(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、瞬時值,變壓器的原理及應(yīng)用,遠(yuǎn)距離輸電等知識。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 預(yù)計近幾年高考對交變電流的考查仍會側(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、瞬時值或遠(yuǎn)距離輸電等知識。 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 實驗十二:傳感器的簡單使用 第69課時 交變電流的產(chǎn)生與描述(雙基落實課) 點點通(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)磁場中,線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。 (2)圖像:用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面位置開始計時,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(從中性面開始計時) (1)電動勢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)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,經(jīng)過圖示位置時( ) 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.該交變電流的瞬時值表達(dá)式是i=20sin(0.02t)A D.在t=(T是周期)時刻,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錯誤;電流的最大值Im=20 A,有效值I= A≈14.14 A,B正確;瞬時值表達(dá)式i=20sin(100πt)A,C錯誤;將t=代入瞬時值表達(dá)式,解得i′≈14.14 A,D正確。 [融會貫通] 理解交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 (1)從線圈轉(zhuǎn)動時的特殊位置理解,關(guān)鍵要弄清中性面和最大值兩個位置。 (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)鍵是瞬時值表達(dá)式要和圖像正確結(jié)合。 點點通(二) 有效值的理解和計算 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.有效值的計算 (1)計算有效值時要注意根據(jù)電流的熱效應(yīng),抓住“三同”:“相同時間”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定的讀數(shù)值是交流的瞬時值 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錯誤;交流電表測定的讀數(shù)值也是有效值,B錯誤;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全國卷Ⅲ)一電阻接到方波交流電源上,在一個周期內(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)對于非正弦式交變電流,可在一個周期內(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,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 瞬時值 交變電流某一時刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 計算線圈某一時刻的受力情況 峰值 交變電流最大的瞬時值 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)交流電表的測量值 (3)用電器設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流 (4)保險絲的熔斷電流 平均值 it圖像中圖線與時間軸所圍面積與時間的比值 =n = 計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)磁場中,ab邊長大于ad邊長,e、f、g、h分別是各條邊的中點。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)電動勢最大值最大( ) 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,穿過線圈的磁通量始終為零,所以沒有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。如果線圈繞bd軸轉(zhuǎn)動,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)電動勢最大值是B2Sω,如果線圈繞hf轉(zhuǎn)動,那么感應(yīng)電動勢最大值是BSω,其中S是線圈面積,ω是線圈轉(zhuǎn)動的角速度,選項D正確。 2.某單相交流發(fā)電機(jī)的電動勢為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)生的電動勢應(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)棣兀妱觿葑優(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錯誤,D正確。 4.(多選)邊長為L的正方形線框在勻強(qiáng)磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,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。從如圖所示位置開始計時,則( ) A.電路中電流的最大值Im= B.電路中電流的瞬時值表達(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)電動勢的最大值Em=BL2ω,則電流的最大值Im==,選項A正確;由題圖可知線框中電流為最大值時開始計時,故電路中電流的瞬時值表達(dá)式應(yīng)為i=Imcos ωt,選項B錯誤;電流表的讀數(shù)為有效值,為I=Im,選項C錯誤;小燈泡的電功率P=I2R=Im2R,選項D正確。 1.一臺發(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。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成沿半徑方向的輻向磁場。從如圖所示位置開始計時,規(guī)定此時電動勢為正值,選項圖中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是( ) 解析:選D 由于磁場為沿半徑的輻向磁場,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)電動勢大小不變,由右手定則可知,線圈轉(zhuǎn)動一周,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向改變兩次,選項D正確。 2.(2019遂寧檢測)如圖所示為一交變電流隨時間變化的圖像,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,取一個周期時間,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)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動,從線圈平面與磁場方向平行時開始計時,則在0~ 這段時間內(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 計時開始時線圈平面與磁場方向平行,感應(yīng)電流最大,在0~時間內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過四分之一個圓周,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錯誤。 4.如圖所示為實驗室一臺手搖交流發(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)動時,產(chǎn)生的電動勢e=10sin 10πt V,則( ) A.該交變電流的頻率為10 Hz B.該電動勢的有效值為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A錯誤;該交變電流電動勢的最大值Em=10 V,則有效值E==10 V,選項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C、D錯誤。 5.(2019開封模擬)如圖甲所示為一臺小型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(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時刻,穿過線圈的磁通量最大 D.在1.010-2 s時刻,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)生電動勢的最大值為6 V,電動勢的有效值是6 V,電壓表測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錯誤;發(fā)電機(jī)的輸出功率P== W=3.24 W,B錯誤;在t=110-2 s時刻,由題圖乙可知此時的電動勢為零,那么此時穿過線圈的磁通量最大,感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率成正比,該時刻穿過線圈的磁通量變化率為零,C正確,D錯誤。 