2012年高中物理高考备考30分钟课堂集训系列专题10_交变电流_传感
高考物理备考30分钟课堂专练系列专题10交变电流学生版
高考物理 备考30分钟课堂专练系列 专题10 交变电流（学生版）1．（2013贵州六校联考）如图所示，一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴oo ´匀角速转动，转动周期为T 0 。
线圈产生的电动势的最大值为E m ，则A ．线圈产生的电动势的有效值为m E 2B ．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为π20T E m C ．线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为E mD ．经过2T 0的时间，通过线圈电流的方向改变2次2．（北京市西城区2013届高三模拟）如图所示，一单匝矩形金属线圈ABCD 在匀强磁场中绕转轴OO '匀速转动。
转轴OO '，过AD 边和BC 边的中点。
若从图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化关系可以表示为Φ=0.1c os20πt （Wb ），时间t 的单位为s 。
已知矩形线圈电阻为2.0Ω。
下列说法正确的是（ ）A ．线圈中电流的有效值约为3.14AB ．穿过线圈的磁通量的最大值为0.12WbC ．在任意1 s 时间内，线圈中电流的方向改变10次D ．在任意l s 时间内，线圈克服安培力所做的功约为9.86J3．（湖北省黄冈市2013届高三模拟）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R 1=20Ω，R 2=30 Ω，C 为电容器。
已知通过R 1的正弦交流电如图乙所示，则（ ）A.交流电的频率为0.02 HzB.原线圈输入电压的最大值为2002 VC.电阻R2的电功率约为6.67 WD.通过R3的电流始终为零4．（河南省洛阳市2013届高三模拟）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为u=202sin100πt V，氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有（）A．开关接通后，氖泡的发光频率为50Hz B．开关接通后，电压表的示数为100VC．开关断开后，电压表的示数变大D．开关断开后，变压器的输出功率不变5.（山东省潍坊市2013届高三上模拟）中国已投产运行的1000 kV特高压输电，是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用l000kV特高压输电，不考虑其它因素的影响．则（）A．送电电流变为原来的2倍B．输电线上降落的电压将变为原来的2倍1C．输电线上降落的电压将变为原来的21D．输电线上损耗的电功率将变为原来的26．（安徽省宿州市2013届高三模拟）如图所示为含有理想变压器的电路，图中的三个灯泡L 1、L 2、L 3都标有“5V 、5W ”字样，L 4标有“5V 、10W ”字样，若它们都能正常发光，不考虑导线的能耗，则该电路的输入功率P ab 和输入电压U ab 应为（ ）A ．20W ，25VB ．20W ，20VC ．25W ，25VD ．25W ，20V7．（云南省2013届高三模拟）如图所示，在电路两端接上交变电流，保持电压不变，使频率增大，发现各灯的亮暗变化情况是：灯l 变暗、灯2变亮、灯3不变，则M 、N 、L 处所接元件可能是（ ）A.M 为电阻，N 为电容器，L 为电感器B.M 为电阻，N 为电感器，L 为电容器C.M 为电感器，N 为电容器，L 为电阻D.M 为电容器，N 为电感器，L 为电阻8.（黑龙江省哈六中2013届高三模拟）如图所示，虚线两侧有垂直线框平面磁感应强度均为B 的匀强磁场，直角扇形导线框半径为L 、总电阻为R ，绕垂直于线框平面轴O 以角速度ω匀速转动。
2012届高考物理一轮复习精品课件：第10单元-交变电流 传感器-物理-新课标(广东省专用)
第十单元 │ 使用建议 使用建议
1. 本单元复习是根据交变电流的产生 ——交变电流的 描述——交变电压的改变——交变电流的输送这条主线编排 的． (1)突出主干知识：通过复习，要求学生能根据法拉第电 磁感应定律理解交变电流的产生及其变化规律．不仅要求对 产生交流电的具体模型有明确认识，而且能根据实际模型确 定交流电的变化规律——数学表达式、图象或根据图象确定 相应的物理模型．
第44讲 │ 要点探究
图 44－4
第44讲 │ 要点探究
例1 (1)1100 V (2)5 (3)20 A
2 [解析] (1)最大电动势为 Em＝NBSω＝2πNBSf＝2π×220× π ×0.05×50 V＝1100 2V Em 发电机输出电压 U1＝ ＝1100 V 2 n1 U1 1100 V (2)变压器原、副线圈的匝数比为 ＝ ＝ ＝5 n2 U2 220 V (3)由 P＝UI 得副线圈的总电流为 11×103 P I2＝2 ＝2× A＝100 A U2 220 I1 n2 n2 1 由 ＝ 得 I1＝ I2＝ ×100 A＝20 A I2 n1 n1 5
图 44－3 L2 e＝2BL1v⊥＝2BL1vsinθ＝2BL1·ω ·sinωt＝BSωsinωt 2 若线圈有 N 匝，e＝NBSωsinωt，其中 S 为线圈面积． 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置：
第44讲 │ 要点探究
(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面． 线圈平面处于中性面时： ①线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即感应 电流等于零．②磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通 量最大，但磁通量的变化率为零．③交变电流的方向在中性 面的两侧是相反的．④线圈每经过一次中性面，电流方向改 变一次． (2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置即线圈平面平行 于磁感线时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电 动势、感应电流均最大，电流方向不变．
高校自主招生试题物理精选分类解析 专题10 交变电流 含解析
一. 选择题1．（2012北约自主招生真题）如图所示，通电直导线旁放一个金属线框且线框和导线在同一平面内。
以下哪种运动方式不能使线框abcd 中产生感应电流？（）A．线框以AB为轴旋转B．线框以ad边为轴旋转C．线框向右移动D．线框以ab边为轴旋转【参考答案】：A。
【点评】此题以通电直导线旁放一个金属线框切入，意在考查电磁感应及其相关知识。
2．（2012年华约自主招生）铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置，能产生匀强磁场的磁铁被安装在火车首节车厢下面，如图所示（俯视图）。
当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生一个电信号，通过和线圈相连的电压传感器被控制中心接收，从而确定火车的位置。
现一列火车以加速度a驶来，则电压信号关于时间的图像为（）【参考答案】：D【点评】此题以铁路上使用确定火车的位置的电磁装置切入，意在考查法拉第电磁感应定律及其相关知识。
3、（2011年卓越自主招生）心电图一是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可用一个与大电阻（40kΩ）相连的交流电源来等效，如图所示。
心电图仪与一理想变压器的初级线圈相连，以扬声器（可以等效为阻值为8Ω的电阻）与该变压器的次级线圈相连。
在等效电源的电压有效值V0不变的情况下，为使扬声器获得最大功率，变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比约为（）A．1∶5000 B．1∶70C．70∶1 D．5000∶1【参考答案】：C4．（2010清华五校）匀强磁场中有一长方形导线框，分别以相同的角速度绕图a、b、c、d所示的固定转轴旋转，用I a、I b、I c、I d表示四种情况下线框中电流的有效值，则（）A．I a=I d B．I a> I ba b c dC ．I b > I cD ．I c =I d 【参考答案】：AD【名师解析】：绕上述图a 、b 、c 、d 所示的固定转轴旋转，产生的感应电动势最大值相同：由 E m =NBS ω, E m=2E, I=E/R,联立求解可得I=R2NBS,故选A.D 正确。
浙江省2012届高考物理总复习章节精练精析第10章交变电流传感器
第10章 交变电流 传感器第一节 交变电流的产生和描述一、单项选择题1．正弦交变电源与电阻R 、交流电压表按照图甲所示的方式连接，R ＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V ．图乙是交变电源输出电压u 随时间t 变化的图象，则( )A ．通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R ＝2cos100πt (A)B ．通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R ＝2cos50πt (A)C ．R 两端的电压u R 随时间t 变化的规律是u R ＝52cos100πt (V)D ．R 两端的电压u R 随时间t 变化的规律是u R ＝52cos50πt (V)解析：选A.交流电压表示数为10 V ，是有效值，故U m ＝102V ，电阻上的交变电流与交变电压的变化趋势相同，电阻R 上电流的最大值为102/10 A ＝ 2 A ，又因t ＝0时，u ＝u m ，故i R ＝2cos100πt (A)，u R ＝102cos 100πt (V)，故选A.2．下列四幅图是交流电的图象，其中能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是( )解析：选C.我国居民日常生活所用的是正弦式交流电，其电压的有效值是220 V ，最大值为311 V ，周期为0.02 s ，所以只有C 正确．3．(2011年湖南长沙模拟)一个阻值为2 Ω的线圈在匀强磁场中转动，产生的交变电动势为e ＝102sin20πt V ，当该线圈与一阻值为8 Ω的电阻组成闭合回路时，下列说法正确的是( )A ．t ＝0时，线圈平面位于中性面B ．t ＝0时，穿过线圈的磁通量为0C ．电阻的热功率为16 WD ．用电压表测路端电压时读数为11.3 V 答案：A 4．(2011年金华模拟)两只相同的电阻，分别通过正弦波形的交流电和方波形的交流电．两种交变电流的最大值相等，波形如图所示．在正弦波形交流电的一个周期内，正弦波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q 1与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q 2之比Q 1Q 2等于( )A ．3∶1B ．1∶2C ．2∶1D ．4∶3 答案：B5．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R ＝10 Ω的电阻构成闭合电路．不计电路的其他电阻．下列说法正确的是( )A ．交变电流的周期为0.125 sB ．交变电流的频率为8 HzC ．交变电流的有效值为 2 AD ．交变电流的最大值为4 A解析：选C.由图象可以看出，此交变电流的周期为0.250 s ，电压的最大值U m ＝20 V ．所以交变电流的频率为4 Hz ，A 、B 均错误；交变电流的最大值I m ＝U m R ＝2 A ，有效值I ＝I m2＝ 2A ，C 正确，D 错误．6．(2009年高考福建理综卷)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则( )A ．电压表V 的示数为220 VB ．电路中的电流方向每秒钟改变50次C ．灯泡实际消耗的功率为484 WD ．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J解析：选 D.