交变电流 传感器
第十章 交变电流 传感器10-2(新课标复习资料)
考 技 案 例 导 析
区再用降压变压器降到所需的电压，基本电路如图所示． 降压变压器
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第十章
交变电流 传感器
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[解析] 根据理想变压器原、副线圈上电压、电流的决 定关系知：在输入电压 U1 不变的情况下，U2 不变．当保持 Q 的位置不动， 滑动头 P 向上滑动时， 副线圈上的电阻增大， 电流减小， 故输入电流 I 亦随着减小， 即电流表的示数变小， A 错误，B 正确；当保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时， U1 n1 由 ＝ 知，副线圈上匝数增大，引起副线圈上电压增大， U2 n2 即副线圈上电流增大，故原线圈上的电流亦随着增大，故电 流表的示数增大，C 正确，D 错误．
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n1 (1)U1 不变， 发生变化，故 U2 变化． n2 (2)R 不变，U2 改变，故 I2 发生变化． U2 2 (3)根据 P2＝ ，P2 发生变化，再根据 P1＝P2，故 P1 R 变化，P1＝U1I1，U1 不变，故 I1 发生变化． 3．分析动态问题的思路程序可表示为：
2014届一轮复习第十章交变电流传感器
第十章 交变电流 传感器第 1 课时 交变电流的产生及描述基础知识归纳1.交变电流大小 和 方向 都随时间做周期性变化的电流.其中，方向随时间变化是交变电流的最主要特征.2.正(余)弦式交流电交变电流的产生有很多形式.常见的正(余)弦式交变电流可由线圈在匀强磁场中绕 垂直 磁感应强度方向的轴转动产生.若从中性面开始转动则产生 正弦 式交变电流，从峰值转动则产生 余弦 式交变电流.3.中性面与峰值面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做 中性面 .其特点是：与磁场方向垂直，线圈每次经过该面感应电流方向均发生改变，线圈每转一周，两次经过中性面，故感应电流的方向改变两次.峰值面的特点是：磁通量为 零 ，但电动势 最大 .4.描述交变电流的“四值”(1)瞬时值：e ＝NBS ωsin ωt ，i ＝I m sin ωt (从中性面开始计时) (2)峰值：E m ＝NBS ω，I m ＝E m /R(3)平均值：E ＝N t Φ∆∆，RE I = (4)有效值：根据电流的 热效应 定义，E ＝2m E ，I ＝I m /2(正、余弦式交流电). 重点难点突破一、如何理解正弦式交流电的峰值、有效值和平均值峰值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感应线方向的轴匀速转动时，所产生的感应电动势的峰值为E m ＝NB ωS ，即仅由匝数N ，线圈面积S ，磁感应强度B 和角速度ω四个物理量决定.与轴的具体位置、线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的.一般在求瞬时值的表达式时，需求出其最大值.有效值：是根据交变电流的热效应规定的，反映的是交变电流产生热效应的平均效果.让交变电流与恒定电流通过阻值相同的电阻，若在相等时间内产生的热量相等，这一恒定电流值就是交变电流的有效值. 正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系是：E ＝E m /2 I ＝I m /2 U ＝U m / 2平均值：指在一段时间内产生的电压(电流)的平均值，其数值需由法拉第电磁感应定律求，即E ＝tΦn ∆∆计算.求通过横截面电荷量时需用电流的平均值，或指交变电流图象的波形与横轴(t 轴)所围面积跟时间的比值. 二、学习交变电流时如何区分使用有效值和平均值1.在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率及确定保险丝的熔断电流时，只能用交流电的有效值；在考虑电容器的耐压值时，则应用交变电流的最大值；在计算通过导体的电荷量时，只能用平均值，而不能用有效值.2.在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题目不加特别说明，提到的电流、电压、电动势，都是指有效值.3.对非正弦式交变电流的有效值，必须按有效值的定义求出.三、交变电流的图象可提供什么信息1.根据图象的意义，从图象的纵坐标轴上可以直接读出交变电流的峰值，从图象的横坐标轴上可以直接读出交变电流的周期，从而可推导角速度及频率.2.周期与角速度、频率的关系是T ＝ωπ21=f .交变电流的频率与线圈的频率相等.3.图象本身则体现了函数关系，反映了交变电流的瞬时变化关系，故图象本身是书写交变电流瞬时表达式的依据.典例精析1.交流电的产生原理【例1】单匝矩形线圈abcd 放在匀强磁场中，如图所示，ab ＝dc ＝l 1，ad ＝bc ＝l 2，从图示位置起以角速度ω绕不同转轴做匀速转动，则( )A.以OO ′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin ωtB.以O 1O 1′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin ωtC.以OO ′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωcos ωtD.以OO ′为转轴或以ab 为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin(ωt ＋π2) 【解析】以OO ′为转轴时，图示位置相当于是峰值面，根据感应电动势的表达式e ＝E m cos ωt ，可知e ＝Bl 1l 2ωcos t 则C 对，A 错；再根据三角函数关系可知D 选项正确；若线圈以O 1O 1′为转轴，则线圈磁通量变化始终为零，则感应电动势为零.【答案】CD【思维提升】交变电流的产生与线圈平面初始位置有关，因此书写表达式时首先要看清初始位置.若线圈平面与磁感应强度方向平行，则不会有感应电动势产生.【拓展1】如图所示，交流发电机线圈的面积为0.05 m 2，共100匝，在磁感应强度为1πT 的匀强磁场中，以10π rad/s 的角速度匀速转动，电阻R 1和R 2的阻值均为50 Ω，线圈的内阻忽略不计，若从图示位置开始计时，则( C )A.线圈中的电动势为e ＝50sin πt VB.电压表的示数为50 2 VC.电流表的示数为 2 AD.R 1上消耗的电功率为50 W【解析】图中所示，线圈位于中性面，此时有e m ＝NBS ω＝100×1π×0.05×10π＝50 V 则电动势为e ＝50cos ωt V 电压表示数为有效值U ＝2m e ＝25 2 V 电流表示数为有效值I ＝外R U ＝25225 A ＝ 2 A P R 1＝12R U ＝1 25050 W ＝25 W 2.对交流电平均值、有效值和峰值的理解【例2】交流发电机转子有n 匝线圈，每匝线圈所围面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r ，外电路电阻为R .当线圈由图中实线位置第一次匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：(1)通过R 的电荷量q 为多少？(2)R 上产生电热Q R 为多少？(3)外力做的功W 为多少？【解析】(1)由电流的定义，计算电荷量应该用平均值，即q ＝I t ，而I ＝)()(r R t nBS r R t Φn r R E +=+∆=+，故q ＝rR nBS + (2)求电热应该用有效值，先求总电热Q ，再按照内外电阻之比求R 上产生的电热Q R ·Q ＝I 2(R ＋r )t ＝)(4π)22(π)(2π22222r R S B n r R nBS r R E +=+=+∙ωωωω，Q R ＝=+Q r R R 2222)(4πr R R S B n +ω (3)根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出的电热，因此W ＝Q ＝)(4π222r R S B n +ω 【思维提升】要掌握交变电流“四值”的意义：计算电荷量只能用平均值；计算电功、电功率、电热等与热效应有关的量必须用有效值；而电压表、电流表所能测量到的也是有效值.【拓展2】如图所示为一交变电流的i-t 图象，下列说法正确的是( D )A.交变电流的频率f ＝50 Hz ，有效值为5 5 AB.交变电流的有效值I ＝5 2 AC.交变电流的平均值＝10 AD.若此交变电流通过阻值为10 Ω的电阻，则这个电阻两端的电压为2510 V【解析】对于正弦交流电可直接应用最大值为有效值的2倍这一规律，将此交变电流分为前后两部分正弦交流电，可直接得到这两部分正弦交流电的有效值，分别为I 1＝2.5 2 A 和I 2＝7.5 2 A ，再利用有效值的定义求解.取一个周期T 中的前0.01 s 和后0.01 s 计算产生的电热可列计算式：I 2R ×0.02＝I 21R ×0.01＋I 22R ×0.01 解得I ＝2.510 A对于不同的时间段，交流电的平均值不同，求交流电的平均值应明确指出是哪一段时间的平均值. 知U ＝IR ＝2.510 A×10 Ω＝2510 V3.对交流电产生原理的理解及应用【例3】电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图所示.现把交流电加在电阻为9 Ω的电热丝上，下列判断正确的是( )A.线圈转动的角速度ω＝100 rad/sB.在t ＝0.01 s 时刻，穿过线圈的磁通量最大C.电热丝两端的电压U ＝100 2 VD.电热丝此时的发热功率P ＝1 800 W【解析】由图可以看出该交变电流的周期T ＝0.02 s ，则角速度ω＝Tπ2＝2π0.02＝100π rad/s ， A 错；t ＝0.01 s 时刻，电压达到最大，则此时磁通量变化率最大，磁通量为零，B 错；电热丝两端电压为路端电压U R ＝rR R U ＝99＋1×(U m /2) V ＝90 2 V ，则C 错；根据电功率公式P ＝RU R 2＝(902)29 W ＝1 800 W 可知D 正确. 【答案】D【思维提升】弄清图象与瞬时表达式的关系是处理图象问题的要点.