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,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中勻速轉(zhuǎn)動的角速度為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;交流電壓的峰值為220 V,有效值為220 V,電壓表測量的是有效值,即220 V,B對;由ω==100π rad/s可知,C對;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。 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)磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,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時通過電阻R的電流為 解析:選AD 電動勢的最大值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錯誤;在線圈轉(zhuǎn)過一周的時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q==,C錯誤;電流的最大值為Im==,電流的瞬時值表達(dá)式為i=Imsin ωt,線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過30時,ωt=,此時的電流為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)磁場中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線框面積為S,線框的電阻、電感均不計,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=,理想交流電流表測的是電流的有效值,A正確,D錯誤;在一個周期內(nèi),只有半個周期的時間有電流通過R,故一個周期內(nèi)通過R的電荷量q==,B正確;R兩端電壓有效值U=IR=,C錯誤。 第70課時 變壓器、電能的輸送(重點突破課) [考點一 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態(tài)分析既是高考重點,也是學(xué)習(xí)難點。 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?,則( ) 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)電動勢最大值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錯誤;交變電流的頻率f等于線圈的轉(zhuǎn)速n,故D錯誤。 [答案] B (1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時,電動勢最大值發(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,R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼??! ? 考法2 理想變壓器的動態(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,變壓器輸出電壓增大 B.要提高用戶的電壓,滑動觸頭P應(yīng)向上滑 C.用電器增加時,輸電線的熱損耗減小 D.用電器增加時,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影響輸出電壓,選項A錯誤;根據(jù)變壓器的變壓比可知輸出電壓U2=U1,當(dāng)滑動觸頭P向上滑時,n2增大,所以輸出電壓增大,用戶的電壓增大,選項B正確;由于用電器是并聯(lián)的,因此用電器增加時總電阻變小,輸出電壓不變,總電流增大,故輸電線的熱損耗增大,選項C錯誤;用電器增加時總電阻變小,總電流增大,變壓器輸出功率增大,所以輸入功率增大,選項D錯誤。 [答案] B [規(guī)律方法] 理想變壓器動態(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)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,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a和b的電功率之比為9∶1 D.此時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A正確,B錯誤;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C錯誤,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。從某時刻開始在原線圈兩端加上交變電壓,其瞬時值表達(dá)式為u1=220sin 100πt V。下列說法中正確的是( ) A.t= s時,電壓表的示數(shù)為220 V B.t= s時,a、c兩點間電壓瞬時值為110 V C.滑動變阻器滑片向上移,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,理想交流電壓表測量的是有效值即22 V,故A錯誤;t= s 時,a、c兩點間電壓瞬時值為110 V,故B錯誤;滑動變阻器滑片向上移,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)載變化時輸入電壓不會有大的波動,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,當(dāng)用戶的用電器增加時,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錯誤;當(dāng)用電器增加時,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,輸出功率變大,所以原線圈的輸入功率也變大,因為輸入電壓不變,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,又因為電壓表V2的示數(shù)不變,所以電壓表V3的示數(shù)變小,D正確。 [考點二 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,其中兩類互感器結(jié)構(gòu)類似,容易造成混淆。對此類問題,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),它只有一個線圈,其中的一部分作為另一個線圈,如圖所示。當(dāng)交流電源接不同的端點時,它可以升壓(如圖甲)也可以降壓(如圖乙),變壓器的基本關(guān)系對自耦變壓器均適用。 2.多副線圈的變壓器 分析具有兩個(或兩個以上)副線圈的變壓器問題時,應(yīng)注意三個關(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線圈,將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動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,c、d間的輸出電壓為U2。在將滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中( ) 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),在滑動觸頭由M點移動到N點的過程中,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,電流表示數(shù)為1 A,當(dāng)S1和S2都閉合時,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,UI=,當(dāng)S1和S2都閉合時,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B對。 [答案] B 對于副線圈有兩個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A正確。 [答案] A 考點三 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,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A錯誤;交流電的最大值Um=500 V,故有效值U==250 V,選項B錯誤;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C錯誤;當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時,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,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( ) 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,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=;因為輸送電功率為P,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,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;小燈泡正常發(fā)光時的電流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,C錯;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。 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,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選項對,B選項錯;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選項對;輸出電壓頻率不變,頻率為f= Hz=50 Hz,故D選項錯。 