电动势的有效值为E ＝22022V ＝220 V ，所以电流的有效值I ＝ER ＋r ＝22095.0＋5.0A ＝2.2 A ，所以电压表的示数为U ＝IR ＝2.2×95.0 V ＝209 V ，选项A 错；交变电流的频率为f ＝1T＝50 Hz ，每个周期内电流方向改变2次，故每秒钟内电流方向改变100次，选项B 错；灯泡实际消耗的功率为P 灯＝I 2R ＝2.22×95.0 W ＝459.8 W ，故选项C 错；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q ＝I 2rt ＝2.22×5.0×1 J ＝24.2 J ，选项D 对．二、不定项选择题7．如图所示的线圈中产生了交变电流的是( )解析：选BCD.当线圈绕垂直于磁场的轴转动，磁通量发生变化，才能产生交变电流，B 、C 、D 均符合要求，A 项中线圈的磁通量不发生变化，故不产生交变电流．8．(2011年湖州高三质检)如图甲所示，电阻R 的阻值为50 Ω，在ab 间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中正确的是( )A ．电阻R 的功率为200 WB ．电流表示数为2 AC ．产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14 rad/sD ．如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则电流表的示数也增大一倍 答案：ABD9．内阻不计的交流发电机产生的电动势E ＝10sin50πt (V)，所接负载的电阻R ＝10 Ω，现把发电机的转速提高一倍，则( )A ．负载两端电压的有效值将变为28.2 VB ．交流电的频率将变为50 HzC ．负载消耗的功率将变为20 WD ．负载消耗的功率将变为40 W 解析：选BC.原来的电动势最大值为10 V ，有效值为7.07 V ，当发电机的转速提高一倍时，角速度增加一倍，频率也增加一倍，电动势最大值和有效值均增加一倍，表达式可以写为E ＝20 sin 100πt (V)，由此可以看出提高转速后频率变为50 Hz ，电动势有效值为14.14 V ，负载消耗的功率将变为20 W ．故B 、C 正确．10．(2011年绍兴一中检测)电阻为1 Ω的某矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，所产生的正弦交流电的图象如图线a 所示；当调整线圈转速后，该线圈中所产生的正弦交流电的图象如图线b 所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是( )A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B ．线圈先后两次转速之比为3∶2C ．交流电a 的电动势的有效值为5 2 VD ．交流电b 的电动势的最大值为5 V解析：选BC.由图象可知，t ＝0时刻线圈中的感应电流为0，感应电动势为0，穿过线圈的磁通量的变化率为0，所以穿过线圈的磁通量最大，A 错误；由图象可得线圈先后两次转动的周期之比为0.4∶0.6＝2∶3，转速与周期成反比，所以线圈先后两次转速之比为3∶2，B 正确；由图象可得交流电a 的电流的最大值为10 A ，有效值为102A ＝5 2 A ，又矩形线圈的电阻为1 Ω，所以交流电a 的电动势的有效值为5 2 V ，C 正确；由E ＝nBSω，ω＝2πT可得电动势与周期成反比，所以交流电b 的电动势的最大值为203V ，D 错误．三、计算题11．如图所示，间距为L 的光滑水平金属导轨，水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B 的匀强磁场中，一端接阻值为R 的电阻．质量为m 的导体棒放置在导轨上，其电阻为R 0.在拉力F 作用下从t ＝0的时刻开始运动，其速度随时间的变化规律为v ＝v m sin ωt ，不计导轨电阻．求：(1)从t ＝0到t ＝2πω时间内电阻R 产生的热量．(2)从t ＝0到t ＝π2ω时间内拉力F 所做的功．解析：(1)e ＝BL v ＝BL v m sin ωti ＝eR 0＋R ＝BL v m R 0＋Rsin ωt 电流的有效值I ＝I m2＝BL v m 2(R 0＋R )在t ＝0 ～t ＝2πω时间内在R 上产生的热量为：Q ＝I 2Rt ＝[BL v m 2(R 0＋R )]2·R ·2πω＝πRB 2L 2v 2m ω(R 0＋R )2. (2)由v ＝v m sin ωt 知： 当t ＝0时，v ＝0当t ＝π2ω时，v ＝v m由功能关系得W F ＝12m v 2m ＋I 2(R ＋R 0)π2ω＝12m v 2m ＋πB 2L 2v 2m4ω(R ＋R 0). 答案：见解析12．电压u ＝1202sin ωt V ，频率为50 Hz 的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u 0＝60 2 V 的霓虹灯的两端．(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(已知人眼的视觉暂留时间约为116s)解析：(1)如图所示，画出一个周期内交变电流的u —t 图象，其中阴影部分对应的时间t 1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t 1 当u ＝u 0＝60 2 V 时， 由u ＝1202sin ωt V 求得：t 1＝1600s再由对称性知一个周期内能发光的时间：t ＝T －4t 1＝150 s －4×1600 s ＝175s再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为： t ＝36000.02×175s ＝2400 s. (2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔只有1300 s(如图中t 2＋t 3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为116 s 远大于1300s ，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉．答案：(1)2400 s (2)见解析第二节 变压器 远距离输电一、单项选择题1．(2011年嘉兴模拟)图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图．变压器输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动．输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R 0表示，变阻器R 表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器触头P 向下移动时，下列说法不．正确的是( )A ．相当于在增加用电器的数目B ．A 1表的示数随A 2表的示数的增大而增大C ．V 1表的示数随V 2表的示数的增大而增大D ．变压器的输入功率增大 答案：C2．照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的．可是我们在晚上七、八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些．这是因为用电高峰时( )A ．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较低B ．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小C ．总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大D ．供电线路上的电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小解析：选C.照明供电线路的用电器是并联的，晚上七、八点钟用电高峰时，用电器越多，总电阻越小，供电线路上的电流越大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，所以C 正确．3．如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，副线圈上接三个相同的灯泡，均能正常发光，原线圈中再串一个相同的灯泡L ，则( )A ．灯L 也能正常发光B ．灯L 比另外三个灯都暗C ．灯L 将会被烧坏D ．不能确定解析：选A.原、副线圈中的电流之比为I 1I 2＝n 2n 1＝13，而副线圈中通过每盏灯的电流均为其额定电流I 额＝I 23.又I 1＝13I 2，所以通过原线圈中灯L 的电流恰为其额定电流，灯L 正常发光，所以A 正确．4．(2009年高考四川理综卷)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R 1＝20 Ω，R 2＝30 Ω，C 为电容器，已知通过R 1的正弦交流电如图乙所示，则( )A ．交流电的频率为0.02 HzB ．原线圈输入电压的最大值为200 2 VC ．电阻R 2的电功率约为6.67 WD ．通过R 3的电流始终为零解析：选C.由图乙可知交流电频率为50 Hz ，所以A 错．副线圈电压最大值U 2＝I 1R 1＝20V ，由U 1n 1＝U 2n 2可知U 1＝200 V ，B 错．R 1和R 2并联P 2＝⎝⎛⎭⎫U 222/30≈6.67 W ．因电容器接交流电有充放电电流，故D 错．5．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( ) A ．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1 B ．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C ．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D ．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为10∶1 答案：B6. (2011年北京西城区抽样)如图所示，理想变压器的输出端有三组次级线圈，分别接有电阻元件R 、电感元件L 和电容元件C .若用I R 、I L 、I C 分别表示通过R 、L 和C 的电流，则下列说法中正确的是( )A ．若M 、N 接正弦式交流电，则I R ≠0、I L ≠0、I C ＝0B ．若M 、N 接正弦式交流电，则I R ≠0、I L ≠0、IC ≠0 C ．若M 、N 接恒定电流，则I R ≠0、I L ≠0，I C ≠0D ．若M 、N 接恒定电流，则I R ≠0、I L ≠0，I C ＝0解析：选B.若初级线圈两端M 、N 接正弦式交流电，三组次级线圈中都有感应电动势产生，三个线圈中都会有电流，只不过自感线圈中还会产生感应电动势，电容器不断进行充放电，也会有电流产生．二、不定项选择题7. (2009年高考江苏卷)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u ＝202sin 100πt (V)．氖泡在两端电压达到100 V 时开始发光，下列说法中正确的有( )A ．开关接通后，氖泡的发光频率为100 HzB ．开关接通后，电压表的示数为100 VC ．开关断开后，电压表的示数变大D ．开关断开后，变压器的输出功率不变解析：选AB.在解题时要注意变压器的三个决定关系，副线圈电压由原线圈决定，则不论负载如何变化，电压表的读数不变，始终为有效值100 V ，B 正确；每个交流电周期内氖管发光两次，每秒发光100次，则氖管发光频率为100 Hz ，开关断开后，负载电阻增大、电流减小，则变压器的输出功率减小．8．(2010年高考山东理综卷)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甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P 为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是( )A ．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D ．P 向右移动时，变压器的输出功率增加解析：选AD.由原线圈输入电压的变化规律可知，输入交变电压的周期为0.02 s ，频率为50 Hz ，所以副线圈输出电压的频率为50 Hz ，A 正确；原线圈输入电压的最大值为310 V ，有效值为220 V ，根据变压公式，副线圈输出电压的有效值为22 V ，B 错误；由变压器变流公式知，原、副线圈的电流比只与匝数比有关，C 错误；滑动变阻器的滑动触头向右移动，电阻减小，副线圈输出电流增大，输出功率增加，D 正确．