此外，由图象直接可以看出周期与峰值.要注意交变电动势、电流实际上还是由电磁感应产生的，取决于磁通量的变化率，因此，与磁通量、磁感应强度的图象是互余的关系.【拓展3】曾经流行过一种自行车，它有能向车头供电的小型交流发电机，如图甲为其结构示意图.图中N 、S 是一对固定的磁极，abcd 为固定转轴上的矩形线框，转轴过bc 边中点，与ab 边平行，它的一端有一半径r 0＝1.0 cm 的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动.设线框由N ＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S ＝20 cm 2，磁极间的磁场可看做匀强磁场，磁感应强度B ＝0.01 T ，自行车车轮的半径R 1＝35 cm ，小齿轮的半径R 2＝4.0 cm ，大齿轮的半径R 3＝10.0 cm.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2 V ？(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)【解析】当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值E m ＝NBS ω0 ①其中ω0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度.发电机两端电压的有效值U ＝E m / 2② 设自行车车轮转动的角速度为ω1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有R 1ω1＝r 0ω0 ③ 小齿轮转动的角速度与自行车车轮转动的角速度相同，也为ω1.设大齿轮转动的角速度为ω，有R 3ω＝R 2ω1④由以上各式解得ω＝2UR 2r 0/BSNR 3R 1⑤代入数据得ω＝3.2 rad/s⑥易错门诊 【例4】 如图表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是( )A.3.5 AB.72 2 AC.5 2 AD.5 A【错解】此交变电流的峰值不同，最大值取其平均值I m ＝42＋322 A ＝72 A I ＝2m I ＝3.5 A ，选A. 【错因】本题所给的交流电的图象不是正弦交流电的图形，故公式I ＝2m I 不适用于此交流电.交流电的最大值不是两个不同峰值的算术平均值.【正解】交流电的有效值是根据其热效应而定义的，它是从电流产生焦耳热相等的角度出发，使交流电与恒定电流等效.设交流电的有效值为I ，令该交变电流通过一阻值为R 的纯电阻，在一个周期内有：I 2RT ＝I 21R2T ＋I 22R 2T 所以该交流电的有效值为 I ＝222221I I ＝5 A 【答案】D【思维提升】关于交变电流的有效值问题，首先观察是不是正弦式交流电，若是，则直接应用I ＝2m I ，U ＝2m U 求解；若只有部分是，则具有完整的整数倍的14波型可直接应用I ＝2m I ，U ＝2m U 关系，并结合焦耳定律求解；若完全不是正弦式交流电，则根据有效值的定义和焦耳定律求解.第 2 课时 电感和电容器对交变电流的影响基础知识归纳1.电感对交变电流的阻碍作用(1)电感对交变电流的阻碍作用叫感抗.原理：将交变电流通入电感线圈，由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化，根据电磁感应原理，电感线圈中必产生自感电动势，以阻碍电流的变化，因此交变电路的电感线圈对交变电流有阻碍作用.(2)影响电感对交变电流阻碍作用大小的因素：感抗的大小与线圈的自感系数和交流电的频率.感抗用R L 表示，R L ＝2πfL ，单位是欧姆，类似于一个电阻.(3)电感器在电路中的作用：通直流，阻交流；通低频，阻高频.“通直流，阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的，因为(恒定)直流电的电流不变化，不能引起自感现象，交流电的电流时刻改变，必有自感电动势产生来阻碍电流的变化.“通低频，阻高频”这是对不同频率的交流而言的，因为交变电流的频率越高，电流的变化越快，自感作用越强，感抗也就越大.(4)应用：低频扼流线圈的自感系数 很大 ，有“ 通直流，阻交流 ”的作用，高频扼流线圈的自感系数 很小 ，有“ 通低频、通直流，阻高频 ”的作用.2.电容器对交变电流的阻碍作用(1)电容对交变电流的阻碍作用叫容抗.原理：当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向这个方向做定向移动，因此交流电路中的电容对交变电流有阻碍作用.(2)影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素：电容器的电容和交流的频率.频率一定，则电容器充(放)电时间一定，又因电压一定，根据Q ＝CU 可知，C 大的电容充入(或放出)的电荷量多，因此充电(或放电)的速率就大，所以电流也就越大，容抗越小；而C 一定时，电容器充入(或放出)的电荷量一定，频率越高，电容器充(放)电的时间越短，充电(或放电)的速率越大，容抗也越小.容抗用x C 表示，x C ＝fCπ21，单位是欧姆，类似于一个电阻.(3)电容器在电路中的作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频.信号和交流信号，如图1所示，该电路就起到“隔直流，通交流”的作用；在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有高频成分，又有低频成分，若在下一级电路的输入端并联一个电容器，就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置，如图2所示，具有这种“通高频，阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器.重点难点突破一、为什么交变电流能够通过电容器电容器的两极板之间是绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘体(电介质).通常所说的交变电流“通过”电容器，并非有自由电荷穿过了电容器，而是在交流电源的作用下，当电压升高时，电容器充电，电容器极板上的电荷量增多，形成充电电流，当电压降低时，电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，由于电容器反复地充电和放电，使电路中有持续的交变电流，表现为交变电流“通过”了电容器.如右图：三、如何应用和防止感抗和容抗 根据电感线圈“通直流，阻交流”、电容器“通交流、隔直流”的特点，可以将二者结合并与电阻组合到一起来完成一定的任务.如在变压器并整流后的直流电中仍含有交流的成分，这时可以用一个电容器与负载并联在一起，或将一个电感线圈串联在电路中，把电流中的交流成分滤掉；又如在无线电的接收方面，接收到的是直流和交流的复合成分，而我们只需要其中的交流的信号成分，这时就可以把一个电容器串联在电路中，将其中的直流成分滤掉.典例精析1.电感与电容对交流电的阻碍作用【例1】一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图所示.一块铁插进线圈之后，该灯将：()A.变亮B.变暗C.对灯没影响D.无法判断【解析】线圈和灯泡是串联的，当铁插进线圈后，电感线圈的自感系数增大，所以电感线圈对交变电流阻碍作用增大，因此电路中的电流变小，则灯变暗.【答案】B【思维提升】人们可用改变插入线圈中铁芯的长度来控制舞台灯光的亮和暗.【拓展1】如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是( ACD )A.把电介质插入电容器，灯泡变亮B.增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮C.减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗D.使交变电流频率减小，灯泡变暗【解析】把电介质插入电容器，电容增大，电容器对交变电流的阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故A 正确；增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流的阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故B 错；减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故C正确；交变电流频率减小，电容器对交变电流的阻碍作用增大，灯泡变暗，故D正确.2.电感和电容对低频与高频电流的不同作用效果【例2】如图所示，线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(L＝1 mH，C＝200 pF)，此电路的重要作用是()A.阻直流通交流，输出交流电B.阻交流通直流，输出直流电C.阻低频通高频，输出高频交流电D.阻高频通低频，输出低频交流电和直流电【解析】(1)线圈的作用是：“通直流、阻交流，通低频、阻高频”.电容器的作用是：“通交流、阻直流，通高频、阻低频”.(2)因为线圈自感系数L很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样，直流和低频成分能顺利通过线圈；电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容C很小，对低频成分和直流成分的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，被它滤掉，最终输出的是低频交流和直流.【答案】D【思维提升】此电路中的电容器为旁路电容，它能将高频成分滤掉.【拓展2】如图所示，从某一装置中输出的电流既有交流成分，又有直流成分，现要把交流成分输送给下一级，有关甲、乙两图的说法正确的是( C )A.应选甲图电路，其中C的电容要大B.应选甲图电路，其中C的电容要小C.应选乙图电路，其中C的电容要大D.应选乙图电路，其中C的电容要小【解析】要把交流成分输送给下一级，则电容要起到“隔直流，通交流”的作用，故应选用乙图电路，要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级，需容抗较小，容抗与电容成反比，故应选C.3.