2015-2016学年高中物理 第4-6章（章末检测+整合课件+学案）（打包12套）新人教版选修3-2.zip

1第五章 交变电流一、交流电“四值”的计算和应用1．最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动所产生的交流电，最大值Em＝ nBSω .在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值．2．有效值：正弦式交流电的有效值 E＝ 、 I＝ ，非正弦式交流电的有效值应根据有效Em2 Im2值的定义计算．求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值．3．瞬时值：当线圈平面处于中性面时开始计时，电动势的瞬时值表达式为 e＝ Emsin ωt .2瞬时值对应某一时刻的电压、电流值．4．平均值：平均值需用 ＝ n 和 ＝ 进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷EΔ ΦΔ t I ER量时要用平均值， q＝ ·Δ t＝ n .IΔ ΦR例 1 将交流电压 u＝220 sin (100π t) V 接到“220 V，100 W”的灯泡两端，若灯泡2灯丝电阻保持不变，求：(1)通过灯泡电流的最大值；(2)灯泡的实际功率；(3)每秒钟电流方向改变的次数；(4)通过灯泡电流 i 的瞬时值表达式．解析 (1)交流电压的有效值 U＝ V＝220 V，灯泡的额定电压为 UL＝220 V，因此恰22022好正常发光．由“220 V,100 W”知该灯泡的电阻为 RL＝ ＝484 Ω.通过灯泡电流的最大U2LPL值为 Im＝ ＝ A≈0.64 A.UmRL 2202484(2)灯泡的实际功率与额定功率相同， P＝100 W.(3)周期 T＝0.02 s,1 秒钟电流方向改变的次数n＝ ×2＝ ×2＝100(次)．tT 10.02(4)通过灯泡电流 i 的瞬时值表达式为i＝ Imsin ω t＝0.64sin (100π t) A.答案 (1)0.64 A (2)100 W (3)100 次(4)i＝0.64sin (100 π t) A针对训练 1 如图 1 所示，矩形线圈的匝数为 n，线圈面积为 S，线圈总电阻为 r，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕 OO′轴以角速度 ω 匀速转动，外电路电阻为 R，在线圈由图示位置转过 90°的过程中(不计转动中的一切摩擦)，求：图 1(1)通过电阻 R 的电荷量 q；(2)电阻 R 上产生的焦耳热 Q；3(3)驱动线圈转动的外力所做的功 W.答案 (1) (2) (3)nBSR＋ r π ω R nBS 24 R＋ r 2  nBS 2π ω4 R＋ r解析 (1)在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量 Δ Φ ＝ BS，时间 Δ t＝ ＝ ，平均电动T4 π2ω势为 ＝ n ＝ nBSω ，平均电流为 ＝ ＝ ，通过 R 的电荷量E－ Δ ΦΔ t 2π I－ E－ R＋ r 2nBSωπ  R＋ rq＝ ·Δ t＝ .I－ nBSR＋ r(2)在该过程中电阻 R 上产生的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的 ， Q＝ I2RT＝14 14 142R ＝ .(nBSω2 R＋ r ) 2πω π ω R nBS 24 R＋ r 2(3)由于线圈在磁场中匀速转动，所以外力做的功全部转化为电路的内能， W＝ I2(R＋ r)Δ t＝ . nBS 2π ω4 R＋ r二、变压器原理及相关电路的动态分析处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系，大致有两种情况：(1)负载不变，原、副线圈匝数比改变；(2)原、副线圈匝数比不变，负载改变．动态分析该类问题的思路可表示为：U1 U2 I2 I1 P1― ― →P1＝ P2 I1U1＝ I2U2 决 定 ― ― →P1＝ I1U1 决 定例 2 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 2 甲所示，副线圈所接电路如图乙所示， P 为滑动变阻器的滑片．下列说法正确的是( )图 2A．副线圈输出电压的频率为 50 HzB．副线圈输出电压的有效值为 31 VC． P 向右移动时，原、副线圈的电流比减小4D． P 向右移动时，变压器的输入功率增大解析 变压器不改变电压的频率，副线圈中的电压频率等于原线圈中的电压频率为 f＝ ＝1THz＝50 Hz；由 ＝ 可得副线圈中电压的最大值为 31 V，故有效值为 12×10－ 2 U1U2 n1n2 312V； P 向右移动时，输出电压不变，电阻减小，电流增大，由于输出电流决定输入电流，输入电流也增大，由 ＝ 知，原、副线圈的电流比不变；输出电压不变，输出电流增大，I1I2 n2n1所以输出功率增大，变压器的输入功率等于输出功率，输入功率也增大，故正确的选项为A、D.答案 AD针对训练 2 图 3 甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n1∶ n2＝5∶1，电阻 R＝20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只灯泡，S 1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交流电源，输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所示．