9．(2011年富阳二中高三月考)在某交变电流电路中，有一个正在工作的理想变压器，如图所示．它的原线圈匝数n 1＝600匝，交流电源的电动势e ＝311 sin(100πt ) V(不考虑其内阻)，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，原线圈串联一个额定电流为0.2 A 的保险丝，副线圈匝数n 2＝120匝，为保证保险丝不被烧断，则( )A ．负载功率不能超过62 WB ．副线圈电流最大值不能超过1 AC ．副线圈电路中的电阻R 不能小于44 ΩD ．副线圈电路中电压表的读数为62 V解析：选C.由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝44 V ，D 错；由I 1I 2＝n 2n 1得I 2≤1 A ，所以负载功率最大为P 2＝U 2I 2≤44W ，A 错；副线圈中的电流最大值为I m ＝ 2 A ，故B 错；由R ＝U 22P 2得R ≥44 Ω，C 对．10．(2009年高考山东理综卷)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机的输出电压为200 V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原副线圈匝数分别为n 1、n 2，降压变压器原副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )A.n 2n 1>n 3n 4B.n 2n 1<n 3n 4C ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率解析：选AD.由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数之比的关系，可知要让用电器正常工作，必须有n 2n 1>n 3n 4，A 正确，B 、C 错误；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D 也正确．三、计算题 11．如图甲是一理想变压器的电路连接图，图乙是原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图象，已知原、副线圈的匝数比为10∶1，电流表A 2的示数为2 A ，开关S 断开，求：(1)变压器的输入功率和电压表的示数；(2)将开关S 闭合，定性分析电路中三只电表的示数变化情况． 解析：(1)由图乙可知输入电压的有效值U 1＝200 V 由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2U 1n 1＝20 V 变压器的输入功率P 1等于输出功率P 2 故P 1＝P 2＝U 2I 2＝20×2 W ＝40 W.(2)将S 闭合，U 2不变，即电压表示数保持20 V 不变； 由于负载增多，负载总电阻减小，电流表A 2的示数增大；次级线圈的输出功率增加，初级线圈的输入功率随之增加，电流表A 1的示数增大． 答案：(1)40 W 20 V(2)A 1示数增大 A 2示数增大 V 示数不变 12．(2011年金丽衢十二校联考)某发电厂发电机的输出功率P ＝100 kW ，发电机端电压U ＝250 V ，向远处送电的输电线的总电阻R ＝8 Ω.要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得到的电压又正好是220 V ，那么：(1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图． (2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比．解析：(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图所示．(2)按题意，P 损＝5%P ＝0.05×100×103W ＝5×103 W.设输电线路中的电流为I ，P 损＝I 2R ，I ＝ P 损R ＝ 5×1038A ＝25 A.输送电压U 2＝P I ＝100×10325V ＝4000 V ，对升压变压器n 1n 2＝U 1U 2＝2504000＝116，输电线路上损失电压U 损＝IR ＝25×8 V ＝200 V ， 降压变压器原线圈n 3两端电压U 3＝U 2－U 损＝(4000－200) V ＝3800 V ， 用户在副线圈n 4两端得到电压U 4＝220 V ，所以n 3n 4＝U 3U 4＝3800220＝19011.即升压变压器原、副线圈匝数比为1∶16； 降压变压器原、副线圈匝数比为190∶11. 答案：见解析。
高考物理 名校名师高考考点课时训练·课件 第十章 交变电流 传感器
《名校名师高考考点课时训练》
物理（课件）
第十章 交变电流 传感器
课时1 交变电流的产生和描述
例题 答案
课时1 交变电流的产生和描述
例题
答案
课时1 交变电流的产生和描述
例题
答案
课时1 交变电流的产生和描述
课时1 交变电流的产生和描述
例题
答案
课时1 交变电流的产生和描述
例题 答案
课时1 交变电流的产生和描述
例题 答案
例题
课时2 理想变压器
答案
Hale Waihona Puke 例题课时2 理想变压器
答案
例题
课时2 理想变压器
答案
课时3 电感和电容对交变电流的影响 电能的输送
例题
答案
课时3 电感和电容对交变电流的影响 电能的输送
例题
答案
课时3 电感和电容对交变电流的影响 电能的输送
例题 答案
课时4 传感器的简单使用
例题 答案
例题
课时4 传感器的简单使用
答案
例题
课时4 传感器的简单使用
答案
【名师讲解】高三物理一轮复习：十 交变电流、传感器(36张PPT)
所以在本章的复习中要注意理解图象的意义，善于运用图
象分析解决有关的问题。高考也有把本章知识与其他章的
知识相联系的综合考查，如带电粒子在加有交变电压的平
行金属板间的运动问题就是高考的一个热点。
四、高考命题趋向
1.交变电流的知识在高考题中常以选择题的形式出现。 2．命题可能性较大的知识点有交变电流的规律，有效 值的定义和应用，变压器的电压比和电流比及输入功率 和输出功率的求解，和与交变电流的图象有关的题目。
B．e＝220cos 100πt(V) C．e＝314sin 100πt(V) D．e＝314cos 100πt(V)
【练习3】如图a所示，一矩形线圈 abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、 cd中点的轴OO′以角速度逆时针匀速 转动。若以线圈平面与磁场夹角为450 时（如图b）为计时起点，并规定当电 流自a流向b时电流方向为正。则下列 四幅图中正确的是（ D ）
3．交变电流与电学其他知识、力学知识相联系的考查，
特别应注意带电粒子在交变电场中的运动问题。
第一节 一、知识要点
交变电流
1．交变电流的产生 （1）交变电流：大小和方向均随时间作周期性变化的电 流． 其中， 方向随时间变化是交变电流的最主要特征． （2）交变电流的产生 ①矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时， 线圈中就会产生按正弦规律变化的交变电流，这种交变电 流叫正弦式交变电流． ②中性面：垂直于磁场的平面叫中性面。线圈位于中性面 位置时，穿过线圈平面的磁通量最大，但磁通量的变化率 为零，此位置线圈中的感应电动势为零，且线圈每经过中 性面位置一次，感应电流的方向就改变一次．线圈每转一 周，两次经过中性面位置，感应电流的方向改变两次．
第十章
交变电流、传感器
2012届高考物理专题卷：专题10(交变电流)答案与解析
2012 届专题卷物理专题十答案与分析1．【命题立意】此题考察沟通电的定义。
【思路点拨】解答此题需要掌握两个重点知识点：①沟通电的定义；②y 轴正负半轴图象的含义。
【答案】 CD【分析】交变电流是大小方向都随时间变化的电流，所以C、 D 正确， A、 B 仅是电流的大小发生变化而方向不变，故不属于交变电流。
2．【命题立意】此题考察磁通量的计算及沟通电刹时价、均匀值的计算。
【思路点拨】解答此题需要掌握以下几个重点的知识点：①磁通量是穿过线圈的磁感线的条数；②沟通电刹时价的计算方法；③沟通电均匀值的计算方法。
【答案】 BCD 【分析】闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，若从中性面开始计时，穿过线框的磁通量Φ 按余弦规律变化，线框中产生的感觉电动势按正弦规律变化，在穿过线框的磁通量为BS的时辰，线圈转过60°，此时的电动势e3BSω2BS BSωsin 60，A 错误；穿过线框的磁通量为 2 的22时辰，线框中的感觉电动势等于E BSωsin 452BSω，B 正确；线框转动四分之一周过程中，感觉电动2势的均匀值为 E2BSC、D，线框每转动一周，磁通量的改变量等于零，均匀感觉电动势等于零，t正确。
3．【命题立意】考察远距离输电的导线损失功率的计算。
【思路点拨】解答此题需要掌握两个重点知识点：①导线上的电流与输送电流的关系；②损失功率的计算方法。
【答案】 A 【分析】高压输电时P=UI ， I 是输送电路上的电流。
用电顶峰时，若输送电压不变，则I 为正常时的 2 倍，A 正确；高压线上的热耗功率P＝I 2R 线则热耗功率变成 4 倍，B 错误；用电顶峰时，若输送电压也加倍，则I 不变，与正常时同样， C 错误；由P ＝I 2R 线则热耗功率也不变， D 错误。
4．【命题立意】此题考察中性面的性质与沟通电仪表的读数特色。
【思路点拨】解答此题需要掌握以下三个重点的知识点：①中性面的性质特色；②沟通电仪表的读数为沟通电的有效值；③沟通电最大值与转速的关系。
高考物理复习第十一章交变电流 传感器教案讲义有答案
基础课1交变电流的产生和描述知识点一、交变电流、交变电流的图象1．交变电流(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
(2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。
2．正弦式交变电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线。
如图甲、乙、丙所示。
知识点二、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝2πω。
(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数。
单位是赫兹(Hz)。
(3)周期和频率的关系：T＝1f或f＝1T。
2．正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：e＝E m sin__ωt。
(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝U m sin__ωt。
(3)电流i随时间变化的规律：i＝I m sin__ωt。
其中ω等于线圈转动的角速度，E m＝nBSω。
3．交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数。
(2)峰值：交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值，也叫最大值。
(3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值。
对正弦式交变电流，其有效值和峰值的关系为：E＝E m2，U＝U m2，I＝I m2。
[思考判断](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)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。
()(3)交变电流的峰值总是有效值的2倍。
()(4)线圈在磁场中每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次。
() 答案(1)×(2)×(3)×(4)×正弦交变电流的产生及变化规律1．交流电产生过程中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥S B∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝nΔΦΔt＝0，最小e＝nΔΦΔt＝nBSω，最大感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变2.正弦式交变电流的变化规律磁通量：Φ＝Φm cos ωt；电动势：e＝E m sin ωt；电流：i＝I m sin ωt。
