b 表示的交变电动势最大值是 10 V,则有效值为 U= V,选项D 错误 .106.D [解析] 第一次,灯泡两端的电压有效值为 U1= ,电功率 P1= ;第二次,设灯泡两端的电压有效值为 U2,有 T,解得 U2= U0,电功率 P2= ,则 P1∶ P2=1∶5,故选项A、B、C 错误,选项 D 正确 .7.ABC [解析] 由 u=311sin 100π t(V)可知电源电压的峰值 Um=311 V,则其有效值 U=220 V,故交流电压表的示数为 220 V,选项 A 错误;流过电暖宝的电流为 I1= =2 A,流过抽油烟机的电流为 I2= =1 A,则流过保险丝的电流 I=I1+I2=3 A,保险丝的额定电流为交变电流的有效值,故选项 B 错误;电暖宝是纯电阻用电器,而抽油烟机是非纯电阻用电器,故发热功率不是 2 倍关系,选项 C 错误;抽油烟机 1 min 内消耗的电能为 W=Pt=1.32×104 J,选项 D 正确 .8.A [解析 ] 线框中产生的感应电动势的最大值为 Em= BωS ,则线框中感应电流的有效值为 I=.9.AD [解析] 根据图像可知交变电流的最大值为 0.6 A,周期 T=0.2 s,则 ω= =10π rad/s,故交变电流的瞬时值表达式为 i=0.6sin 10π t(A),A 正确;交变电流的周期为 T=0.2 s,故磁铁的转速为 n=5 r/s,B 错误;风速加倍时,角速度加倍,根据 Em=nBSω 可知产生的感应电动势加倍,形成的感应电流加倍,故风速加倍时交变电流的表达式为 i=1.2sin 20π t(A),形成的感应电流最大值 Im=1.2 A,故有效值为 I=A,C 错误,D 正确 .10.BC [解析] 设导线框半径为 l,角速度为 ω ,两导线框切割磁感线时的有效长度始终等于圆弧半径,因此在产生感应电动势时其瞬时感应电动势大小始终为 E= Bωl 2,但进磁场和出磁场时电流方向相反,所以线框中应该产生方波交流电,如图所示,A 错误;由 T= 可知,两导线框中感应电流的周期相同,均为 T,B 正确;在 t= 时,两导线框均在切割磁感线,故两导线框中产生的感应电动势均为 Bωl 2,C 正确;对于线框 M,有 ·T,解得 U 有 M=E,对于线框 N,有 ·T,解得U 有 N= E,故两导线框中感应电流的有效值并不相等,D 错误 .11.(1)2NBl2ω (2) (3)11[解析] (1) bc、 ad 边的运动速度 v=ω故感应电动势 Em=4NBlv=2NBl2ω.(2)电流 Im=故 ab 边所受安培力 F=2NBIml= .(3)一个周期内,有电流通过的时间 t= T,R 上消耗的电能 W= Rt=I2RT解得 I= .课时作业(二十九)1.BC [解析] 线圈以较大的转速 n 匀速转动时,有 ω= 2π n,所以变压器输入电压的瞬时值表达式是 u=U1sin 2π nt(V),故 A 错误;原、副线圈两端电压与匝数成正比,所以变压器的原、副线圈的匝数比是U1∶ U0,故 B 正确;理想变压器的输入功率和输出功率相等,灯泡正常发光时电功率为 P= ,所以输入功率为 P= ,电流表的示数是 I1= ,故 C 正确;由于线圈有内阻 r,故线圈中产生的电动势有效值大于 U1,最大值也就大于 U1,故 D 错误 .2.B [解析] 因为理想变压器原、副线圈匝数比为 10∶1,原线圈的交变电压的最大值是 311 V,有效值为 220 V,故副线圈的电压有效值为 22 V,即电压表的示数为 22 V,选项 A 错误;因为灯泡的额定功率为44 W,且正常工作,故通过灯泡的电流为 2 A,通过电动机的电流为 3 A-2 A=1 A,电动机的输出功率为 P出 =22 V×1 A-(1 A)2×1 Ω=21 W,选项 B 正确;变压器的输入功率为 22 V×3 A=66 W,选项 C 错误;通过保险丝的电流为 =0.3 A,选项 D 错误 .3.BD [解析] 由图甲可知,该交流电的频率为 50 Hz,电压最大值为 220 V,故其瞬时值表达式为u=220 sin 100π t(V),选项 A 错误;由图甲可知,当 t=1.5×10-2 s 时,交变电压最大,由法拉第电磁感应定律可知,此时磁通量的变化率最大,穿过线圈的磁通量为零,故此时线圈平面与磁场方向平行,选项B 正确;若只减少理想变压器原线圈的匝数,则副线圈两端的电压将升高,副线圈中的电流将增大,变压器的输出功率将变大,故输入 功率将变大,选项 C 错误;若只增大滑动变阻器接入电路中的阻值,由题意可知,电压表 V1的示数不发生变化,而副线圈电路中电流将减小,定值电阻 R0两端的电压将减小,电压表V2的示数将增大,故电压表 V1与 V2示数的比值将减小,选项 D 正确 .4.BD [解析] 仅闭合 S,负载电阻减小,变压器 T2副线圈电流增大,根据变流规律知, T2原线圈电流增大,即输电线上电流增大,损耗的电压 U=Ir 增大,损耗的功率 P=I2r 增大, T2的输入电压 U3=U2-Ir 减小,所以输出电压 U4减小,即灯泡 L1两端电压减小,变暗,故 A 错误,B 正确;仅将滑片 P 下移,变压器 T1副线圈匝数增加( n2增加),根据 可知 U2变大,所以变压器 T2的输入电压 U3增大, U4增大,根据 I4= 得负载电流增大,整个电路的电流增大, r 消耗的功率会变大,故 C 错误;仅将滑片 P 上移,同理可得输电线的电流减小,电流表示数会变小,故 D 正确 .125.C [解析] 根据变压器原、副线圈两端电压和线圈匝数的关系有 ,这里 n2n1,所以 U2U1.在将滑动触头从 M 点顺时针旋转到 N 点的过程中, n2变小, n1不变,而原线圈两端电压 U1也不变,因此 U2降低,选项 C 正确 .6.B [解析] 由变压器相关知识得 ,原、副线圈减去相同的匝数 n 后,有 ,0,说明变压器原、副线圈的匝数比变大,可得出 C、D 错误 .由于原线圈电压恒定不变,则副线圈电压减小,小灯泡实际功率减小,小灯泡变暗,A 错误,B 正确 .7.AD [解析] 由图乙可知,交流电的周期为 0.02 s,所以电流方向每秒钟改变 100 次,A 正确;设电压表示数为 U2,流过 R2的电流为 I2= ,则 U=2U2+ ×2R2, U2= V,B 错误;根据 P=I2R,电阻 R1、 R2消耗的功率之比为 =1∶2,C 错误; a、 b 两端与副线圈两端的电压之比为 =3∶1,D 正确 .8.C [解析] 该测量仪是根据电磁感应原理制成的,故只可测量交流电的电流,选项 A 错误;根据I0×1=In,则载流导线中电流大小 I0=In,选项 B 错误;若钳形部分铁芯没有完全闭合,则穿过铁芯的磁通量会减小,故测量出的电流将小于实际电流,选项 C 正确; 若将载流导线在铁芯上多绕几匝,根据I0n'=In,则 I 变大,即钳形电流测量仪的示数将变大,选项 D 错误 .9.C [解析] 若用户电阻减小,则降压变压器输出功率增大,导致发电机的输出功率增大,选项 A 错误;降压变压器输出功率增大,导致输电线上电流增大,输电线上损失电压增大,输电线上损失的功率增大,选项 B 错误;降压变压器原线圈输入电压减小,由于降压变压器的原、副线圈匝数比不变,则降压变压器副线圈输出电压(即用户得到的电压)减小,选项 C 正确;已知发电机的输出电压不变,升压变压器的原线圈输入的电压不变,由于升压变压器的原、副线圈匝数比不变,则输电线上的输电电压不变,选项 D 错误 .10.A [解析] 闭合 S 时, R 并 减小, P 出 增大,而 P 出 =P 入 ,故 I1增大,则灯泡 L1变亮,变压器的输入电压减小,而匝数比不变,则变压器的输出电压减小,灯泡 L2和 L3变暗,L 4不能正常发光,故 A 正确,B、C、D错误 .11.C [解析] 原线圈的电压有效值为 