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)磁場中,線框面積S=0.5 m2,線框平面與磁感線垂直,以此時刻為計時起點,線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω=200 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動,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,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錯誤;產(chǎn)生的交流電的最大值Em=NBSω=500 V,從題圖所示位置計時,交變電壓的瞬時值表達(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,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,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D錯誤;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A、B錯誤;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,測量的是輸電電流,b為電流表,選項B正確,A錯誤;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C正確;根據(jù)題述條件,不能求出輸電線路總電阻,選項D錯誤。 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,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錯誤;因為原線圈接正弦式電流,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,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 傳感器的簡單使用(實驗增分課) 一、實驗?zāi)康? 1.認(rèn)識熱敏電阻、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、實驗原理 1.傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)。 2.傳感器工作過程如圖所示。 三、實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動變阻器、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)時電阻變小 熱敏電阻 溫度升高時電阻變小 多用電表 測量敏感元件的電阻 繼電器 自動控制電路的元件,相當(dāng)于開關(guān) 四、實驗過程 1.研究熱敏電阻的特性 (1)實驗步驟 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)實驗步驟 ①將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動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 1.在做熱敏電阻實驗時,加入水后要等一會兒再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫和電壓、電流值。 2.光敏電阻實驗中,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,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,但不會非常明顯,故A、B錯;如果R為熱敏電阻,讀數(shù)變化非常明顯,故C對,D錯。 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,且對溫度很敏感)的IU關(guān)系圖線。 (1)為了通過測量得到如圖1所示IU關(guān)系的完整圖線,在圖2甲和乙兩個電路中應(yīng)選擇的電路是________(選填“甲”或“乙”);簡要說明理由:______________________。 (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,因為電路甲電壓可從0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 因為電路甲電壓可從0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)的燈和插座才會有電。房卡的作用相當(dāng)于一個________(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,只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中,這時由于磁鐵吸引簧片,開關(guān)B就接通,通過繼電器J使整個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,cd相吸,ab便接通。請你將各接線端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、線圈連成一個回路;將三個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,所以對傳感器實驗的考查,歸根結(jié)底還是對電學(xué)電路實驗的考查?! ? [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)”。現(xiàn)用如圖甲所示的電路研究某長薄板電阻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,實驗室中有下列器材: 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)確地測量電阻Rx的阻值,請完成圖甲虛線框內(nèi)電路圖的設(shè)計。 (2)在電阻Rx上加一個豎直向下的力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.本實驗的實驗?zāi)康氖茄芯块L薄板電阻Rx的“壓阻效應(yīng)”。 2.實驗原理是伏安法測電阻,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)行測量。 3.?dāng)?shù)據(jù)處理是測出電流表A1、A2的讀數(shù)I1、I2,則被測電阻的電壓U=I1r1,通過電阻的電流I=I2-I1,則電阻Rx==,多次測量獲得不同力F下的Rx值。作出RxF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)測量電阻Rx的阻值需要測出電阻Rx兩端電壓與通過電阻Rx的電流,所給實驗器材中沒有電壓表,可以用已知內(nèi)阻的電流表A1與待測電阻Rx并聯(lián),測出電阻Rx兩端電壓,用電流表A2串聯(lián)在電路中測電路電流,實驗電路圖如圖所示。 (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,該圖像具有對稱性,當(dāng)正、反向力F大小相等時,對應(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,對應(yīng)的電阻阻值相等 16-2F [例2] (2016全國卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),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),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為________Ω;滑動變阻器的滑片應(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,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至________________________________________________________________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。 [三步化“新”為“熟”] 1.本實驗的目的是設(shè)計報警電路并對電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2.本題從熱敏電阻的應(yīng)用、電路設(shè)計、等效替代、估算法等幾方面進(jìn)行了實驗創(chuàng)新,而在儀器的選擇、滑動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)實驗是一致的。 3.本題進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的前提和關(guān)鍵在于弄清實驗原理,完成電路圖的連接后,利用歐姆定律進(jìn)行計算。 [解析] (1)電路圖連接如圖所示。 (2)報警器開始報警時,對整個回路有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)為報警器報警時熱敏電阻的阻值,即為650.0 Ω?;瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃ǎ瑧?yīng)置于b端附近,若置于另一端a,閉合開關(guān)時,電路中的電流I= A≈27.7 mA,超過報警器最大電流20 mA,報警器可能損壞。②開關(guān)應(yīng)先向c端閉合,移動滑動變阻器的滑片,直至報警器開始報警為止。 [答案] (1)連線見解析圖 (2)R2 (3)①650.0 b 接通電源后,流過報警器的電流會超過20 mA,報警器可能損壞 ②c 報警器開始報警 [創(chuàng)新角度歸納] 實驗原理 的拓展 使用熱敏電阻、光敏- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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