高考物理一轮总复习 第十章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生和描述课件(选修3-2)
A．乙图中 Oa 时间段对应甲图中 A 至 B 图的过程 B．乙图中 c 时刻对应甲图中的 C 图 C．若乙图中 d 等于 0.02 s，则 1 s 内电流的方向改变 50 次 D．若乙图中 b 等于 0.02 s，则交流电的频率为 50 Hz [解析] 由交变电流的产生原理可知，甲图中的 A、C 两 图中线圈所在平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，再
考点
互动探究
[核心提示] 6 个概念：正弦式交变电流的周期、频率、瞬时值、峰 值、有效值、最大值的概念 4 个值：瞬时值、有效值、最 大值、平均值 2 个位置：中性面、垂直中性面 2 个表达式： 线圈从中性面和垂直中性面开始计时分别对应的交变电流的 瞬时表达式 3 种图象：e－t 图象、i－t 图象、Φ－t 图象
2．正弦交变电流的函数表达式(线圈从中性面位置开始 计时)
(1)电动势 e 随时间变化的规律：e＝Emsinωt . (2)负载两端的电压 u 随时间变化的规律：u＝Umsinωt . (3)电流 i 随时间变化的规律：i＝ Imsinωt . 其中 ω 等于线圈转动的 角速度 ，Em＝ nBSω .
知识点二 描述交变电流的物理量 1．周期和频率 (1)周期 T：交变电流完成 一次周期性 变化(线圈转动 一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T＝2ωπ. (2)频率 f：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数 ，
单位是赫兹(Hz)．
1
1
(3)周期和频率的关系：T＝__f__或 f＝_T__.
考点一 正弦交流电的变化规律及应用 1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
规律 物理量
函数
磁通量
Φ＝Φmcosωt ＝BScosωt
图象
高考物理热点集训【交变电流 传感器】课件
第十章 交变电流 传感器
十章 交变电流 传感器
解析：选 D.当滑动变阻器滑动触头 P 逐渐
向上移动时，变阻器有效电阻 R 变小，相
当于负载增加，输出功率增加，则输入功
率增加，而输入电压 U 不变，则 I1 变大， R1 两端电压变大，则 U1＝U－I1R1 变小；
由变压器公式U1＝n1＝I2和 U2 n2 I1
I2＝UR2，得
解析：选 A.装置 P 启动后，只有一半时
间有电流通过，故电热丝的功率变为原来
的一半，A 正确；装置 P 启动前，电压
的有效值为 U＝3121 V，P 启动后，由有
3112
效值的定义可得UR′2T＝
2 R
×T2＋0，解
得 U′＝3211 V，则电压表的读数与原来
相比，UU′＝ 22，C、D 均错误．
第十章 交变电流 传感器
热点2 理想变压器的综合分析
变压器中电压、电流、功率之间的联 系和相互制约关系，综合利用欧姆定 律、串、并联电路的特点进行判定是 高考考查的热点之一．
第十章 交变电流 传感器
实战演练 4．(2012·湖北宜昌模拟)如图10－4所 示，一低压交流稳压器中，变压器的 原、副线圈都带有滑动头，通过上下 调节P1、P2的位置，可以改变变压器 输入、输出电压．图中L是一个小灯 泡，R2是定值电阻，R1、R3是滑动变
第十章 交变电流 传感器
5．(2012·江西重点中学联考)如图10－ 5所示，当滑动变阻器滑动触头P逐渐 向上移动时，接在理想变压器两端的 四个理想电表示数( )
图10－5
第十章 交变电流 传感器
A．V1不变、V2不变、A1变大、A2变大 B．V1不变、V2不变、A1变小、A2变小 C．V1变大、V2变大、A1变小、A2变小 D．V1变小、V2变小、A1变大、A2变大
高考物理二轮复习 专题10 交变电流教学案(含解析)-人教版高三全册物理教学案
专题10 交变电流1．交流发电机及其产生正弦式电流的原理。
正弦式电流的图像和三角函数表达。
最大值与有效值。
周期与频率2．电阻、电感和电容对交变电流的作用3．变压器的原理。
电压比和电流比4．电能的输送交变电流部分的知识点不是很多，一般以难度中等或中等偏下的选择题出现。
高考题型以选择题为主，重点考查交流电的产生原理、图像、表达式以及交流电的有效值，变压器的原理，远距离输电中的线路损耗问题，其中考查频度最高是交流电有效值、变压器的有关知识。
本部分知识常与电场和力学知识结合在一起考查考生的综合分析能力，如带电粒子在交变电场中的运动等。
虽然交流电的有关知识不属于高考物理的重点内容，但也不能因此而放弃对其基本内容的理解和掌握。
因为交流电路与工农业生产和日常生活紧密结合，在近几年的高考试题中出现的频率较高。
一､交变电流的产生和变化规律1.交变电流(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.(2)特例:随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流,正弦式电流的图像是正弦曲线,我国城镇使用的交变电流都是正弦式电流.2.正弦式电流的产生和规律(1)产生:如图所示,将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式电流.甲:线圈中没有电流乙:电流从a流向b丙:线圈中没有电流丁:电流从b流向a戊:线圈中没有电流(2)中性面:平面线圈在匀强磁场中旋转,当线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电动势,这个位置叫做中性面.如图中甲､丙､戊线圈所在平面即是.中性面的特点是:①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.②线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变.3.规律:n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为e=nBSωsinωt,用E m表示感应电动势的峰值,图像如图所示,则有感应电动势大小:e=E m sinωt,电流大小:i sinωt=I m sinωt,电压大小:u=U m sinωt.4.表征交变电流的物理量(1)瞬时值正弦式交变电流的电动势和电流随时间的变化而变化,不同的时刻有不同的值,叫做交变电流的瞬时值,变化规律为e=E m sinωt,i=I m sinωt,用小写的字母表示.(2)最大值交变电流在一个周期内所能达到的最大值,也称峰值,反映的是交变电流大小的变化范围,当矩形线圈转到与磁感线平行时出现.其表达式用大写字母加脚标表示,瞬时值与最大值的关系为-E m≤e≤E m,-I m≤i≤I m.(3)有效值①定义:如果让交流电流和直流电流分别通过同样的电阻,在同一时间内产生的热量相同,这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值.②正弦式电流的最大值和有效值的关系为:(5)周期和频率①交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量.②周期T:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,单位是秒(s).周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次.③频率f:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,符号为Hz.频率越大,交变电流变化越快.二､变压器､远距离输电1.电压关系:(输出电压由输入电压和匝数比决定,与用电器的电阻大小以及有无其他副线圈无关).2.功率关系:P入=P出或I1U1=I2U2+I3U3+…+I n U n.3.电流关系:I1n1=I2n2+I3n3+…+I n n n,当只有一个副线圈时I1n1=I2n2.4.远距离输电(1)问题:电能的损失和电压的损失.(2)关键:减少输电线上电能的损失,P损=I2R线.(3)方法:①减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积;②提高输电电压,减小输电电流.【特别提醒】1．中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面．注意：①线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零．②线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，所以磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大．③线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面，故一个周期内线圈中电流方向改变两次．2．交变电流的描述(1)峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平行时，交变电动势最大，E m＝NBSω.电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．(2)有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的．让交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做交变电流的有效值．注意：①交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果．②正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是E＝12E m，U＝12U m，I＝12I m.3．变压器(1)原理：法拉第电磁感应定律．(2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比．(3)功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和． ①当只有一个副线圈工作时，有U 1I 1＝U 2I 2，I 1I 2＝n 2n 1.②若有两个以上的副线圈，则有：P 1＝P 2＋P 3＋…，U 1U 2＝n 1n 2、U 2U 3＝n 2n 3…，n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋….(4)决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定．考点一 对交变电流变化规律的考查例1、如图4甲为小型旋转电枢式交流发电机，电阻为r ＝2 Ω矩形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO ′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与右侧电路连接，右侧电路中滑动变阻器R 的最大阻值为R 0＝407 Ω，滑动片P 位于滑动变阻器中央，定值电阻R 1＝R 0、R 2＝R 02，其他电阻不计．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，闭合开关S ，线圈转动过程中理想交流电压表示数是10 V ，图乙是矩形线圈磁通量随时间t 变化的图像，则下列说法正确的是( )图4A ．电阻R 2上的热功率为57WB ．0.02 s 时滑动变阻器R 两端的电压瞬时值为零C ．线圈产生的e 随时间t 变化的规律是e ＝102cos 100πt (V)D ．线圈开始转动到t ＝1600 s 的过程中，通过R 1的电荷量为2200πC答案AD【变式探究】一个匝数为100匝，电阻为0.5 Ω的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图5所示规律变化．则线圈中产生交变电流的有效值为( )图5A．5 A B．2 5 AB．6 A D．2 6 A答案 B解析0～1 s时间内，感应电动势为E1＝nΔΦ1/Δt1＝1 V，电流为2 A；1～1.2 s内，感应电动势E2＝nΔΦ2/Δt2＝5 V，感应电流为10 A，一个周期内发热量为I21Rt1＋I22Rt2＝I2R(t1＋t2)，得I＝2 5 A，B正确．