影响感抗、容抗的因素【例3】如图所示，L1、L2和L3是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，L与一个定值电阻R串联.当a、b间接电压有效值为U、频率为f的正弦交流电源时，三只灯泡的亮度相同.现将a、b间接另一正弦交流电源时，发现灯泡L1变亮、L2变暗、L3亮度不变.由此可知，另一正弦交流电源可能是()A.电压有效值仍为U，而频率大于fB.电压有效值大于U，而频率大于fC.电压有效值仍为U，而频率小于fD.电压有效值小于U，而频率大于f【解析】电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此，通过电阻的电流的有效值不变；电感线圈对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，电流的频率越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此，通过电感线圈的电流的有效值变小；电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时，在相同的电压下电容器容纳的电荷一定，频率越高，充(放)电的时间越短，充(放)电的电流越大，容抗越小，因此，通过电容器的电流的有效值变大.【答案】A【思维提升】电阻、电感线圈和电容器三者对电流均有阻碍作用，容抗、感抗受频率影响，而电阻不受交流电频率影响.理解电阻、感抗(线圈无直流电阻)和容抗的产生原因及三者的区别是解决这类问题的关键：(1)电阻：对交、直流均阻碍.(2)感抗：只对变化电流有阻碍.(3)容抗：只通交流，不能通直流.【拓展3】如图所示，把电阻R ，电感线圈L ，电容器C 并联，接到一个交流电源上，三个电流表示数相同，若保持电源电压大小不变，而将电源频率增大，则三个电流表示数I 1、I 2、I 3的关系是( D )A.I 1＝I 2＝I 3B.I 1>I 2>I 3C.I 2>I 1>I 3D.I 3>I 1>I 2【解析】交流电频率增大，电阻R 对电流的阻碍作用不变，所以A 1表读数不变.频率增大，电感线圈对交变电流阻碍作用增大，对电流的阻碍作用变大，所以电流变小，A 2读数变小.频率增大，电容器对交变电流阻碍作用变小，对电流的阻碍作用变小，所以电流变大，A 3读数变大，故答案为D.易错门诊4.电感与电容对高频和低频电流的不同作用效果【例4】“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段分别称为高音扬声器和低音扬声器.音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动.如图所示为音箱的电路图，高、低频混合电流由a 、b 输入，L1和L 2是线圈，C 1和C 2是电容器，则( )A.甲是高频扬声器，C 1的作用是通低频阻高频B.甲是低频扬声器，C 1的作用是通高频阻低频C.L 1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器D.L 2的作用是减弱乙扬声器的低频电流【错解】AC【错因】认为频率越大，感抗越小，容抗越大.【正解】甲、乙扬声器所在电路为并联电路，由于L 1阻高频，C 1通高频，使甲为低频扬声器，C 2通高频，L 2阻高频，使乙为高频扬声器.【答案】BD【思维提升】熟记两个公式，R L ＝2πfL ，R C ＝Cfπ21. 3 课时 变压器 电能输送基础知识归纳1.变压器(1)变压器的结构如图所示：闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成一个变压器.原线圈n 1(又称初级线圈)与电源连接，副线圈n 2(又称次级线圈)与负载连接，作为用电器的电源.(2)理想变压器的工作原理①理想变压器：是种理想化模型，没有任何损耗，输入功率等于输出功率.②工作原理：电磁感应理想变压器原、副线圈中具有完全相同的磁通量及磁通量的变化率.③电压比和电流比电压比：由U ＝n tΦ∆∆得单个副线圈2121n n U U =，多个副线圈U 1∶U 2∶U 3＝n 1∶n 2∶n 3 电流比：单个副线圈1221n n I I =多个副线圈，由P 1＝P 2＋P 3＋… 得U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋… n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋…(3)几种常见的变压器：自耦变压器、互感器.2.远距离输电(1)目的 向远距离输送电能，且尽可能减少在输电线上的损失.(2)方法 由P 损＝I 2R 可知，要减小损失的电能可以有两种方法：①减小输电导线的电阻.由于R ＝ρl S，故可采用电阻率ρ较小的材料，并加大导线的横截面积.这种方法的作用十分有限，代价较高，可适当选用.②减小输电电流.由于I ＝P U，P 为额定输出功率，U 为输出电压，增大U 可减小I .这是远距离输电的一种常用的方法.(3)远距离输电的电路模式如图所示①功率关系：P1＝P 2 P 3＝P 4 P 2＝P 3＋ΔP ②电压关系：2121n n U U = 4343n n U U = U 2＝U 3＋ΔU ③输电电流：I ＝RU U P U P ∆==3322 ④输电线上电压降和消耗的电功率ΔU ＝IR ，ΔP ＝I 2R注意：R 为两根输电导线的总电阻.重点难点突破一、原、副线圈匝数不变时，理想变压器有哪些决定关系理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，怎样确定其他有关物理量的变化，可依据以下原则来判断.有三个决定关系：1.输入电压U 1决定输出电压U 2，即U 2随着U 1的变化而变化，因为U 2＝12n n U 1，所以只要U 1不变化，不论负载如何变化，U 2不变.2.输出功率P 2决定输入功率P 1.理想变压器的输出功率和输入功率相等，即P 2＝P 1.在输入电压U 1不变的情况下，U 2不变.若负载电阻R 增大，则由公式P ＝RU 2得：输出功率P 2减小，输入功率P 1也随着减小；反之，若负载电阻R 增大，则输出功率P 2增大，输入功率P 1也随着P 2减小.3.输出电流I 2决定输入电流I 1.在输入电压U 1不变的情况下，U 2不变.若负载电阻R 增大，则由公式I ＝U R得：输出电流I 2减小，由P 2＝P 1知输入电流I 1亦随着减小；反之，若负载电阻R 减小，则输出电流I 2增大，输入电流I 1亦随着增大.三、变压器工作时能量损耗的来源有哪些变压器在工作时，实际上从副线圈输出的功率并不等于从原线圈输入的功率，而有少量的功率损耗，功率损耗的形式有三种：1.铜损：实际变压器的原、副线圈都是用绝缘铜导线绕制的，虽然铜的电阻率很小，但铜导线还是有一定的电阻，因此，当变压器工作时，线圈中就会有热量产生导致能量损耗，这种损耗叫铜损.2.铁损：变压器工作时，原、副线圈中有交变电流通过，在铁芯中产生交变磁通量，铁芯中就会因电磁感应产生涡流，使铁芯发热而导致能量损耗，这种在铁芯中损失的能量叫铁损.3.磁损：变压器工作时，原、副线圈产生的交变磁通量绝大多数通过铁芯，但也有很少一部分磁通量从线圈匝与匝之间漏掉，即有漏磁.这就使得通过原副线圈的磁通量并不相等，这漏掉的磁通量会在周围空间形成电磁波而损失一部分能量，这种损耗叫磁损.四、“提高电压，降低电流”是否与欧姆定律相矛盾不矛盾，欧姆定律是对纯电阻耗能元件成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P ＝IU ，且P 一定的条件下得出的结论，两者没有联系.五、高压输电是不是电压越高越好输电线上的电压损失，不但有导线电阻引起的电压损失，而且有电抗引起的电压损失，电抗造成的电压损失随电压的增大而增大，所以高压输电并非电压越高越好.另外，电压越高，对线路和变压器的技术要求就越高，线路的修建费用就会增多，所以实际输电时，综合考虑各种因素，依照不同的情况，选择合适的输电电压.典例精析1.变压器的决定关系【例1】理想变压器的原线圈连接一个电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q 调节，如图所示.在副线圈上连接了定值电阻R 0和滑动变阻器R ，P 为滑动变阻器的滑动触头.原线圈两端接在电压为U 的交流电源上.则( )A.保持Q 的位置不动，将P 向上滑动时，电流表的读数变大B.保持Q 的位置不动，将P 向上滑动时，电流表的读数变小C.保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表的读数变大D.保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表的读数变小【解析】根据理想变压器原、副线圈上电压、电流的决定关系知：在输入电压U 1不变的情况下，U 2不变.当保持Q 的位置不动，滑动头P 向上滑动时，副线圈上的电阻增大，电流减小，故输入电流I 亦随着减小，即电流表的示数变小，A 错误，B 正确；当保持P 的位置不动，将Q 向上滑动时，由2121n n U U 知，副线圈上匝数增大，引起副线圈上电压增大，即副线圈上电流增大，故原线圈上的电流亦随着增大，故电流表的示数增大，C 正确，D 错误.【答案】BC【思维提升】一般由负载变化引起变压器各量的变化时，分析顺序为：负载变化→副线圈电流变化→原线圈电流变化，负载变化→副线圈功率变化→原线圈功率变化.【拓展1】如图所示，一只理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L 1和L 2，输电线等效电阻为R .开始时开关S 断开，当S 接通时，下列选项正确的是( BCD )A.副线圈两端M 、N 的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻R 上的电压降增大C.通过灯泡L 1的电流减小D.原线圈中的电流增大【解析】由于输入电压不变，所以S 接通时，理想变压器副线圈M 、N 两端的输出电压不变.并联灯泡L 2，总电阻变小，由欧姆定律I ＝U 2/R 2知，流过R 的电流增大，电阻上的电压降U R ＝IR 增大.副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I 1U 1＝I 2U 2，得I 2增大，原线圈输入电流I 1也增大. U MN 不变，U R 变大，所以U L1变小，流过灯泡L 1的电流减小.2.变压器的比例关系。