U1= V=18 V,副线圈的电压为 U2=18× V=9 V,根据二极 管的特性,设电压表测量的有效值为 U 有 ,则 ×2 s,解得 U 有 =4.5 V≈6 .36 V,则电压表示数为 6.36 V,故选项 A、B 错误;通过电阻的电流为 I2= A=0.9 A,故选项 C 正确;电路消耗功率为 P= R=8.1 W,故选项 D 错误.12.AC [解析] 若电阻 R2所在处温度升高, R2的阻值减小,根据欧姆定律知,副线圈的总电流变大,所以原线圈电流变大,即 A1的示数变大, R2与 R1并联后的总电阻减小,故在副线圈中分得的电压减小,所以A2的示数减小,A 正确;交流电的频率与匝数无关,不会发生变化,还是 50 Hz,B 错误;原线圈两端电压最大值为 220 V,当单刀双掷开关与 B 连接时,匝数之比为 5∶1,根据变压规律可得副线圈两端电压最13大值为 44 V,小于电容器的耐压值,故电容器不会被击穿,C 正确;开关由 A→ B 时,副线圈两端电压 U2变为原来的 2 倍,输出功率 P2= 变为原来的 4 倍,D 错误 .1第 11 单元 交变电流 传感器2014 年 2015 年 2016 年 2017 年高考热点统计 要求Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ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Ⅰ 21 16 16 19理想变压器 Ⅱ 21 16 16 19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 .交变电流、交变电流的图像(Ⅰ)远距离输电(Ⅰ)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 .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; ω :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= ,ω= =2π f.【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 . ( )2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 Φ=Φ mcos ωt=BS cos ωt电动势 e=Emsin ωt=nBSω sin ωt电压 u=Umsin ω t= sin ω t电流i=Imsin ωt= sin ωt1 (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=nBSω ,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3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 ω ti=Imsin ω t计算线圈某时刻的受力情况峰值 最大的瞬时值Em=nBSωIm=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 ω 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 φ 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 28-44■ 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=nBSω 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 .①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 ωt.②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 ωt.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 Ω,外接 R=9 Ω 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=10 sin 10π t(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ω 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=NBSω sin ωt■ 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 28-75A.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 .6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:Δ U= = ; (2)输电线功率损失:Δ 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 . ( )7考点一 理想变压器功率关系 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:基本关系频率关系 原、副线圈中电流的频率相等电压 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入制约关系电流 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=220 sin 100π t(V)的交流电源上,副线圈接有 R=55 Ω 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为 2∶1,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Ⅰ] 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 Ω、1 Ω 和 4 Ω,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.2 B.3 C.4 D.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 29-48A.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,A 2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 4∶1, 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 Ω,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9图 29-8在回路 2 中, U2=Δ U+U3,I2=I 线 =I3.(2)抓住两个联系①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=P2.②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 ωt 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.4 r■ 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 = ,Δ U 为输电线路上损失的电压,不要与 U2、 U3相混 .