【举一反三】如图6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象如图乙中曲线a、b所示，则( )图6A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3C．曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V答案AC【方法技巧】1．线圈通过中性面时的特点(1)穿过线圈的磁通量最大；(2)线圈中的感应电动势为零；(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次．2．交流电“四值”的应用(1)最大值：分析电容器的耐压值；(2)瞬时值：计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况；(3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流；(4)平均值：计算通过电路截面的电荷量．考点二对变压器和远距离输电的考查例2、如图7所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则( )图7A．用户用电器上交流电的频率是100 HzB．发电机输出交流电的电压有效值是500 VC．输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小答案 D【变式探究】如图8所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5，电阻R1＝R2＝25 Ω，D为理想二极管，原线圈接u＝2202sin 100πt(V)的交流电．则( )图8A．交流电的频率为100 HzB．通过R1的电流为2 2 AC．通过R2的电流为 2 AD．变压器的输入功率为200 W答案 C解析原线圈电压有效值为220 V，频率为50 Hz，则根据变压器匝数比可得副线圈电压为50 V，R1的电流为2 A，A、B错误；流过二极管中的交流电只有半个周期可以通过，电压最大值为50 2 V，二极管的电压有效值为25 2 V，流过R2电流为 2 A，C正确；电阻R1消耗功率为100 W，电阻R2消耗功率为50 W，则原线圈输入功率为150 W，D错误．【举一反三】如图9所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是( )图9A．P向下滑动时，灯L变亮B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大答案BD【方法技巧】1．变压器各物理量间的因果关系变压器的n 1n 2一定，输入电压U 1决定了输出电压U 2的大小，与其它无关．由输出电压U 2与负载电阻R ，通过欧姆定律决定了输出电流I 2的大小．进而确定了输出功率P 2的大小，由能量守恒决定了输入功率P 1的大小．最后又通过P 1U 1决定输入电流I 1的大小．2．理想变压器动态分析的两种情况(1)负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、功率等随匝数比的变化情况．(2)匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、功率等随负载电阻的变化情况．不论哪种情况，要注意两点：一、根据题意分清变量和不变量；二、弄清“谁决定谁”的制约关系．对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入．考点三 交变电流的综合问题分析例3、如图10甲是小型交流发电机的示意图，两极M 、N 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A 为理想交流电流表，V 为理想交流电压表．内阻不计的矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO ′沿逆时针方向匀速转动，矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P 上下移动时可改变变压器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻R ，从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的交变电动势随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是( )图10A ．电压表的示数为10 VB．0.01 s时发电机线圈平面与磁场方向平行C．若P的位置向上移动、R的大小不变时，电流表读数将减小D．若P的位置不变、R的大小不变，而把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功率将增大到原来的4倍答案ABD【变式探究】如图11所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动，轴OO′垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.保持线圈以恒定角速度ω转动，下列判断正确的是( )图11A．在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势最大B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表V2的示数变大C．电压表V1示数等于NBωL2D．变压器的输入与输出功率之比为1∶1答案AD解析当线框转到如图所示位置，穿过线框的磁通量为0，但线框中产生的感应电动势最大，故选项A正确；电压表V2测量的是副线圈的电压，副线圈电压由原线圈电压决定，与负载电阻变化无关，故选项B错误；电压表V1示数为有效值，等于u1＝u1m2＝NBωL22，故选项C错误；理想变压器输入功率等于输出功率，则选项D正确．【举一反三】图12甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，降压变压器原副线圈匝数比为100∶1，远距离输电线的总电阻为100 Ω.若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750 kW.下列说法中正确的有( )图12A．用户端交流电的频率为50 HzB．用户端电压为250 VC．输电线中的电流为30 AD．输电线路损耗功率为180 kW答案AC【方法技巧】交变电流的综合问题，涉及交流电路最大值、有效值、平均值、瞬时值的计算，与电磁感应、安培力、闭合电路欧姆定律的综合应用等，解答时应注意以下几点：(1)分清交流电路“四值”的不同计算方法和物理意义．(2)学会将直流电路、闭合电路欧姆定律的知识应用在交流电路中1．【2016·全国卷Ⅲ】如图所示，M为半圆形导线框，圆心为O M；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为O N；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线O M O N的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面．现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过O M和O N的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则( )图1A．两导线框中均会产生正弦交流电B ．两导线框中感应电流的周期都等于TC ．在t ＝T8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2．【2016·全国卷Ⅰ】一含有理想变压器的电路如图1所示，图中电阻R 1、R 2和R 3的阻值分别为3 Ω、1 Ω 和4 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1A ．2B ．3C ．4D ．5【答案】B 【解析】开关断开时，原、副线圈的电流比I I 2＝n 2n 1，通过R 2的电流I 2＝In 1n 2，副线圈的输出电压U 2＝I 2(R 2＋R 3)＝5In 1n 2，由U 1U 2＝n 1n 2可得原线圈两端的电压U 1＝5I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22，则U ＝U 1＋IR 1＝5I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22＋3I ；开关闭合时，原、副线圈的电流比4I I ′2＝n 2n 1，通过R 2的电流I ′2＝4In 1n 2，副线圈的输出电压U ′2＝I ′2R 2＝4In 1n 2，由U ′1U ′2＝n 1n 2可得原线圈两端的电压U ′1＝4I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22，则U＝U ′1＋4IR 1＝4I ⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22＋12I ，解得n 1n 2＝3，选项B 正确． 3．【2016·全国卷Ⅲ】如图1所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a 和b.当输入电压U 为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是( )图1A ．原、副线圈匝数比为9∶1B ．原、副线圈匝数比为1∶9C ．此时a 和b 的电功率之比为9∶1D ．此时a 和b 的电功率之比为1∶94．【2016·天津卷】如图1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( )A ．当滑动变阻器的滑动触头P 向上滑动时，R 1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A 1示数变大D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大【答案】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；干路中的电流变小，R1两端的电压变小，并联电路的电压变大，即电压表V示数变大，B正确；由于变压器副线圈干路中的电流变小，所以原线圈中的电流变小，即电流表A1的示数变小，C错误；闭合开关S后，并联电路的阻值变小，总电阻也变小，干路中的电流变大，R1两端的电压变大，并联电路的电压变小，通过R2的电流变小，即电流表A2示数变小，因变压器的功率变大，故电流表A1示数变大，D错误．5．【2016·江苏卷】一自耦变压器如图1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1A．U2>U1，U2降低B．U2>U1，U2升高C．U2<U1，U2降低D．U2<U1，U2升高6．【2016·四川卷】如图1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1A ．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【2015·海南·10】4．如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为R 0，负载电阻的阻值R =11R 0，是理想电压表；现将负载电阻的阻值减小为R =5R 0，保持变压器输入电流不变，此时电压表读数为5.0V ，则A ．此时原线圈两端电压的最大值约为34VB ．此时原线圈两端电压的最大值约为24VC ．原线圈两端原来的电压有效值约为68VD ．原线圈两端原来的电压有效值约为48V 【答案】AD【解析】当负载电阻的阻值减小为R=5R 0时，根据串并联电路规律，R 两端电压为0R 两端电压的5倍，因为电压表测量R 两端的电压，所以01515R U V=⨯=，故副线圈两端电压为26U V =，根据公式1122U n U n =可得此时原线圈两端电压的有效值为1U =24V ，所以此时原线圈两端电压的最大值约为24234V V ≈，A 正确，B 错误；因为变化过程中变压器的输入电流不变，所以对于副线圈中变化前后电流也不变，则变化后电压200056U IR IR IR =+=，变化前，2000'1112U IR IR IR =+=，所以22'212U U V ==，根据公式1122U n U n =可得原线圈两端原来的电压有效值约为48V ，D 正确，C 错误。
(新课标)高考物理总复习教师用书 第十章交变电流、传感器