现将 S1接 1、S 2闭合，此时 L2正常发光．下列说法正确的是( )图 3A．输入电压 u 的表达式 u＝20 sin (50π t) V2B．只断开 S1后，L 1、L 2均正常发光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 0.8 W答案 D解析 由输入电压 u 随时间 t 的变化关系图象可知，交变电流周期为 0.02 s，输入电压 u的表达式 u＝20 sin(100π t) V，选项 A 错误；只断开 S1后，L 1、L 2均不能发光，选项 B2错误；只断开 S2后，L 1、L 2串联后接入电路，变压器输出电流减小，原线圈的输入功率减小，选项 C 错误；若 S1换接到 2 后，变压器输出电压 U＝4 V， R 中电流为 I＝0.2 A， R 消耗的电功率为 P＝ UI＝0.8 W，选项 D 正确．三、电能的输送解决远距离输电问题要注意以下两点：1．首先画出输电线路示意图，包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，在图中标出相应物理量符号，利用输电电流 I＝ ，输电线上损失电压 Δ U＝ IR 线 ，输电线PU5损失功率 Δ P＝ I2R 线 ＝( )2R 线 及其相关知识解答．PU2．分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系．例 3 交流发电机两端电压是 220 V，输出功率为 4 400 W，输电导线总电阻为 2 Ω.试求：(1)用户得到的电压和功率各多大？输电损失功率多大？(2)若发电机输出端用 1∶10 的升压变压器升压后，经同样输电导线输送，再用 10∶1 的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和功率又是多大？解析 (1)如图，由 P＝ IU 得：I＝ ＝ A＝20 APU 4 400220由 U＝ U 用 ＋ IR 得：用户得到的电压为U 用 ＝ U－ IR＝220 V－20×2 V＝180 V由 P＝ P 用 ＋ I2R 得：用户得到的功率为P 用 ＝ P－ I2R＝4 400 W－20 2×2 W＝3 600 W输电损失功率为P 损 ＝ I2R＝20 2×2 W＝800 W(2)输电线路示意图如图所示根据理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数成正比可得： ＝ ，UU2 n1n2解得 U2＝ ＝ V＝2 200 VUn2n1 220×101因理想变压器不改变功率，即 P2＝ P1，所以I2＝ ＝2 AP1U2U3＝ U2－ I2R＝2 200 V－2×2 V＝2 196 V6由 ＝ 得：降压变压器副线圈两端电压为U4U3 n4n3U4＝ ＝ V＝219.6 VU3n4n3 2 196×110用户得到的功率等于发电机的输出功率减去输电导线上损失的功率，即P4＝ P3＝ P2－ I R＝ P1－ I R＝4 392 W2 2答案 (1)180 V 3 600 W 800 W(2)219.6 V 4 392 W1第五章 交变电流(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 10小题，每小题 4分，共 40分)1．如图 1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 0.01 s B．最大值是 311 VC．有效值是 220 V D．表达式为 u＝220sin 100π t V2．有一交变电流如图 2所示，则由此图象可知( )A．它的周期是 0.8 s B．它的峰值是 4 AC．它的有效值是 2 A D．它的频率是 0.8 Hz23．图 3为某种交变电流的波形，每半个周期按各自的正弦规律变化，其有效值为( )A．7A B．5 A C．3 A D．4 A2 2图 1 图 2 图 34．一电饭煲和一台洗衣机同时并入 u＝311sin 314 t (V)的交流电源上，均正常工作，用电流表分别测得电饭煲的电流是 5 A，洗衣机的电流是 0.5 A．下列说法正确的是( )A．电饭煲的电阻是 44 Ω，洗衣机电动机线圈电阻是 440 ΩB．电饭煲消耗的功率为 1 555 W，洗衣机电动机消耗的功率为 155.5 WC．1 min 内电饭煲消耗的电能为 6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为 6.6×103 JD．电饭煲的发热功率是洗衣机电动机发热功率的 10倍5．如图 4甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度．给该台灯接 220 V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为( )图 4A．220 V B．110 V C. V D. V2202 11026．图 5甲所示电路中，A 1、A 2、A 3为相同的电流表， C为电容器，电阻 R1、 R2、 R3的阻值相同，线圈 L的电阻不计．