(4)P 损 =Δ U·I 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10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Ⅱ] 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.Uab∶ Ucd=n1∶ n2B.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 .11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 Ω,热敏电阻的阻值 Rt与温度 t 的关系如下表所示 .图 S12-3t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1(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(0~200 Ω)、滑动变阻器 R2(0~500 Ω)、热敏电阻 Rt、继电器、电阻箱(0 ~999.9 Ω)、开关 S、导线若干 .为使该装置实现对 30~80 ℃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”). 12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) . ①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关,将电阻箱从电路中移除④合上开关,调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至 108.1 Ω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) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18(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 kΩ, R2=20 kΩ, R3=40 kΩ(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)13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 ( )14A.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 t1~t2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15D.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 8×10-4 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,16R1=20 kΩ, R2=10 kΩ, 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1×103 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 kΩB.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 .nBSω 2.大小 方向 3.热量 4.n5.(1)时间 (2)次数思维辨析17(1)(×) (2)(√) (3)(×) (4)(×) (5)(×) (6)(×)【考点互动探究】考点一例 1 BC [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=BL1L2ω sin ωt (2)e2=BL1L2ω sin (ωt+φ 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=ω ·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 ωt则整个线圈的感应电动势为e1=2E1=BL1L2ω sin ωt(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=BL1L2ω sin (ωt+φ 0)例 3 D [解析] 由交流电的表达式可知 ω= 10π 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 4 BC [解析] 从图示位置转 90°的过程中,磁通量变化量 Δ Φ=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 ω匀速转动,产生的感应电动势最大值 Em=NBSω ,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=NBSω sin =NBSω cos ωt ,选项 D 错误 .考点三例 5 B [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 1 220 [解析] 由有效值的定义式得 T,解得 U=220 V.18变式题 2 55 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 ω 匀速转动,能产生正弦式交变电动势 e=BSω sin ωt 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=BSω sin ωt ,由这一原理可判断,A 图中感应电动势为 e=BSω sin ωt ,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=20 sin 100π t(V),则加在 R2上的电压有效值为 ( )19A.10 V B.20 V C.15 V D.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 ω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 ωB.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=BSω ,电动势有效值为 E= BSω ,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= Δ 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203.(1)P1=P2 (2) (3)二、1 .Q=I2Rt 2.(1)电阻 (2)高压3.(1)U2-U3 I2R (2) P2-P3 R思维辨析(1)(√) (2)(×) (3)(×) (4)(×) (5)(√) (6)(√)【考点互动探究】考点一例 1 B [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=220 sin 100π t (V),可知 ω= 100π 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 I'2= ,副线圈的输出电压 U'2=I'2R2= ,由,则 U=U'1+4IR1=4I +12I,解得 =3,选项 B 正确 .考点二例 2 B [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