第十章交变电流传感器[学习目标定位]考纲下载考情上线1.交变电流、交变电流的图象(Ⅰ)2．正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值(Ⅰ) 3．理想变压器(Ⅰ)4．远距离输电(Ⅰ)实验十一：传感器的简单使用高考地位高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现，但也出现过关于交变电流的计算题，试题的难度一般在中等偏下，分值在6～10分左右。
考点点击1.交变电流的产生、图象和有效值问题。
2．变压器、电压、功率、电流关系及远距离输电。
第1单元交变电流的产生及描述交变电流的产生及变化规律[想一想]线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，线圈平面每转动一周，感应电流的方向改变几次？线圈在什么位置，电流方向会发生改变？[提示] 线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，线圈平面每转动一周，经过两次中性面，故感应电流的方向改变两次。
[记一记]1．交变电流(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
(2)图象：如图10－1－1(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10－1－1(a)所示。
图10－1－12．正弦式电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图象为正弦曲线。
如图10－1－1(a)所示。
3．正弦式电流的函数表达式若n 匝面积为S 的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为e ＝nBSωsin_ωt ，用E m ＝nBSω表示电动势最大值，则有e ＝E m sin ωt 。
其电流大小为i ＝e R ＝E mRsin ωt ＝I m sin ωt 。
[试一试]1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图10－1－2甲所示，则下列说法正确的是( )图10－1－2A ．t ＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B ．t ＝0.01 s 时刻，Φ的变化率最大C ．t ＝0.02 s 时刻，交流电动势达到最大D ．该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示解析：选B 由Φ－t 图知，t ＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e ＝0，故A 、D 两项错误；由图知T ＝0.04 s ，在t ＝0.01 s 时，Φ＝0，ΔΦΔt 最大，e 最大，则B项正确；在t ＝0.02 s 时，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e ＝0，则C 项错误。
高考物理备考30分钟课堂集训系列专题10 交变电流 传感器
专题10 交变电流 传感器一、选择题(本大题共10个小题，共50分，每小题至少有一个选项正确，全部选对的得 5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．如图1所示，电路中有四个完全相同的灯泡，额定电压均为U ，额定功率均为P ，变 压器为理想变压器，现在四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比n 1∶n 2和电源电压U 1分别为 ( )图1A ．1∶2 2UB ．1∶2 4UC ．2∶1 4UD ．2∶1 2U解析：设灯泡正常发光时，额定电流为I 0.由题图可知，原线圈中电流I 原＝I 0，副线 圈中两灯并联，副线圈中电流I 副＝2I 0，U 副＝U ，根据理想变压器的基本规律：I 原n 1 ＝I 副n 2得n 1∶n 2＝2∶1；U 原/U 副＝n 1/n 2得U 原＝2U ，所以U 1＝4U .C 项正确． 答案：C2．(2011·扬州模拟)如图2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( )A ．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ωπ次C ．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，电压表的读数不变解析：图示位置为中性面，但由于产生的是正弦式电流，故流过电阻的瞬时电流是零， 电压表的读数为其有效值，不是0，故A 错；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×ω2π＝ωπ，B 正确；R 两端再并联电阻时，干路电流增大，路端电压减小，故电压表读数减小，C 正确；并上电容后，由于电路与交变电源相连，电容反复充电放电，该支路有电流通过，故电压表的读数也减小，D 错误． 答案：BC3.利用如图3所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的 匝数比n 1∶n 2＝1∶100，交流电流表A 的示数是50 mA ，则 ( )图3A ．被测电路的电流的有效值为5 AB ．被测电路的电流的平均值为0.5 AC ．被测电路的电流的最大值为5 2 AD ．原、副线圈中的电流同时达到最大值解析：交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I 2＝50 mA ＝0.05 A ，根据I 1I 2＝n 2n 1得，I 1＝5 A ，A 对B 错误；原线圈(被测电路)中电流的最大值I 1m ＝2I 1＝52A ，C 项正确；原线圈中电流最大时，线圈中磁通量的变化率等于零，此时副线圈中的电流 最小；原线圈中电流等于0时，磁通量的变化率最大，副线圈中电流最大；所以原、 副线圈中的电流有相位差，故不能同时达到最大值，D 项错误． 答案：AC4．多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现上述调节的，缺 点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速．现在的调光 台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的，如图4所示为一个经过双向可 控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦式电流的每一个12周期中，前面的14被截去，从而改变了电灯上的电压．那么现在电灯上的电压为( )图4A．U m B.U m 2C.U m2D.U m4解析：由有效值的定义知U2RT＝U m22R×T2得U＝U m2.C项正确．答案：C5．如图5所示，一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.若把万用电表的选择开关拨到交流电压挡，测得a、b两点间的电压为20 V，则可知：从中性面开始计时，当t＝T/8时，穿过线圈的磁通量的变化率约为( )A．1.41 Wb/s B．2.0 Wb/sC．14.1 Wb/s D．20.0 Wb/s6．(2011·福建模拟)如图6甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器，已知通过R1的正弦式电流如图乙所示，则 ( )图6A．交变电流的频率为0.02 HzB．原线圈输入电压的最大值为200 2 VC．电阻R2的电功率约为6.67 WD．通过R3的电流始终为零7．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图7所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )图7A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析：R1、R2和电源组成一个闭合电路，只有R2两端获得高电压时，处理系统才能进行信号处理，当激光照到光敏电阻时，R1的阻值变小，总电流变大，则R2两端获得高电压，因此选A、D.答案：AD8．(2011·山东模拟)如图8所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的. 和为理想电压表，读数分别为U1和U2；、和为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3，现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是( )图8A．U2变小，I3变小B．U2不变、I3变大C．I1变小、I2变小D．I1变大、I2变大解析：因为变压器的匝数与U1不变，所以U2不变，故两电压表的示数均不变．当S断开时，因为负载电阻增大，故副线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，C正确；因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确．答案：BC9．欧洲核子研究中心于2008年9月10日启动了大型强子对撞机，如图9甲所示，将一束质子流注入长27 km的对撞机隧道，使其加速后相撞，创造出与宇宙大爆炸之后万亿分之一秒时的状态相类似的条件，为研究宇宙起源和各种基本粒子特性提供强有力的手段．设n个长度逐渐增大的金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到频率为f、最大电压值为U的正弦交流电源上，图乙所示为其简化示意图．质子束以一定的初速度v0沿轴线射入圆筒实现加速，则 ( )图9A．质子在每个圆筒内都做加速运动B．质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动C．质子穿过每个圆筒的时间恰为交变电流的周期D．每个筒长应与其对应的位置成线性关系解析：由于同一个金属筒所处的电势相同，内部无场强，故质子在筒内必做匀速直线运动；而前后两筒间的电势差为U，故质子每次穿越缝隙时将被电场加速，则B对A 错．又由于各筒相间地连到频率为f的交流电源上，故质子穿过每个圆筒的时间都应为交变电流的半个周期，故C 错．若设v n 为质子在第n 个筒内的速度，则筒长为L n＝v n ·T 2，又12mv n 2－12mv 02＝(n －1)qU ，得L n ＝12f2n －1qU m＋v 02，即筒长与其对 应的位置不成线性关系，D 项错误． 答案：B10．一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω时，线圈中产生的交变 电动势的最大值为E 0，周期为T 0，外力提供的功率为P 0.若使线圈转动的角速度变为 2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E ，周期为T ，外力提供的功率为P .则E 、T 和P 的大小为 ( )A ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0B ．E ＝E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0C ．E ＝2E 0，T ＝T 0，P ＝2P 0D ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝4P 0解析：设线圈为N 匝，面积为S ，所在区域磁感应强度为B ，当角速度为ω时，产生 的最大感应电动势E 0＝NBSω，周期T 0＝2πω，外力提供的功率P 0＝E 有2R ＝NBSω222R＝ N 2B 2S 2ω22R .当角速度为2ω时，产生的最大感应电动势E ＝2NBSω＝2E 0，周期T ＝2π2ω＝ πω＝12T 0，外力提供的功率P ＝NBS 2ω222R ＝4N 2B 2S 2ω22R ＝4P 0.故选项D 对． 答案：D二、实验题(本大题共2个小题，共10分)11．(4分)(2011·北京模拟)当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变 大”、“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________ 变化而改变的特性制成的．解析：本题考查传感器中两个常用元件光敏电阻和热敏电阻的性质．