在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在 t1～ t2时间内( )图 5A．电流表 A1的示数比 A2的小 B．电流表 A2的示数比 A3的小C．电流表 A1和 A2的示数相同 D．电流表的示数都不为零7．图 6中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连， Q为滑动头．现令 Q从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯 L两端的电2压等于其额定电压为止．用 i1表示流过原线圈的电流， i2表示流过灯泡的电流， U2表示灯泡两端的电压， P2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值)．下列四个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )图 68．图 7所示， M为理想变压器，电表均可视为理想电表，接线柱 a、 b接电压u＝311sin 314t V的正弦交流电源．当滑动变阻器的滑片 P向上滑动时，示数发生变化的电表是( )图 7A．A 1、A 2 B．A 2、V 2C．A 1、A 2、V 2 D．A 1、A 2、V 1、V 29．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器．如图所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是( )10．汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油、空气混合气要靠火花塞点燃，但是汽车蓄电池的电压只有 12 V，不能在火花塞中产生火花，为此设计了如图 8所示的点火装置，这个装置的核心是一个变压器，它的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械进行自动控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，这样就能在火花塞中产生火花了，下列说法中正确的是( )图 8A．该设计方案不可行，因为蓄电池提供的是直流电，变压器不能改变直流电压B．该设计方案可行，因为变压器能将直流电改变为交变电流C．该设计方案可行，因为通过变压器原线圈的是变化的电流，可以通过变压器发生互感现象D．该变压器可以是升压变压器，也可以是降压变压器题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答 3案姓名：________ 班级：________ 学号：________ 得分：________ 二、填空题(本题共 2小题，每小题 8分，共 16分)11．如图 9所示，单匝矩形闭合导线框 abcd全部处于磁感应强度为 B的水平匀强磁场中，线框面积为 S，电阻为 R.线框绕与 cd边重合的竖直固定转轴以角速度 ω 匀速转动，线框中感应电流的有效值 I＝______.线框从中性面开始转过 的过程中，通过导线横截面π2的电荷量 q＝________.图 912．某发电厂用 2.2 kV的电压将电能输送到远处的用户，后改用 22 kV的电压，在原有输电线路上输送同样的电功率．前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为________．要将 2.2 kV的电压升高至 22 kV，若变压器原线圈的匝数为 180匝，则副线圈的匝数应该是________匝．三、计算题(本题共 4小题，共 44分)13．(10 分)如图 10所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1，宽度为 l2，共有 n匝，总电阻为 r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为 R的定值电阻，线圈以角速度 ω 在磁感应强度为 B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴 OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向， t＝0 时刻线圈平面与磁感线垂直．图 10(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻 R的感应电流的方向．(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式．(3)求线圈从 t＝0 位置开始到转过 90°的过程中的平均电动势．(4)求线圈从 t＝0 位置开始到转过 60°时的瞬时电流．14．(8 分)黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙” ．如图 11所示是高压电网的工作电路．高压电网是利用变压器将有效值为 220 V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为 0.5 cm，已知空气在常温常压下的击穿电压为 6 220 V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的原、副线圈匝数比不得超过多少？4图 1115．