交流电课件
下图所示，下列说法中正确的是(
)
A．交变电流的频率为0.02 Hz B．交变电流的瞬时表达式为i＝5cos 50πt(A) C．在t＝0.01 s时，穿过交流发电机线圈的磁通量最大
D．若发电机线圈电阻为0.4 Ω，则其产生的热功率为5 W
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必考部分 选修3-2 第十章 交变电流 传感器
栏目导引
三. 表征正弦交变电流的物理量．
A．滑动变阻器 R 消耗的功率为 36 W B．定值电阻 R0 的电阻值为 19 Ω C．流过灯泡 L 的交变电流频率为 25 Hz D．将滑动变阻器 R 的滑片向上滑时，灯泡 L 的亮度变暗
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Байду номын сангаас
必考部分 选修3-2 第十章 交变电流 传感器
栏目导引
如右图所示，理想变压器的原线圈两端输入的交变电压保持恒
匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R＝4 Ω，
全校22个教室，每个教室用“220 V,40 W”的灯泡6盏，要求所有灯都正 常发光，则 (1)发电机的输出功率多大？ (2)发电机的电动势多大？ (3)输电线上损耗的电功率多大？
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必考部分 选修3-2 第十章 交变电流 传感器
2 2 m
I 2 Im 2
U 2 Um 2
各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值，一 般交流电流表和交流电压表测量的数值，也都是有效值．计算热量，热 功率、保险丝的熔断电流时用有效值。另外以后提到交变电流的数值， 凡没有特别说明的，都是指有效值．
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必考部分 选修3-2 第十章 交变电流 传感器
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必考部分 选修3-2 第十章 交变电流 传感器
栏目导引
2023年高考物理一轮复习提升核心素养12
12.4交变电流传感器综合练一、单选题1．（2022·浙江·高考真题）下列说法正确的是（）A．恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流最大D．升压变压器中，副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率【答案】B【解析】A．恒定磁场对速度不平行于磁感线的运动电荷才有力的作用，A错误；B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向，B正确；C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流为0，C错误；D．根据变压器的原理可知，副线圈中磁通量的变化率小于或等于原线圈中磁通量的变化率，D错误。
故选B。
2．（2022·浙江·高考真题）如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。
下列说法正确的是（）A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电【答案】A【解析】A．甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；B．乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故BC ．根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C 错误；D ．乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D 错误； 故选A 。
3．（2022·北京·101中学三模）如图1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2中曲线a 、b 所示，则（ ）A ．曲线a 表示的交变电动势有效值为15VB ．曲线a 表示的交变电动势频率为25HzC ．曲线a 、b 对应的线圈转速之比为2:3D ．0=t 时刻穿过线圈平面的磁通量均为零 【答案】B【解析】A ．曲线a 表示的交变电动势有效值为a U == 故A 错误；B ．曲线a 表示的交变电动势的周期为0.04s ，则频率为125Hz a af T == 故B 正确；C ．曲线b 表示的交变电动势的周期为0.06s ，根据1n T=可知转速与周期成反比，故转速之比为3:2，故C 错误；D ．0=t 时刻曲线a 、b 的电动势瞬时值都为零，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，故D 错误。
2014高考复习第十章交变电流 传感器 单元知识总结
E Br ·Δt= = 2R . R R
2
(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:
( Em 2 ) 2· T 2 R
E '2 = R
T
高考第一轮复习用书· 物理
Em 解得E'= 2
第十单元 单元知识总结
E ' 2 r 2 nB 故电流表的示数为I= = . R 2R
线圈匀速转动一圈,外力做功大小等于电功的大小,即
有:
高考第一轮复习用书· 物理
第十单元 单元知识总结
W=I
2
E2 (R+r)T= r R
· T
代入数据得W≈98.6 J. (4)从t=0起转过90°过程中,Δt内流过R的电荷量为:
N q= (R r)t
NBl1l2 NBS Δt= r= R r R
甲
高考第一轮复习用书· 物理
第十单元 单元知识总结
1 (1)从图示位置起转过 圈的时间内负载电阻R上产生 4
的热量.
1 (2)从图示位置起转过 圈的时间内通过负载电阻R的 4
电荷量. (3)电流表的示数. 【名师点金】线框的形状不影响正弦交变电流的产
生,转轴的位置通过线框平面,也可以不在中心位置,
nce (3)求ce和de间线圈的匝数比 nde .
高考第一轮复习用书· 物理
第十单元 单元知识总结
【名师点金】本题以交变电流图象和变压器为背景, 考查变压器的相关知识. 【规范全解】(1)由题图乙知ω=200π rad/s
高考第一轮复习用书· 物理
第十单元 单元知识总结
电压瞬时值uab=400sin 200πt (V).
第十章 交变电流 传感器10-1(新课标复习资料)
高三物理
交流电的产生和变化规律
1.交变电流
方 大小和方向都随时间做周期性变化的电流．其中，方 大小 方向
向 向随时间变化是交变电流的最主要特征．
随 堂 针 对 训 练
考 技 案 例 导 析
2.正(余)弦式交流电 交变电流的产生有很多形式．常见的正(余)弦式交变
垂直 电流可由线圈在匀强磁场中绕垂直磁感应强度方向的轴转
高频 低频 直流 (2)作用：通高频、阻低频、隔直流.
选修3-2
第十章 交变电流 传感器
易 错 易 混 分 析
限 时 规 范 特 训
金版教程
基 础 知 识 梳 理
高三物理
考 技 案 例 导 析
考技案例导析
随 堂 针 对 训 练
易 错 易 混 分 析
限 时 规 范 特 训
选修3-2
第十章
交变电流 传感器
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高三物理
选 修 3-2
选修3-2
第十章
交变电流 传感器
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高三物理
第十章
交变电流 传感器
选修3-2
第十章
交变电流 传感器
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高三物理
主 题
内 容 交变电流、交变电流的图象 正弦交变电流的函数表达
要 求 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ
说 明
交变电流 式、峰值和有效值 理想变压器 远距离输电 传感器及其工作原理 传感器 传感器的应用 传感器的应用实例
选修3-2
第十章
交变电流 传感器
金版教程
高三物理
第1单元 交变电流的产生及描述
选修3-2
第十章
交变电流 传感器
金版教程
基 础 知 识 梳 理
高三物理
10-2 交变电流 传感器
图7
高三总复习· 人教版· 物理
下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 ( )
图8
高三总复习· 人教版· 物理
解析：副线圈的匝数与 P 移动的距离成正比，而 P 移动的距 离与时间成正比，因此副线圈的匝数与时间成正比，即 n2∝t，根 U1 n1 U1n2 U2 据变压规律 ＝ ，得 U2＝ ∝t，选项 C 正确；电流 I2＝ U2 n2 n1 RD t ∝ ，即图象的斜率表示灯泡的电阻的倒数，其随着电压的升高 RD 而减小，选项 B 正确；I1 应随时间变大，选项 A 错误；功率 N2 t2 ＝U2I2∝ ，图象应为曲线，选项 D 错误． RD
系——U2 由U1 和匝数比决定；I2 由U2 和负载电阻决定；I1 由I2 和
匝数比决定．
高三总复习· 人教版· 物理
变式2—1
(2010·全国卷Ⅱ)图7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，P为滑动头．现令 P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至 白炽灯泡L两端的电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， N2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)．
磁通量的变化情况相同．
高三总复习· 人教版· 物理
5．几种常用的变压器：(1)自耦变压器——调压变压器
①电压互感器，用来把高电压变成低电压. (2)互感器 ②电流互感器，用来把大电流变成小电流.