光敏电阻是感光 元件，它的阻值随光照强度的增强而减小，它可把光学量变为电阻这一电学量，常用 来制造光控开关，热敏电阻对温度反应敏感．答案：变小 温度12．(6分)有一个教学用的可拆变压器，如图10甲所示，它有两个用相同的导线绕制的线圈A、B，线圈外部还可以绕线．图10(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为________Ω，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)．(2)如果把它看做理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：__________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________；A线圈的匝数为n A＝________.(用所测物理量符号表示)答案：(1)24 A(2)①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；②将A线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压U A和绕制线圈的输出电压UU An(其他方法，只要合理即可)U三、计算题(本大题共4个小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)13．(8分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n＝100.穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图11所示，发电机内阻r＝5.0 Ω，外电路电阻R＝95 Ω.已知感应电动势的最大值E m＝nωΦm，其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数．图11解析：从Φ－t 图象可以看出Φm ＝1.0×10－2 Wb ，T ＝3.14×10－2 s ，已知E m ＝nωΦm ，又ω＝2πT，故电路中电流最大值I m ＝E m R ＋r ＝n ·2π·Φm T R ＋r＝100×2×3.14×1.0×10－23.14×10－2×95＋5.0A ＝2 A. 交流电流表读数I ＝I m /2≈1.4 A. 答案：1.4 A14．(10分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO ′匀 速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S ＝0.05 m 2，线圈转动的频率为50 Hz ，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B ＝2πT ．为用此发电机所发出交变电流带 动两个标有“220 V,11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a 、b 与电机之间 接一个理想变压器，电路如图12所示，求：图12(1)发电机的输出电压有效值为多少？ (2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？ 解析：(1)根据E m ＝NBSω＝1100 2 V 得输出电压的有效值为U 1＝E m2＝1100 V.(2)根据U 1U 2＝n 1n 2得n 1n 2＝51.(3)根据P 入＝P 出＝2.2×104W 再根据P 入＝U 1I 1，解得I 1＝20 A. 答案：(1)1100 V (2)5∶1 (3)20 A15．(10分)为了减少因火电站中煤的燃烧对大气的污染，目前正大力发展水电站．某一 水电站发电机组设计为：水以v 1＝3 m/s 的速度流入水轮机后以v 2＝1 m/s 的速度流出， 流出水位比流入的水位低100 m ，水流量为Q ＝100 m 3/s ，水轮机效率为75%，发电 机效率为80%，求：(g ＝10 m/s 2，水的密度ρ＝103kg/m 3) (1)发电机组的输出功率是多少？(2)如果发电机输出电压为24 kV ，输电线路中能量损失为0.05%，输电线电阻为19.5 Ω，那么所需升压变压器的原、副线圈匝数比是多少？ 解析：(1)时间t 内水流质量m ＝ρQt ， 水轮机获得的机械能E ＝[mgh ＋12m (v 12－v 22)]×75%则发电机输出的电能E 电＝E ×80% 发电机的输出功率P 0＝E 电t≈6.02×107W.(2)发电机的输出电流I 1＝P 0/U 1≈2508 A输电线路损失ΔP ＝P 0×0.05%输电电流满足I 22＝ΔP /R ，得I 2≈39.3 A 则升压变压器原、副线圈匝数比：n 1∶n 2＝I 2∶I 1≈1∶64.答案：(1)6.02×107W (2)1∶6416．(12分)如图13所示，一个半径为r 的半圆形线圈，以直径ab 为轴匀速转动，转速为n ，ab 的左侧有垂直于纸面向里(与ab 垂 直)的匀强磁场，磁感应强度为B .M 和N 是两个集流环，负载电 阻为R ，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：(1)从图示位置起转过1/4转的时间内负载电阻R 上产生的热量； (2)从图示位置起转过1/4转的时间内通过负载电阻R 的电荷量； (3)电流表的示数．解析：线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电 流．此交变电动势的最大值为E m ＝BSω＝B ·πr 22·2πn ＝π2Bnr 2.(1)在线圈从图示位置转过1/4转的时间内，电动势的有效值为 E ＝E m2＝2π2Bnr22电阻R 上产生的热量Q ＝(E R )2R ·T 4＝π4B 2r 4n8R.(2)在线圈从图示位置转过1/4转的时间内，电动势的平均值为E ＝ΔΦΔt. 通过R 的电荷量q ＝I ·Δt ＝ER ·Δt ＝ΔΦR ＝πBr 22R.(3)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E ′，由有效值的定义得E m22R·T 2＝E ′2R T 解得E ′＝E m2. 故电流表的示数为I ＝E ′R ＝π2r 2nB 2R.答案：(1)π4B 2r 4n 8R (2)πBr 22R (3)π2r 2nB 2R11。
2012年高考重要模拟考试物理考点分类精讲14交变电流和传感器
1. （2012年江苏苏州期末）遥控器能调换电视机频道，利用的是光传感器。
下列属于应用这类传感器的是（A）红外报警装置（B）金属电阻温度计（C）电子电路中使用的“干簧管” （D）霍尔元件1.答案：A解析：红外报警装置利用的是光传感器，选项A正确。
2. （2012年江苏苏州期末）如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数比为10:1，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=10Ω，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。
则下列说法中正确的有A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为31.1VB．当单刀双掷开关与b连接且在0.01s时，电流表示数为2.2AC．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25HzD．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大2.答案：BCD解析：当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22V，选项A错误；当单刀双掷开关与b连接且在0.01s时，电流表示数为2.2A，选项B正确；当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率仍为50Hz，选项C 错误；当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压为44V，副线圈输出功率增大，原线圈的输入功率变大，选项D正确。
3．（2012年北京西城期末）如图所示，一单匝矩形金属线圈ABCD在匀强磁场中绕转轴OO匀速转动。
转轴OO过AD边和BC边的中点。
若从图示位置DCOL 2 开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化关系可以表示为t Φπ20cos 1.0 （Wb ），时间t 的单位为s 。
已知矩形线圈电阻为2.0Ω。
下列说法正确的是A ．线圈中电流的有效值约为3.14AB ．穿过线圈的磁通量的最大值为21.0WbC ．在任意1s 时间内，线圈中电流的方向改变10次D ．在任意1s 时间内，线圈克服安培力所做的功约为9.86J3.答案：D 解析：穿过线圈的磁通量最大值为BS=0.1Wb ，选项B 错误；转动角速度ω=20π，产生的感应电动势最大值为BS ω=2πV ，线圈中电流的最大值约为3.14A ，选项A 错误；在任意1s 时间内，线圈中电流的方向改变20次，选项C 错误；在任意1s 时间内，产生电能W=EIt=3.142=9.86J ，线圈克服安培力所做的功约为9.86J ，选项D 正确。
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2011年高中物理高考备考30分钟课堂集训系列专题10 交变电流 传感器一、选择题(本大题共10个小题，共50分，每小题至少有一个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．如图1所示，电路中有四个完全相同的灯泡，额定电压均为U ，额定功率均为P ，变 压器为理想变压器，现在四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比n 1∶n 2和电源电压 U 1分别为 ( )图1A ．1∶2 2UB ．1∶2 4UC ．2∶1 4UD ．2∶1 2U解析：设灯泡正常发光时，额定电流为I 0.由题图可知，原线圈中电流I 原＝I 0，副线 圈中两灯并联，副线圈中电流I 副＝2I 0，U 副＝U ，根据理想变压器的基本规律：I 原n 1 ＝I 副n 2得n 1∶n 2＝2∶1；U 原/U 副＝n 1/n 2得U 原＝2U ，所以U 1＝4U .C 项正确． 答案：C2．(2011·扬州模拟)如图2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 ( ) A ．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ωπ次C ．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，电压表的读数不变解析：图示位置为中性面，但由于产生的是正弦式电流，故流过电阻的瞬时电流是零， 电压表的读数为其有效值，不是0，故A 错；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×ω2π＝ωπ，B 正确；R 两端再并联电阻时，干路电流增大，路端电压减小，故电压表读数减小，C 正确；并上电容后，由于电路与交 变电源相连，电容反复充电放电，该支路有电流通过，故电压表的读数也减小，D 错误． 答案：BC3.利用如图3所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶100，交流电流表A 的示数是50 mA ，则 ( )图3A ．被测电路的电流的有效值为5 AB ．被测电路的电流的平均值为0.5 AC ．被测电路的电流的最大值为5 2 AD ．原、副线圈中的电流同时达到最大值解析：交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I 2＝50 mA ＝0.05 A ，根据I 1I 2＝n 2n 1得，I 1＝5 A ，A 对B 错误；原线圈(被测电路)中电流的最大值I 1m ＝2I 1＝52A ，C 项正确；原线圈中电流最大时，线圈中磁通量的变化率等于零，此时副线圈中的电流 最小；原线圈中电流等于0时，磁通量的变化率最大，副线圈中电流最大；所以原、副线圈中的电流有相位差，故不能同时达到最大值，D 项错误． 答案：AC4．多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现上述调节的，缺 点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速．