(12 分)如图 12所示，变压器原线圈输入电压为 220 V，副线圈输出电压为 36 V，两只灯泡的额定电压均为 36 V，L 1额定功率为 12 W，L 2额定功率为 6 W．试求：图 12(1)该变压器的原副线圈匝数比．(2)两灯均工作时原线圈的电流以及只有 L1工作时原线圈中的电流．16．(14 分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为 100 kW，输出电压为 500 V，输电导线的总电阻为 10 Ω，导线上损耗的电功率为 4 kW，该村的用电电压是 220 V.(1)输电电路如图 13所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；图 13(2)如果该村某工厂用电功率为 60 kW，则该村还可以装 “220 V 40 W”的电灯多少盏？5第五章 交变电流 章末检测 答案1．BC [本题考查正弦交变电流的基础知识，考查考生对正弦交流电基本知识及图象的掌握．由图象可知，该交变电压周期为 0.02 s，最大值为 311 V，瞬时值表达式为u＝311sin 100π t V，A、D 项错误，B 项正确；有效值为 V＝220 V，C 项正确．]31122．AB [由图象可读得 T＝0.8 s， f＝ ＝1.25 Hz，故 A对，D 错；又可由图象读得1TIm＝4 A，故 B对；因为电流并非正弦交流电，故其有效值 I≠ ＝2 A，C 错．]Im2 23．B [根据有效值的定义得Q＝ 2R ＋ 2R ＝ I2RT，(82) T2 (62) T2解得 I＝5 A，故 B正确．]4．C5．B [本题考查电压的有效值的计算．设电压的有效值为 U，根据有效值定义有· ＝ T，解得 B项正确．](2202)2R T2 U2R6．C [理想变压器原、副线圈的磁场变化情况相同，由图乙知原线圈的磁场均匀变化，据法拉第电磁感应定律 E＝ ＝ ·S知副线圈中产生恒定电流，线圈对直流电无阻nΔ ΦΔ t nΔ BΔ t碍作用，直流电不能通过电容器，所以电流表 A1、A 2的示数相同，A 3的示数为 0，C 选项符合题意．]7．BC [滑动头向上匀速滑动，副线圈匝数均匀增加，与时间 t成正比，由 ＝ 得：U1U2 n1n2U2＝ ，故 U2与 t也成正比，选项 C正确；随着白炽灯变亮，其本身电阻也逐渐增大，n2U1n1灯泡的 I－ t图线斜率逐渐减小，B 项正确；由于副线圈输出功率增大，原线圈的输入功率也增大，由 P＝ UI知，输入电流也要增大，故 A错；灯泡消耗的功率 n2＝ ，所以 n2与U2RU2不成正比，即 P－ t图象不满足正比例函数关系，故 D错．]8．A [由变压器特点，可知 ＝ ，只要 n1、 n2的比值不变， U1不变，那么 U2也不U1U2 n1n2变；由 ＝ 知：原线圈中电流因副线圈中电流的改变而改变，因滑动变阻器的电阻变化，I1I2 n2n1A2的示数变化，所以 A1的示数也会发生变化，故应选 A.]9．A [电流互感器串联在电路中，且连电流表的线圈电流小，由 ＝ 知：电流小的I1I2 n2n1线圈匝数多，故 A正确．]10．C [变压器只能改变交变电流的原因是如果在原线圈上接恒定电压，则线圈的磁通量保持不变，从而不能产生感应电动势，副线圈中也就没有输出电压了．在本装置中，开关的闭合、断开，导致电流不断地变化，从而使得磁通量不断地变化，能够使变压器工6作．]11. 2BSω2R BSR解析 线框转动产生交变电流 Emax＝ BSω ， Imax＝ ＝ BSω /R，有效值 I＝ ＝EmaxR Imax2；线框转过 的过程中， Δ Φ ＝ BS， ＝ ， ＝ ， q＝ Δ t＝ ＝ .2BSω2R π2 E Δ ΦΔ t I Δ ΦR·Δ t I Δ ΦR BSR12．100∶1 1800解析 消耗在输电线上的电功率P 损 ＝ I2R 线 ＝( )2R 线 ，P送U送所以 P 损 ∝ ， ＝( )2＝( )2＝100∶1.1U2送 P前P后 U后U前 222.2由于变压器原、副线圈的电压比等于匝数比得＝ ， n2＝ ＝ 匝＝1800 匝U1U2 n1n2 U2n1U1 22×1802.213．(1)自下而上 (2) e＝ nBl1l2ω sin ωt(3) (4)2nBl1l2ωπ 3nBl1l2ω2 R＋ r解析 (1)根据右手定则或楞次定律判断可知，线圈中的电流方向是 badcb，故流过 R的电流是自下而上．(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势Em＝ nBl1l2ω ，所以感应电动势的瞬时值表达式为 e＝ nBl1l2ω sin ωt .(3) ＝ n ＝ n ＝EΔ ΦΔ t Bl1l2π / 2ω  2nBl1l2ωπ(4)线圈从 t＝0 开始转过 60°时，瞬间电流为 i＝ ＝ ＝eR＋ r nBl1l2ω sinπ3R＋ r 3nBl1l2ω2 R＋ r14.110解析 电网两极间电场可看做匀强电场 Um＝ Emd，由题意，空气被击穿时 Em＝6 220 V/cm， Um＝6 220×0.5 V＝3110 V由理想变压器电压关系： ＝U1U2 n1n2由峰值与有效值关系： Um＝ U22由以上各式，得 ＝n1n2 110所以原、副线圈匝数比不得超过 1∶10.15．