高三总复习· 人教版· 物理
——要点深化—— 理想变压器原、副线圈基本量的关系 理想变压器 功率关系 (1)没有能量损失 (2)没有磁通量损失 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入＝P
选修3-2 第十章 交变电流 传感器(高考物理复习)
第十章 交变电流 传感器第一单元 交变电流的产生和描述,交变电流、交变电流的图象 Ⅰ(考纲要求)1.交变电流(1)定义： 和 都随时间做周期性变化的电流．(2)图象：如图(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交流电，如图(a)所示．2．正弦交流电的产生和图象 (1)中性面①中性面：与磁场方向 的平面． ②中性面与峰值面的比较(2)产生：在匀强磁场里，线圈绕 方向的轴匀速转动．(3)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(a)(e)、(f)所示．正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 Ⅰ (考纲要求)1.周期和频率(1)周期(T )：交变电流完成 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 ．单位是赫兹(Hz). (3)周期和频率的关系：T ＝ 或f ＝ ．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 ＝ ．(2)负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝ ．(3)电流i 随时间变化的规律：i ＝ ．其中ω等于线圈转动的角速度，E m ＝ . 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：交变电流的电流或电压所能达到的最大值，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．对正弦交流电，其有效值和峰值的关系为：E ＝ ，U ＝ ，I ＝ ．一、基础自测1.图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是( ).2.如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO ′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，在t ＝π2ω时刻( ).A.线圈中的电流最大B.穿过线圈的磁通量为零C.线圈所受的安培力为零D.穿过线圈磁通量的变化率最大 3.如图所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内．下述说法正确的是( ).A.因为线框中产生的是交变电流，所以电流表示数始终为零B.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，通过电流表的电流瞬时值最大D.若使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的有效值也增大一倍4.某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图象是( ).5. (2012·扬州模拟)一正弦式电流的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知( ).A.该交变电流的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin 25t (V)B.该交变电流的频率为25 HzC.该交变电流的电压的有效值为100 VD.若将该交流电压加在阻值为R ＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W6.(2012·广东江门市模拟)风速仪的简易装置如图甲在风力作用下，风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈中的感应电流随风速的变化而变化．风速为v 1时，测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙；若风速变为v 2，且v 2>v 1，则感应电流的峰值I m 和周期T 的变化情况是( )A.I m 变大，T 变小B.I m 变大，T 不变C.I m 变小，T 变小D.I m 不变，T 变大二、高考体验1．(2010·广东理综，19) 右上图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 sB ．最大值是311 VC ．有效值是220 VD ．表达式为u ＝220sin 100πt (V)2．(2011·安徽卷，19)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B .电阻为R 、半径为L 、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O 轴以角速度ω匀速转动(O 轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为( )．A.BL 2ω2RB.2BL 2ω2RC.2BL 2ω4RD.BL 2ω4R3．(2011·天津卷，4)在匀强磁场中，一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则( )．A ．t ＝0.005 s 时线框的磁通量变化率为零B ．t ＝0.01 s 时线框平面与中性面重合C ．线框产生的交变电动势有效值为311 VD ．线框产生的交变电动势频率为100 Hz 4．(2011·四川卷，20)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A ，那么( )．A ．线圈消耗的电功率为4 WB ．线圈中感应电流的有效值为2 AC ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2πT tD ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin 2πT t第二单元 变压器 电能的输送,理想变压器 Ⅰ(考纲要求)1．构造如图所示，变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的． (1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫 线圈． (2)副线圈：与 连接的线圈，也叫 线圈． 2．原理：电流磁效应、 ． 3．基本关系式(1)功率关系： ＝ ．(2)电压关系： ＝ ；有多个副线圈时，U 1n 1＝ ＝ ＝…． (3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1.由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时，U 1I 1＝ ＋ ＋…＋ ． 4．几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器(2)互感器⎩⎪⎨⎪⎧电压互感器：用来把高电压变成低电压Ｗ.电流互感器：用来把大电流变成小电流Ｗ.远距离输电 Ⅰ(考纲要求)1.输电过程(如右下图所示)2.输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热 产生的，表达式为Q ＝ ．3.电压损失 (1)ΔU ＝U －U ′；(2)ΔU ＝4.功率损失(1)ΔP ＝P －P ′；(2)ΔP ＝ ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2R 5.输送电流(1)I ＝P U ；(2)I ＝U －U ′R. 说明：对理想变压器的理解(1)理想变压器：①没有能量损失②没有磁通量损失(2)基本量的制约关系一、基础自测1.一输入电压为220 V ，输出电压为36 V 的变压器副线圈烧坏．为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图，然后将原线圈接到220 V 交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V ．按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( ).A.1 100，360 B ．1 100，180 C.2 200，180 D ．2 200，3602.一台理想变压器原、副线圈匝数比为22∶1，当原线圈两端输入u 1＝2202sin 314t (V)的交变电压时，下列说法正确的是( ). A.副线圈两端电压为12 2 V B.副线圈接一10 Ω电阻时，原线圈中的电流为1 A C.副线圈接一10 Ω电阻时，原线圈中输入功率为10 W D.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是220 2 V3.(2012·江西重点中学联考)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 4.如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有三只灯泡L 1、L 2和L 3，输电线的等效电阻为R ，原线圈接有一个理想的电流表，交流电源的电压大小不变．开始时开关S 接通，当S 断开时，以下说法正确的是( ).A.原线圈两端P 、Q 间的输入电压减小B.等效电阻R 上消耗的功率变大C.原线圈中电流表示数变小D.灯泡L 1和L 2变亮 5.(2010·福建理综)中国已投产运行的1 000 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500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P .在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( ). A.P 4 B.P2 C ．2P D ．4P 二、高考体验（一）理想变压器基本关系的应用(高频考查)1.(2011·浙江卷，16)如右上图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n 1＝800和n 2＝200的两个线圈，上线圈两端与u ＝51sin 314t V 的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )． A ．2.0 V B ．9.0 V C ．12.7 V D ．144.0 V 2．(2011·广东卷，19)图(a)左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R ＝55 Ω，○A 、○V 为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图(b)所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V ，下列表述正确的是( )．A ．电流表的示数为2 AB ．原、副线圈匝数比为1∶2C ．电压表的示数为电压的有效值D ．原线圈中交变电压的频率为100 Hz3．(2011·山东卷，10)为保证用户电压稳定在220 V ，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图，保持输入电压u 1不变，当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压，某次检测得到用户电压u 2随时间t 变化的曲线如图乙所示，以下正确的是( )．A ．u 1＝1902sin (50πt ) VB ．u 2＝1902sin (100πt ) VC ．为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当下移4．(2011·海南卷，11)如图，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. （二）理想变压器的动态分解(中频考查)5．(2010·天津理综，7)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L 1、L 2，电路中分别接了理想交流电压表V 1、V 2和理想交流电流表A 1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S 闭合后( )． A ．A 1示数变大，A 1与A 2示数的比值不变 B ．A 1示数变大，A 1与A 2示数的比值变大 C ．V 2示数变小，V 1与V 2示数的比值变大 D ．V 2示数不变，V 1与V 2示数的比值不变 6．(2011·福建卷，15)图10220甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝5∶1，电阻R ＝20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关，原线圈接正弦交变电源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图乙所示．现将S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光．下列说法正确的是( )．A ．输入电压u 的表达式u ＝202sin (50πt ) VB ．只断开S 2后，L 1、L 2均正常发光C ．只断开S 2后，原线圈的输入功率增大D ．若S 1换接到2后，R 消耗的电功率为0.8 W 三、远距离输电(中频考查) 7．(2009·山东，19)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 4 B. 升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 C.n 2n 1<n 3n 4D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 8．(2010·江苏单科，7)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( )．A ．升压变压器的输出电压增大B ．降压变压器的输出电压增大C ．