现在的调光 台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的，如图4所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦式电流的每一个12周期中，前面的14被截去，从而改变了电灯上的电压．那么现在电灯上的电压为 ( )图4A ．U m B.U m2C.U m2D.U m4 解析：由有效值的定义知U 2RT ＝U m22R×T2得U ＝U m2.C 项正确．答案：C5．如图5所示，一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直 于磁场的轴匀速转动，周期为T .若把万用电表的选择开关拨到 交流电压挡，测得a 、b 两点间的电压为20 V ，则可知：从中 性面开始计时，当t ＝T /8时，穿过线圈的磁通量的变化率约为( )A ．1.41 Wb/sB ．2.0 Wb/sC ．14.1 Wb/sD ．20.0 Wb/s6．(2011·福建模拟)如图6甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器，已知通过R1的正弦式电流如图乙所示，则 ( )图6A．交变电流的频率为0.02 HzB．原线圈输入电压的最大值为200 2 VC．电阻R2的电功率约为6.67 WD．通过R3的电流始终为零7．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图7所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是( )图7A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析：R1、R2和电源组成一个闭合电路，只有R2两端获得高电压时，处理系统才能进行信号处理，当激光照到光敏电阻时，R1的阻值变小，总电流变大，则R2两端获得高电压，因此选A、D.答案：AD8．(2011·山东模拟)如图8所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的. 和为理想电压表，读数分别为U1和U2；、和为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3，现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是( )图8A．U2变小，I3变小B．U2不变、I3变大C．I1变小、I2变小D．I1变大、I2变大解析：因为变压器的匝数与U1不变，所以U2不变，故两电压表的示数均不变．当S 断开时，因为负载电阻增大，故副线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，C正确；因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确．答案：BC9．欧洲核子研究中心于2008年9月10日启动了大型强子对撞机，如图9甲所示，将一束质子流注入长27 km的对撞机隧道，使其加速后相撞，创造出与宇宙大爆炸之后万亿分之一秒时的状态相类似的条件，为研究宇宙起源和各种基本粒子特性提供强有力的手段．设n个长度逐渐增大的金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到频率为f、最大电压值为U的正弦交流电源上，图乙所示为其简化示意图．质子束以一定的初速度v0沿轴线射入圆筒实现加速，则 ( )图9A．质子在每个圆筒内都做加速运动B．质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动C．质子穿过每个圆筒的时间恰为交变电流的周期D．每个筒长应与其对应的位置成线性关系解析：由于同一个金属筒所处的电势相同，内部无场强，故质子在筒内必做匀速直线运动；而前后两筒间的电势差为U，故质子每次穿越缝隙时将被电场加速，则B对A 错．又由于各筒相间地连到频率为f的交流电源上，故质子穿过每个圆筒的时间都应为交变电流的半个周期，故C错．若设v n为质子在第n个筒内的速度，则筒长为L n＝v n·T2，又12mv n2－12mv02＝(n－1)qU，得L n＝12f2n－1qUm＋v02，即筒长与其对应的位置不成线性关系，D项错误．答案：B10．一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω时，线圈中产生的交变电动势的最大值为E0，周期为T0，外力提供的功率为P0.若使线圈转动的角速度变为2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E ，周期为T ，外力提供的功率为P .则E 、 T 和P 的大小为 ( )A ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0B ．E ＝E 0，T ＝120，P ＝2P 0C ．E ＝2E 0，T ＝T 0，P ＝2P 0D ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝4P 0解析：设线圈为N 匝，面积为S ，所在区域磁感应强度为B ，当角速度为ω时，产生的最大感应电动势E 0＝NBS ω，周期T 0＝2πω，外力提供的功率P 0＝E 有2R ＝NBS ω222R＝N 2B 2S 2ω22R .当角速度为2ω时，产生的最大感应电动势E ＝2NBS ω＝2E 0，周期T ＝2π2ω＝ πω＝12T 0，外力提供的功率P ＝NBS 2ω222R＝4N 2B 2S 2ω22R ＝4P 0.故选项D 对．答案：D二、实验题(本大题共2个小题，共10分)11．(4分)(2011·北京模拟)当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变大”、“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________ 变化而改变的特性制成的．解析：本题考查传感器中两个常用元件光敏电阻和热敏电阻的性质．光敏电阻是感光 元件，它的阻值随光照强度的增强而减小，它可把光学量变为电阻这一电学量，常用 来制造光控开关，热敏电阻对温度反应敏感．答案：变小 温度12．(6分)有一个教学用的可拆变压器，如图10甲所示，它有两个用相同的导线绕制的线圈A 、B ，线圈外部还可以绕线．图10(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A 、B 线圈的电阻值，指针分别对应 图乙中的a 、b 位置，则A 线圈的电阻为________Ω，由此可推断________线圈的匝 数较多(选填“A ”或“B ”)．(2)如果把它看做理想变压器，现要测量A 线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：__________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； A 线圈的匝数为n A ＝________.(用所测物理量符号表示) 答案：(1)24 A(2)①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n 匝线圈； ②将A 线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A 线圈的输入电压U A 和绕制线圈的输出电压UU AUn (其他方法，只要合理即可) 三、计算题(本大题共4个小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演 算步骤，有数值计算的要注明单位)13．(8分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n ＝100.穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图11所示，发电机内阻r ＝5.0 Ω，外电路电阻R ＝95 Ω.已知感应电动势的最大值E m ＝n ωΦm ，其中Φm 为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串联在外电路中的交流电 流表(内阻不计)的读数．图11解析：从Φ－t 图象可以看出Φm ＝1.0×10－2 Wb ，T ＝3.14×10－2s ，已知E m ＝n ωΦm ，又ω＝2πT，故电路中电流最大值I m ＝E m R ＋r ＝n ·2π·ΦmT R ＋r＝100×2×3.14×1.0×10－23.14×10－2×95＋5.0 A ＝2 A. 交流电流表读数I ＝I m /2≈1.4 A. 答案：1.4 A14．(10分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO ′匀 速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S ＝0.05 m 2，线圈转动的频率为50Hz ，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B ＝2πT ．为用此发电机所发出交变电流带 动两个标有“220 V,11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a 、b 与电机之间 接一个理想变压器，电路如图12所示，求：图12(1)发电机的输出电压有效值为多少？(2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？ 解析：(1)根据E m ＝NBS ω＝1100 2 V 得输出电压的有效值为U 1＝E m2＝1100 V.(2)根据U 1U 2＝n 1n 2得n 1n 2＝51.(3)根据P 入＝P 出＝2.2×104W 再根据P 入＝U 1I 1，解得I 1＝20 A. 答案：(1)1100 V (2)5∶1 (3)20 A15．(10分)为了减少因火电站中煤的燃烧对大气的污染，目前正大力发展水电站．某一水电站发电机组设计为：水以v 1＝3 m/s 的速度流入水轮机后以v 2＝1 m/s 的速度流出，流出水位比流入的水位低100 m ，水流量为Q ＝100 m 3/s ，水轮机效率为75%，发电 机效率为80%，求：(g ＝10 m/s 2，水的密度ρ＝103 kg/m 3) (1)发电机组的输出功率是多少？ (2)如果发电机输出电压为24 kV ，输电线路中能量损失为0.05%，输电线电阻为19.5 Ω，那么所需升压变压器的原、副线圈匝数比是多少？ 解析：(1)时间t 内水流质量m ＝ρQt ， 水轮机获得的机械能E ＝[mgh ＋12m (v 12－v 22)]×75%则发电机输出的电能E 电＝E ×80% 发电机的输出功率P 0＝E 电t≈6.02×107W.(2)发电机的输出电流 I 1＝P 0/U 1≈2508 A输电线路损失ΔP ＝P 0×0.05%输电电流满足I 22＝ΔP /R ，得I 2≈39.3 A 则升压变压器原、副线圈匝数比： n 1∶n 2＝I 2∶I 1≈1∶64.答案：(1)6.02×107 W (2)1∶6416．(12分)如图13所示，一个半径为r 的半圆形线圈，以直径ab 为轴匀速转动，转速为n ，ab 的左侧有垂直于纸面向里(与ab 垂 直)的匀强磁场，磁感应强度为B .M 和N 是两个集流环，负载电 阻为R ，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：(1)从图示位置起转过1/4转的时间内负载电阻R 上产生的热量； (2)从图示位置起转过1/4转的时间内通过负载电阻R 的电荷量； (3)电流表的示数．解析：线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电 流．此交变电动势的最大值为E m ＝BS ω＝B ·πr 22·2πn ＝π2Bnr 2. (1)在线圈从图示位置转过1/4转的时间内，电动势的有效值为E＝E m2＝2π2Bnr22电阻R上产生的热量Q＝(ER)2R·T4＝π4B2r4n8R.(2)在线圈从图示位置转过1/4转的时间内，电动势的平均值为E＝ΔΦΔt.通过R的电荷量q＝I·Δt＝ER·Δt＝ΔΦR＝πBr22R.(3)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E′，由有效值的定义得E m22 R ·T2＝E′2RT解得E′＝E m 2.故电流表的示数为I＝E′R＝π2r2nB2R.答案：(1)π4B2r4n8R(2)πBr22R(3)π2r2nB2R。