(1)55∶9 (2)0.082 A 0.055 A解析 (1)由变压比公式得＝ 代入数据，得U1U2 n1n2＝ ＝n1n2 22036 559(2)两灯均工作时，由能量守恒得P1＋ P2＝ U1I1I1＝ ＝ AP1＋ P2U1 12＋ 6220＝0.082 A只有 L1灯工作时，由能量守恒得7P1＝ U1I1′解得 I1′＝ ＝ A＝0.055 AP1U1 1222016．(1)1∶10 240∶11 (2)900 盏解析 (1)因为 P 损 ＝ I R 线2所以 I2＝ ＝ A＝20 AP损R线 4×10310I1＝ ＝ A＝200 APU1 100×103500则 ＝ ＝ ＝n1n2 I2I1 20200 110U3＝ U2－ I2R 线 ＝(500×10－20×10) V＝4 800 V则 ＝ ＝ ＝n3n4 U3U4 4 800220 24011(2)设还可装灯 n盏，据降压变压器输入功率等于输出功率有 P3＝ P4其中 P4＝( n×40＋60×10 3) WP4＝ P3＝(100－4) kW＝96 kW所以 n＝900.1第五章 交变电流(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合要求，选对的得 4 分，选错或不答的得 0 分)1．下列各图中，线圈中能产生交变电流的有( )答案 BCD2．某电池充电器的工作原理可以简化为理想变压器．如果正常工作时输入电压为 220 V，输出电压为 4.2 V，输出电流为 0.65 A，则( )A．原线圈的输入电流约为 0.2 AB．原线圈的输入电流约为 0.1 AC．原、副线圈的匝数比约为 52∶1D．原、副线圈的匝数比约为 1∶52答案 C解析 设原线圈的输入电压和输入电流分别为 U1、 I1，副线圈的输出电压和输出电流分别为 U2、 I2，根据 ＝ 可以得到原、副线圈的匝数比约为 52∶1，又根据 I1U1＝ I2U2可得U1U2 n1n2I1＝ I2，原线圈的输入电流约为 0.01 A，所以 C 正确，A、B、D 错误．U2U13．某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如图 1 所示，下列说法中正确的是( )图 1A．交变电流的频率为 0.02 HzB．交变电流的瞬时值表达式为 i＝5cos (50π t) AC．在 t＝0.01 s 时，穿过交流发电机线圈的磁通量最大2D．若发电机线圈电阻为 0.4 Ω，则其产生的热功率为 5 W答案 D解析 由题图知，交流电的周期为 0.02 s，故频率为 50 Hz，A 错；转动的角速度ω ＝ ＝100π rad/s，故电流的瞬时值表达式为 i＝5cos (100π t) A，B 错； t＝0.01 2πTs 时，电流最大，此时线圈的磁通量应为 0，C 错；交流电电流的有效值 I＝ ＝ A，故Im2 52P＝ I2R＝ 2×0.4 W＝5 W，故 D 正确．(52)4．如图 2 所示是磁电式电流表的结构图和磁场分布图，若磁极与圆柱间的磁场都是沿半径方向，且磁场有理想的边界，线圈经过有磁场的位置处磁感应强度大小相等．某同学用此种电流表中的线圈和磁体做成发电机使用，让线圈匀速转动，若从图中水平位置开始计时，取起始电流方向为正方向，表示产生的电流随时间变化关系的下列图象中正确的是( )图 2答案 C解析 由于线圈在磁场中切割磁感线，切割速度方向总是与磁场方向垂直，磁感应强度B、导线有效长度 l 和导线切割速率 v 等都不变，由 E＝ Blv，可知产生的感应电动势大小不变，感应电流大小不变．根据右手定则，电流方向做周期性变化，C 正确．5．如图 3 所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )图 3A．电流表的示数为 A32220B．电源输出功率为 1 200 W3C．电流表的示数为 A3220D．原线圈两端电压为 11 V答案 C解析 由于灯泡正常发光，可知副线圈两端电压为 220 V，由 ＝ 可知，原线圈两端电U1U2 n1n2压 U1＝20×220 V＝4 400 V，选项 D 错误；又因输入功率等于输出功率， P1＝ P2＝60 W，故选项 B 错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流 I1＝ ＝ A＝ A，故选项 AP1U1 604 400 3220错误，选项 C 正确．6．如图 4 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(正向电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大)，在 A、 B 间加一正弦交变电流 u＝20 sin 2(100π t) V，则加在 R2上的电压的有效值为( )图 4A．10 V B．20 VC．15 V D．5 V10答案 D解析 根据电压有效值的定义可知： · ＋ · ＝ ·T，解得加在 R2 20 V 2R T2  10 V 2R T2 U2R上电压的有效值 U＝5 V，D 正确．10二、多项选择题(本大题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对得 5 分，选对但不全的得 3 分，有选错或不答的得 0分)7．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为 P0，输电电压为 U，输电导线的总电阻为 R 线． 则下列说法正确的是( )A．输电线上的电流 I 线 ＝UR线B．输电线上的电流 I 线 ＝P0UC．输电线上损失的功率 Δ P＝ 2R 线(P0U)D．