输电线上损耗的功率增大D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大第三单元 实验十一 传感器的简单应用 ,热敏电阻传感器【例1】 热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5 Ω.将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V 、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 k Ω)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干．(1)在图(a)中画出实验电路图．(2)根据电路图，在图(b)所示的实物图上连线． (3)简要写出完成接线后的主要实验步骤．,光敏电阻传感器【例2】 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 P 在不同照度下的阻值如下表：(1)根据表中数据，请在图给定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．(2)如右上图所示，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 P (符号，阻值见上表) 直流电源E (电动势3 V ，内阻不计)；定值电阻：R 1＝10 k Ω，R 2＝20 k Ω，R 3＝40 k Ω(限选其中之一并在图中标出)；开关S 及导线若干．【例3】 一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图所示．连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值．关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是( )．A.飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正B.飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负C.飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零D.飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约为9.8 m/s 2【例4】 如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场．在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置．由以上信息可知( )． A ．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B ．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C ．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D ．如果用带了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作 自我检测1．(2011·江苏卷)美国科学家Willard S ．Boyle 与George E ．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD 是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )．A ．发光二极管B ．热敏电阻C ．霍尔元件D ．干电池2．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于巨说法中，错误的是()．A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用3.如图所示的电路中，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()．A．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4.如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是________，发生这一现象的主要原因是________(填字母代号)．A．小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．电源的电压随温度发生了变化5．(2010·全国高考Ⅱ)如图所示，一热敏电阻R T放在控温容器M内；○A为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知R T在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下R T的阻值．(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度，使得R T的温度为95 ℃.c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录______．e．将R T的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．f．温度为T1时热敏电阻的电阻值R T1＝________．g．逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e、f.6．(2011·嘉兴模拟)一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω、黑暗时为1 000 Ω、允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω、允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如右图所示．设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在下面空白处)．第一单元交变电流的产生和描述补练【典例1】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ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°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().——关于交变电流图象的题目分为两类一类是给出图象，求解有关的物理量；另一类是通过计算，将结果用图象表示出来.【变式1】图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生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∶2 C.交流电a 的瞬时值为u ＝10sin 5πt (V) D.交流电b 的最大值为203V考点二 对交变电流的“四值”的比较和理解【典例2】如图所示，N ＝50匝的矩形线圈abcd ，ab 边长l 120.4 T 的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO ′轴以n ＝3 000 r/min 的转速匀速转动，线圈电阻r ＝1 Ω，外电路电阻R ＝9 Ω，t ＝0时，线圈平面与磁感线平行，ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里. (1)在图中标出t ＝0时感应电流的方向； (2)写出感应电动势的瞬时值表达式； (3)线圈转一圈外力做多少功？(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R 的电荷量是多少？【变式2】电阻为1Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图．现把交流电加在电阻为9 Ω的电热丝上，下列判断正确的是( ) A.线圈转动的角速度ω＝100 rad/s B.在t ＝0.01 s 时刻，穿过线圈的磁通量最大 C.电热丝两端的电压U ＝100 2 V D.电热丝此时的发热功率P ＝1 800 W【典例3】 (2011·皖南八校联考)如图，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min 的时间，两电阻消耗的电功之比W 甲∶W 乙为( ). A.1∶ 2 B ．1∶2 C.1∶3 D ．1∶6——求交变电流有效值的“三同”原则交变电流的有效值是根据电流通过电阻时产生的热效应定义的，即让交变电流和直流电通过相同的电阻，在相同的时间里若产生的热量相同，则交变电流(电压)的有效值就等于这个直流电流(电压)的值，即求解交变电流有效值问题必须在相同电阻、相同时间、相同热量的“三同”原则下求解.【变式3】一个边长为6 cm 的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36 Ω.磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图所示，则线框中感应电流的有效值为( )A.2×10－5 AB.6×10－5 AC.22×10－5 AD.322×10－5 A 建立模型.“电动机、发电机”模型 (1)模型概述“电动机”模型和“发电机”模型是高考题中时常出现的凡在安培力作用下于磁场中运动的通电导体均可看作电动机模型，在外力作用下于磁场中做切割磁感线运动的导体均可看作发电机模型，此模型综合考查了磁场力的作用、电磁感应、恒定电流、交流电、能量转化与守恒等知识．【例1】 如图所示为电动机的简化模型，线圈abcd 可绕轴O 1O 2自由转动．当线圈中通入如图所示的电流时，顺着O 1O 2的方向看去，线圈将( ). A.顺时针转动 B.逆时针转动 C.仍然保持静止D ．既可能顺时针转动，也可能逆时针转动【例2】 如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r ＝0.10 m 、匝数n ＝20的线圈套在永久磁铁槽中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)．在线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为B ＝0.20 T ，线圈的电阻为R 1＝0.50 Ω，它的引出线接有R 2＝9.5 Ω的小电珠L .外力推动线圈框架的P 端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠．当线圈向右的位移x 随时间t 变化的规律如图丙所示时(x 取向右为正)．求：(1)线圈运动时产生的感应电动势E 的大小； (2)线圈运动时产生的感应电流I 的大小；(3)每一次推动线圈运动过程中作用力F 的大小； (4)该发电机的输出功率P .第二单元 变压器 电能的输送 补练考点一 理想变压器基本关系的应用(1)基本关系式中U 1、U 2、I 1、I 2均指交流电的有效值.(2)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比，多个副线圈的变压器没有这种关系. (3)理想变压器变压比公式和变流比公式中的电压和电流均采用峰值时，公式仍成立. 【典例1】 (2010·海南高考题)如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R 为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表．下列结论正确的是( ).A.若电压表读数为6 V ，则输入电压的最大值为24 2 VB.若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半C.若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍D.若保持负载电阻的阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍 【变式1】 (2012·三亚模拟)如图所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2，初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源，电压表V 的示数为220 V ，负载电阻R ＝44 Ω，电流表A 1的示数为0.20 A ．下列判断中正确的是( ). A.初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1 B.初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1 C.电流表A 2的示数为1.0 A D.电流表A 2的示数为0.4 A 考点二 理想变压器动态分析问题 1.匝数比不变的情况：如图1所示：(1)U 1不变，根据U 1U 2＝n 1n 2，输入电压U 1决定输出电压U 2，不论负载电阻R 如何变化，U 2也不变.(2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，输出电流I 2决定输入电流I 1，故I 1发生变化.(3)I2变化引起P 2变化，由P 1＝P 2，故P 1发生变化.2.负载电阻不变的情况 如图2所示：(1)U 1不变，n 1n 2发生变化，故U 2变化.(2)R 不变，U 2改变，故I 2发生变化. 图1 图2(3)根据P 2＝U 22R，P 2发生变化，再根据P 1＝P 2，故P 1变化，P 1＝U 1I 1，U 1不变，故I 1发生变化.【典例2】 (2011·宝鸡模拟) 如图的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表V 1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡L 和滑动变阻器R ，R 上并联一只理想电压表V 2.下列说法中正确的是( ) A.若F 不动，滑片P 向下滑动时，V1示数变大，V 2示数变小 B.若F 不动，滑片P 向下滑动时，灯泡消耗的功率变小 C.若P 不动，滑片F 向下移动时，V 1、V 2的示数均变小 D.若P 不动，滑片F 向下移动时，灯泡消耗的功率变大【变式2】如图所示是原、副线圈都有中间抽头的理想变压器，在原线圈上通过一个单刀双掷开关S 1与一只电流表A 连接，在副线圈上通过另一个单刀双掷开关S 2与一个定值电阻R 0相连接，通过S 1、S 2可以改变原、副线圈的匝数．在原线圈上加一电压为U 1的交流电后：①当S 1接a ，S 2接c 时，电流表的示数为I 1；②当S 1接a ，S 2接d 时，电流表的示数为I 2；③当S 1接b ，S 2接c 时，电流表的示数为I 3；④当S 1接b ，S 2接d 时，电流表的示数为I 4，则( ). A.I 1＝I 2 B ．I 1＝I 4 C ．I 2＝I 3 D ．I 2＝I 4 考点三 远距离输电问题 解决远距离输电问题时应注意 1.首先画出输电的电路图：如图右上所示2.分析三个回路：在每个回路中变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源.3.综合运用下面三个方面的关系求解 (1)能量关系，P ＝U 1I 1＝U 2I 2＝P 用户＋ΔP ，ΔP ＝I 22R ，P 用户＝U 3I 3＝U 4I 4 (2)电路关系，U 2＝ΔU ＋U 3，ΔU ＝I 2R(3)变压器关系，U 1U 2＝I 2I 1＝n 1n 2，U 3U 4＝I 4I 3＝n 3n 4.。