输电线上损失的功率 Δ P＝U2R线4答案 BC解析 输电线上的电流 I 线 ＝ ＝ ，故 A 错误，B 正确；输电线上的功率损失P0U U线R线Δ P＝ I R 线 ＝ 2R 线 ＝ ，故 C 正确，D 错误．2线 (P0U) U2线R线8．如图 5 甲所示，理想变压器的原线圈电路中装有 0.5 A 的保险丝 L，原线圈匝数n1＝600 匝，副线圈匝数 n2＝120 匝．当原线圈接在如图乙所示的交变电源上时，要使整个电路和用电器正常工作，则副线圈两端可以接 ( )图 5A．阻值为 14.4 Ω 的电阻B．并联两盏“36 V,40 W”的灯泡C．工作频率为 10 Hz 的电视D．耐压值为 36 V 的电容器答案 AB解析 理想变压器可以变压、变流，但不可以改变功率和频率；由题图乙可知，原线圈中交变电源的周期为 0.02 s，频率为 50 Hz，则副线圈得到的交变电流的频率也为 50 Hz，故接入工作频率为 10 Hz 的电视不能正常工作，C 错误；由题图乙可知，原线圈所接电源的电压有效值为 180 V，由理想变压器特点可知，变压比等于匝数比，则 U＝ ×180 V，120600得 U＝36 V， B 中两灯泡接入电路时，原线圈中的电流 I1＝ A≈0.44 A＜0.5 A，B 正确；49副线圈两端电压的有效值为 36 V，但其最大值大于电容器的耐压值，故 D 错误；由理想变压器特点可知，原、副线圈消耗的功率相等，则 ＝180 V×0.5 A，解得 R＝14.4  36 V 2RΩ，A 正确．9．如图 6 所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数之比为 1∶ n，副线圈接有一个定值电阻 R，则( )图 65A．若 a、 b 之间接电动势为 U 的蓄电池，则 R 中的电流为nURB．若 a、 b 之间接电动势为 U 的蓄电池，则原、副线圈中的电流均为零C．若 a、 b 之间接电压为 U 的交流电，则原线圈中的电流为n2URD．若 a、 b 之间接电压为 U 的交流电，则副线圈中的电流为nUR答案 CD解析 蓄电池的电动势恒定，若 a、 b 间接电动势为 U 的蓄电池，在变压器的铁芯中不能产生变化的磁场，不能在副线圈中产生感应电动势，副线圈中无电流，但原线圈中电流不为零，故 A、B 错；若 a、 b 间接电压为 U 的交流电，副线圈两端的电压为 nU，电流为 ，由nURI1∶ I2＝ n2∶ n1得： I1＝ ，故 C、D 均对．n2UR10．如图 7 所示，面积为 S、匝数为 N、电阻为 r 的线圈与阻值为 R 的电阻构成闭合回路，理想交流电压表并联在电阻 R 的两端．线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转动轴以角速度 ω 匀速转动．设线圈转动到图示位置的时刻 t＝0.则( )图 7A．在 t＝0 时刻，线圈处于中性面，流过电阻 R 的电流为 0，电压表的读数也为 0B．1 秒钟内流过电阻 R 的电流方向改变 次ωπC．在电阻 R 的两端再并联一只电阻后，电压表的读数将减小D．在电阻 R 的两端再并联一只电容较大的电容器后，电压表的读数不变答案 BC解析 图示位置为中性面，但由于产生的是正弦交流电，电压表的读数为有效值，故电压表的读数不为 0，故 A 错误；线圈每转过一圈，电流方向改变 2 次，故 1 秒内电流方向改变的次数为 2f＝2× ＝ ，B 正确； R 两端再并联一只电阻后，干路电流增大，路端电ω2π ωπ压减小，故电压表读数减小，C 正确；并上电容器后，由于电路与交变电源相连，电容器反复充放电，该支路有电流通过，故电压表的读数也减小，D 错误．三、填空题(共 2 小题，共 10 分)11．(4 分)有一理想变压器原、副线圈匝数分别为 1 320 匝、144 匝，将原线圈接在 220 V6的交流电压上，副线圈上电压为________V，穿过铁芯的磁通量的最大变化率为________Wb/s.答案 24 26解析 由 ＝ 得 U2＝24 V，穿过铁芯的磁通量的最大变化率等于每一匝线圈中产生的感U1U2 n1n2应电动势的最大值，即 m＝ ＝ Wb/s＝ Wb/s.(Δ ΦΔ t) Emn 22021 320 2612．(6 分)如图 8 所示，理想变压器原线圈与一 10 V 的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡 a 和 b，小灯泡 a 的额定功率为 0.3 W，正常发光时电阻为 30 Ω，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为 0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为________，流过灯泡b 的电流为________A.图 8答案 10∶3 0.2解析 副线圈两端电压 U2等于小灯泡 a 两端电压 Ua，由 Pa＝ 得， Ua＝3 V，则原、副线U2aRa圈的匝数比 ＝ ＝ ；流过灯泡 a 的电流 Ia＝ ＝0.1 A 又 ＝ ＝ ，得 I2＝0.3 n1n2 U1U2 103 UaRa n1n2 I2I1 I20.09 AA．流过灯泡 b 的电流 Ib＝ I2－ Ia＝0.3 A－0.1 A＝0.2 A.四、解答题(本题共 4 小题，共 46 分．解答应写出必要的文字说明，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13．(10 分)交流发电机的原理如图 9 甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕 OO′轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，已知线圈的电阻为R＝2 Ω，求：图 9(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？(2)矩形线圈转动的周期是多少？(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少？(4)保持线圈匀速转动，1 min 内外力对线圈做的功是多少？7答案 (1)2 A (2)4×10 －3 s (3)4 W (4)240 J解析 (1)由题图知， Im＝2 A.(2)T＝4×10 －3 s.(3)线圈中电流的有效值 I＝ ，Im2线圈电阻上产生的电热功率 P＝ I2R＝ R＝4 W.I2m2(4)外力对线圈做功，其他形式的能转化为电能再转化为内能，1 min 内外力对线圈做的功W＝ Pt＝240 J.14．(10 分)如图 10 所示，理想变压器原线圈中输入电压 U1＝3 300 V，副线圈两端电压U2为 220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡 L1和 L2，绕过铁芯的导线所接的电压表 V 的示数 U＝2 V．求：图 10(1)原线圈 n1等于多少匝？(2)当开关 S 断开时，电流表 A2的示数 I2＝5 A．则电流表 A1的示数 I1为多少？(3)当开关 S 闭合时，电流表 A1的示数 I1′等于多少？答案 (1)1 650 匝 (2)0.33 A (3)0.67 A解析 (1)由电压与变压器匝数的关系可得：＝ ＝ U，则 n1＝1 650 匝．U1n1 U2n2(2)当开关 S 断开时，有：U1I1＝ U2I2， I1＝ ＝ A≈0.33 AU2I2U1 13(3)当开关 S 断开时，有： R1＝ ＝44 Ω.当开关 S 闭合时，设副线圈总电阻为 R′，有U2I2R′＝ ＝22 Ω，副线圈中的总电流为 I2′＝ ＝10 A．由 U1I1′＝ U2I2′可知， I1′＝R12 U2R′＝ A≈0.67 A.U2I2′U1 2315．(12 分)一居民小区有 440 户，以前每户平均消耗电功率为 100 W，使用的区间变压器匝数比为 165∶6，恰好能使额定电压为 220 V 的家用电器正常工作，现在因家用电器增加，8每户平均消耗的电功率为 250 W，若变压器输入电压仍为 6 600 V，区间输电线路不变，为了使家用电器正常工作，需更换区间变压器，则更换后的区间变压器的匝数比为多少？答案 220∶9解析 未换时，输电电流 I＝ ＝ A＝200 A．输出电压 U2＝ U1＝ ×6 P总U用 440×100220 n2n1 6165600 V＝240 V，则由 U 线 ＝ U2－ U 用 ＝ IR 线 知， R 线 ＝ Ω＝0.1 Ω.换变压器后，240－ 220200I′＝ ＝ A＝500 A．线路损失电压 U 线 ′＝ I′ R 线 ＝50 V，变压器输出电压P总U用 440×250220U2′＝ U 用 ＋ U 线 ′＝220 V＋50 V＝270 V．变压器匝数之比为 n1∶ n2＝ U1∶ U2′＝6 600∶270＝220∶9.16．(14 分)风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图 11 所示，风车阵中发电机输出功率为 100 kW，输出电压是 250 V，用户需要的电压是 220 V，输电线总电阻为 10 Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的 4%，试求：图 11(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(2)用户得到的电功率是多少？答案 (1)1∶20 240∶11 (2)96 kW解析 (1)输电线损失的功率P 损 ＝ P×4%＝100 kW×4%＝4 kW输电线中电流 I2＝ ＝ A＝20 AP损R线 4×10310升压变压器输出电压 U2＝ ＝ V＝5×10 3 VPI2 100×10320升压变压器原、副线圈匝数比： ＝ ＝ ＝n1n2 U1U2 250 V5×103 V 120输电线上电压损失 U 损 ＝ I2R 线 ＝20×10 V＝200 V降压变压器原线圈两端电压 U3＝ U2－ U 损 ＝4 800 V降压变压器原、副线圈匝数比 ＝ ＝n3n4 4 800 V220 V 24011(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为P 用 ＝ P－ P 损 ＝ P(1－4%)＝100 kW×96%＝96 kW.1第六章 传感器一、敏感元件的特点及应用本章敏感元件有热敏电阻、金属热电阻、光敏电阻和霍尔元件．它们的特点如下：1．热敏电阻是由半导体材料制成，阻值随温度升高而减小；2．金属热电阻随温度升高，阻值增大；3．光敏电阻是由半导体材料制成，阻值随光照强度的增强而减小；4．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量．