高中物理高考 实验十二 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件
的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。
1．将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器等按如图所示电路连 接好，其中多用电表置于“欧姆”挡。
2．先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．打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察 表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。 4．用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。
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。
1．根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻
的特性。
待测量
次数 123456
温度(℃)
电阻(Ω)
2．在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化
的图线，如图所示。
3．根据实验数据和 R－t 图线，得出结论：热敏电阻
(3)将光敏电阻和定值电阻接入控制电路，用电器接入工作电路，连接 电路如图所示：
解析
(4)当外界光照强度达到 2 cd 时，由图 a 可知，光敏电阻的阻值 R1＝18.5 Ω，照明电路恰好接通开始工作，电磁铁能吸合衔铁的电流 I＝0.05 A，由 I ＝RE总得，控制电路总电阻：R 总＝UI ＝0.305VA＝60 Ω，根据串联电路电阻规 律可知，定值电阻的阻值为：R＝R 总－R0－R1＝60 Ω－20.0 Ω－18.5 Ω＝ 21.5 Ω。
(3)由以上分析可知，若使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则 I＝20 mA 时 R 变小，R0 不变，故可变电阻 R′的值应增大，从而实现目标。
尝试解答
[变式1] (2021·八省联考湖北卷)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是 温度的函数。基于热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求 热敏电阻温度升高至50 ℃时，系统开始自动报警。所用器材有：
人教版高考物理一轮总复习课后习题 第十一章 交变电流 传感器 单元质检十一 交变电流 传感器
单元质检十一交变电流传感器(时间:45分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)1.在电工技术中,钳形电流测量仪得到广泛的应用。
其原理如图所示,把两块铁芯固定在钳子上,铁芯上绕有匝数n=50的线圈,线圈与电流表组成闭合电路,测量时,钳口打开,把被测的通电导线放在钳口中间,通过电流表A可以间接测出导线中的大电流。
在某次测量时,电流表A的示数为0.2 A,则下列说法正确的是( )A.该测量仪工作原理是利用自感现象B.如果导线材料相同,该测量仪绕制线圈所用导线要比通电导线粗C.若导线中电流变大,电流表A读数变小D.被测通电导线中的电流为10 A2.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间加一正弦式交变电流μ=20sin 100πt(V),则加在R2上的电压有效值为( )A.10√2 VB.20 VC.5√5 VD.5√10 V3.(四川成都高三三模)右图为一交流发电机示意图,线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO'沿顺时针方向匀速转动,产生的电动势的瞬时值表达式为e=110√2sin 100πt (V)。
已知线圈电阻r=2 Ω,定值电阻R=20 Ω,电表均为理想交流电表,下列说法正确的是( )A.电流表读数为5√2 AB.电压表读数为110 VC.t=5×10-3 s时刻,穿过线圈的磁通量最大CD.0~5×10-3 s内,通过电阻R的电荷量为√220π4.(安徽蚌埠高三一模)如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=5∶3,电阻R1=R2=5 Ω,交流电源的电压u随时间变化规律如图乙所示,A1、A2均为理想电流表。
以下判断正确的是( )A.断开开关S,电流表A2的示数为0.3 AB.闭合开关S,电流表A1的示数为0.6 AC.闭合开关S,R2的电功率减小D.闭合开关S,原线圈输入功率增大5.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器T 的原、副线圈的匝数分别为n1、n2。
10-1交变电流 传感器
第十章
交变电流
传感器
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考纲展示 内容 要求
交变电流、交变电流的图象
正弦交变电流的函数表达式，峰值 和有效值 理想变压器 远距离输电 传感器及其工作原理 传感器的应用 传感器应用实例
[答案]
B
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题后反思 根据图象可以确定的物理量
(1)电流最大值；
(2)周期T和频率f； (3)不同时刻交流电的瞬时值；
(4)线圈处于中性面和最大值对应的时刻；
(5)任意时刻线圈的位置和磁场的夹角．
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变式1—1
某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电 )
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复习策略 交变电流的重点是：交变电流的产生及其变化规律、表 征交变电流的物理量和变压器原理．难点是交流电有效值的意 义及变压器原理．这一章所学的交流电的知识，是前面学过的 电和磁的知识的发展和应用，并与生产和生活有着密切的关 系．与直流电相比，交流电有许多优点，这是由交流电具有随 时间做周期性变化的特点而决定的．利用变压器升、降电压， 实现了远距离送电，交流电动机也具有结构简单，使用方便等 特点．交流电的特点是分析本章问题的基础，在复习过程中应 注意培养把物理知识运用于实际的能力．“理论联系实际的能 力”是高中物理教学的重要目标之一，在复习本章知识时，应 注意这方面能力的培养．
[解析]
由题图知流过 R2 交流电电流的最大值 I2m＝
0．6 2A，故选项 C 错误；由 U2m＝I2mR2＝12 2 V 知，选 项 D 错误；因串联电路电流处处相同，则 I1m＝0.6 2 A，电流的 有效值 I1＝ 正确． I1m ＝0.6 A，故 A 错误；由 U1＝I1R1＝6 V，故选项 B 2
高考物理一轮总复习课后习题 第13章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生及其描述 (4)
第十三章交变电流传感器第1讲交变电流的产生及其描述基础对点练题组一交变电流的产生及其变化规律1.(浙江嘉兴模拟)交流发电机发电过程的示意图如图所示,装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场,为了便于观察,图中只画了一匝线圈,线圈的AB边和CD边分别连接在滑环上,线圈在匀速转动过程中,下列说法正确的是( )A.转到图甲位置时,通过线圈的磁通量为0,此位置为中性面B.转到图乙位置时,线圈中电流方向发生改变C.转到图丙位置时,CD边切割磁感线,产生感应电流方向为D→CD.转到图丁位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率最大2.(湖南长沙二模)矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。
若轴线右侧没有磁场(磁场具有理想边界),如图所示。
设abcda方向为感应电流的正方向。
从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像,正确的是( )题组二描述交变电流的物理量3.(多选)如图甲所示,标有“220 V40 W”的电灯和标有“20 μF300 V”的电容器并联接到交流电源上,V为交流电压表。
交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关S,下列判断正确的是( )A.t=T时刻,V的示数为零2B.电灯恰正常发光C.电容器有可能被击穿D.交流电压表V的示数保持110√2 V不变4.(浙江卷)如图所示,虚线是正弦式交变电流的图像,实线是另一交变电流的图像,它们的周期T和最大值U m相同,则实线所对应的交变电流的有效值U满足( )A.U=U m2B.U=√2U m2C.U>√2U m2D.U<√2U m25.如图所示电路,电阻R1与电阻R2串联接在交变电源上,且R1=R2=10 Ω,正弦式交变电流的表达式为u=20√2sin 100πt V,R1和理想二极管D(正向电阻为零,反向电阻为无穷大)并联,则R2的电功率为( )A.10 WB.15 WC.25 WD.30 W综合提升练6.(广东卷)下图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。
人教版高考物理一轮总复习课后习题 第十二章 交变电流 传感器 课时规范练35 交变电流的产生及其描述
课时规范练35 交变电流的产生及其描述基础对点练1.(交变电流产生的图像分析)(湖北武汉模拟)矩形线圈的匝数为50匝,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示,下列结论正确的是( )A.在t=0.1 s和t=0.3 s时,电动势最大B.在t=0.2 s和t=0.4 s时,电动势最小C.电动势的最大值是157 VD.在t=0.4 s时,磁通量变化率为零2. (交变电流的产生及描述)小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO',线圈绕OO'匀速转动,如图所示。
矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压( )A.峰值是e0B.峰值是2e0Ne0 D.有效值是√2Ne0C.有效值是√223. (交变电流的产生)如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时( )A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d→aD.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力4. (交变电流的描述、四值问题)如图所示是某小型交流发电机的示意图,其矩形线圈的面积为S=0.03 m2,共有10匝,线圈总电阻为r=1 Ω,可绕与T的匀强磁场方向垂直的固定对称轴OO'转动;线圈处于磁感应强度为2√2π磁场中,线圈在转动时可以通过滑环K、K'和电刷L、L'保持与阻值为9 Ω的外电路电阻R的连接。
在外力作用下线圈以恒定的角速度ω=10π绕轴OO'匀速转动。
则下列说法正确的是( )A.电阻R的发热功率是3.6 WB.交流电流表的示数是0.6 AC.用该电源给电磁打点计时器供电时,打点的时间间隔一定为0.02 sD.如果将电阻R换成标有“6 V 3 W”的小灯泡,小灯泡能正常工作5.(有效值的理解)一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化的情况如下图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是( )6.(有效值的计算)如图所示是一交变电流的i-t图像,则该交变电流的有效值为( )A.4 AB.2√2 AC.83 AD.2√303A7.(多选)(交流电路及瞬时值表达式)理想电压表和理想电流表与两个相同的灯泡连成如图甲所示的电路,接在正弦式交流电源上,每个灯泡的电阻R=110 Ω。
高考专题复习第10单元-交变电流 传感器-物理
第44讲 │ 要点探究
[点评] 本题考查对交流电图象的解读能力，要求考生能够通 过交流电图象找出周期、最大值并计算有效值，写出交流电表达 式．对交流电有效值的计算要看交流电是否为正弦(余弦)交流 Im Um 电，若是，则直接应用I＝ ，U＝ 求解；若只有部分是，则 2 2 1 Im Um 具有完整的 周期整数倍的波形可直接应用I＝ ，U＝ 关系， 4 2 2 并结合焦耳定律求解；若完全不是正弦式交流电，则根据有效值 的定义和焦耳定律求解，如变式题就不是正弦交流电．
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 │ 考点整合 考点整合
一、正弦式交变电流的产生 电磁感应 1.产生原理：__________原理(如图 44－1 所示，匀速旋转线圈时， ab、cd 将切割磁感线产生周期性变化的电流)．
图 44－1
第44讲 │ 考点整合
2.两个位置 最大 (1)中性面位置(通过的磁通量______、感应电动势为 0、电流方向发 生改变的位置)．
第44讲 │ 要点探究
3．图象体现了函数关系，反映了交变电流的瞬时变化关系， 故图象是书写交变电流瞬时值表达式的依据． 4.交变电流的表达式与线圈平面初始位置有关，由图象可以确 定线圈的初始位置， 即从中性面的位置开始计时， 交变电流的图象 为正弦图象； 从垂直中性面的位置开始计时， 交变电流的图象为余 弦图象.