例 1 如图 1 所示， RT为正温度系数热敏电阻， R1为光敏电阻， R2和 R3均为定值电阻，电源电动势为 E，内阻为 r， 为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )图 1A．热敏电阻温度升高，其他条件不变B．热敏电阻温度降低，其他条件不变C．光照增强，其他条件不变D．光照减弱，其他条件不变2答案 BD解析 电压表示数增大，而 R3为定值电阻，说明流经 R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于 RT阻值减小或 R1阻值增大造成的，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故 B、D 正确，A、C 错误．例 2 如图 2 所示， RT为负温度系数的热敏电阻， R 为定值电阻，若往 RT上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )图 2A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变答案 D解析 往 RT上擦酒精后，酒精挥发吸热，热敏电阻 RT温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精挥发完毕后， RT的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变，故电压表的示数将逐渐变大，最后不变，所以选项 D 正确．二、常见的传感器传感器一般是把非电学量转换为电学量，因此往往与电子元件一起构成电路，比较常见的传感器都可以与电路进行组合，所以一定要注意电路分析，特别是要弄清楚各种敏感元件的特性及各种常用电子元件的工作特点，并针对具体问题具体分析，灵活处理．例 3 如图 3 所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置． R 是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时( )图 3A．电路中的电流减小，油箱油面降低B．电路中的电流减小，油箱油面升高C．电路中的电流增大，油箱油面降低3D．电路中的电流增大，油箱油面升高答案 D解析 当油箱油面升高时，由于浮力作用使金属滑片向下移动，回路电阻减小，电流增大，故 D 项正确．例 4 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在图 4 甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)－CO 浓度曲线如图乙所示，请判断下列选项中电压表示数 U0与一氧化碳浓度 c 之间的对应关系图象正确的是( )图 4答案 B三、关于控制电路的问题分析控制电路的问题，要弄清楚敏感元件的特性，还要进行正确的电路分析，除此之外还要了解各种逻辑电路的特点，其中斯密特触发器是具有特殊功能的“非”门，要特别注意它对电路所带来的相应变化．例 5 图 5 甲为斯密特触发器的符号，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端 A 的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)．由此可知，斯密特触发器是具有特殊功能的________(填“与门” 、 “或门”或“非门”)．(2)如图乙、丙是某同学设计的两个电路图．图中 R1是可调电阻， RT是热敏电阻，其阻值会随温度的升高而减小．回答下面问题：①能作为温度报警器的电路图是________(填“乙”或“丙”)；②为使热敏电阻在感测到更高温度时才报警，应该调节 R1，使其阻值________(填“增大”或“减小”)．4图 5答案 (1)非门 (2)①乙 ②减小解析 (1)斯密特触发器的输出状态和输入状态相反，相当于“非门”电路．(2)①温度升高时，热敏电阻阻值减小，其两端电压减小，题图乙中，斯密特触发器的输入端 A 的电压升高，输出端 Y 跳到低电平，蜂鸣器两端电压增大，蜂鸣器工作报警；而题图丙中，温度升高时，热敏电阻两端电压减小，斯密特触发器的输入端 A 的电压降低，输出端 Y 跳到高电平，蜂鸣器两端电压减小，蜂鸣器不工作．②更高温度时，热敏电阻阻值减小，要使热敏电阻所分的电压不变，则应使得题图乙中 R1阻值减小．例 6 如图 6 所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理．图 6答案 见解析解析 天较亮时，光敏电阻 RG阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈 A 中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻 RG阻值增大，斯密特触发器输入端 A 电势升高，当升高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈 A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后， RG阻值减小，斯密特触发器输入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低电平跳到高电平，则线圈 A 中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．