第1讲 交变电流
第十三讲 交变电流 传感器教师：邓旭一、 交变电流的产生及描述1、 交变电流的图像及应用【例1】某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如下图所示，下列说法中正确的是( )A ．交变电流的频率为0.02 HzB ．交变电流的瞬时表达式为i ＝5cos 50πt(A)C ．在t ＝0.01 s 时，穿过交流发电机线圈的磁通量最大D ．若发电机线圈电阻为0.4 Ω，则其产生的热功率为5 W【例2】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甲所示，则下列说法正确的是( )A ．t ＝0时刻线圈平面与中性面垂直B ．t ＝0.01 s 时刻Φ的变化率达最大C ．0.02 s 时刻感应电动势达到最大D ．该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示2、交流电的四值问题【例3】如右图所示，线圈abcd 的面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R 为9 Ω，匀强磁场的磁感应强度为B ＝1πT ，当线圈以300 r/min 的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈转过130s 时电动势的瞬时值多大； (3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少？(4)从中性面开始计时，经130s 通过电阻R 的电荷量为多少？反思总结：(1)中性面是交变电流产生过程中的重要位置，从中性面开始计时和从其他位置开始计时计算交变电流的表达式不同．(2)交流电路中，电流表、电压表测量的都是有效值．(3)交流电路中，欧姆定律、焦耳定律同样适用．【例4】如下图所示的发电装置向外供电，发电机内部正方形线圈的边长为L ，匝数为n ，线圈的电阻不计，在磁感应强度为B 的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴OO ′匀速转动．灯泡L 1、L 2的电阻分别为R 1和R 2，电流表的示数为I.下列说法中正确的是( )A ．灯泡L 1的电功率为I 2R 1B ．通过电阻R 3的电流始终为零C ．当由图示位置(线圈平面与磁感线垂直)转过90°时，灯泡L 2两端的电压达到最大值D ．线圈转动的角速度为IR1nBL2二、变压器、远距离输电1、变压器基本关系的应用【例5】如下图所示，一理想变压器原线圈匝数n 1＝1 100匝，副线圈匝数n 2＝220匝，交流电源的电压u ＝2202sin 100πt(V)，电阻R ＝44 Ω，电压表、电流表为理想电表，则下列说法错误的是( )A ．交流电的频率为50 HzB ．电流表的示数为0.2 AC ．电流表的示数为 2 AD ．电压表的示数为44 V【例6】如右图所示，理想变压器原线圈接入交流电u ＝Umsin ωt ，副线圈接有一电压表和电阻为R 的负载，电压表的示数为10 V ．在t ＝T 4时(T 为交变电流的周期)，原线圈两端电压的瞬时值为100 2 V ．由此可知变压器原、副线圈的匝数比为( )A ．102∶1B ．1∶10 2C ．10∶1D ．1∶102、 理想变压器的动态分析【例7】如右图所示，理想变压器的原线圈两端输入的交变电压保持恒定．则当开关S 合上时，下列说法正确的是( )A ．电压表的示数变小B ．原线圈的电流增大C ．流过R 1的电流不变D．变压器的输入功率减小【例8】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31VC．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3、远距离输电问题【例9】某学校有一台应急备用发电机，内阻为r＝1 Ω，升压变压器的匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R＝4 Ω，全校22个教室，每个教室用“220 V,40 W”的灯泡6盏，要求所有灯都正常发光，则(1)发电机的输出功率多大？(2)发电机的电动势多大？(3)输电线上损耗的电功率多大？反思总结：在远距离输电问题中，计算电路功率损失问题时常用关系式P损＝I2R线，原因是I由I＝P输U输比较容易求出.【例10】某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是() A．输电线上输送的电流大小为2.0×105 AB．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kWD．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻三、传感器原理【例11】如图所示，将多用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R t（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往R t上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________（填“左”或“右”）移动。
2013高考一轮复习优秀课件：第十一章交变电流第二单元 第3课时
第二单元 传感器
第3课时 传感器的原理及其应用
考点一
传感器的含义及元件
基础回顾
1．传感器：传感器是指这样一类元件：它能感受例如力、 温度、光、声、化学成分等________量，并能把它们转换成电压、 电流等________量，或转换为电路的________．从而能方便地进 行测量、传输、处理和控制．
(2)如右图所示，电饭锅中应用的温度传感器，其主要 元件是感温铁氧体．感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧 化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有铁磁 性，能够被磁体吸引，但是当温度上升到“居里温度”或 “居里点”(约103 ℃)时，就失去了铁磁性，不能被磁体 吸引了． 电饭锅中的温度传感器起限温开关的作用，手动闭合， 当感温铁氧体的温度上升到“居里点”时，开关自动断开， 且不能自动复位，以此来控制电饭锅中的温度．
1 mg＋2 F－F＝ma1，可解得a1＝0，箱子处于静止或匀速直线
运动．
(2)当上顶板压力传感器的示数为零时，FN＝0，
由牛顿第二定律得mg－F＝ma2② 解得a2＝－10 m/s2，负号表示a方向向上．
若箱和金属块的加速度a>10 m/s2时，进一步压缩弹簧，此
时传感器示数也为0，因此，只要a≥10 m/s2，均能使上顶板 压力传感器的示数为零．所以箱子可能做a≥10 m/s2竖直向 上的匀加速直线运动或竖直向下的匀减速直线运动． 答案：(1)箱子处于静止或匀速直线运动；(2)箱子可能做
a≥10 m/s2竖直向上的匀加速直线运动或竖直向下的匀减速
直线运动． 点评：通过压力传感器，可以把物体的运动状态问题转换 为力的测量问题，只要测得所受力就可以知其运动状 态．本题最关键的一点是上下板都有示数，弹簧长度不变 则弹力不变，故下底板示数仍为10 N.
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2014高考导航
考纲展示
热点视角
1.交变电流的四值计算以及变压器的原理
1.交变电流、交变电流 的图象Ⅰ 2.正弦交变电流的函数 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
和应用，特别是交流电的图象是高考考查 的热点． 2.将本章知识与电磁感应等结合的力、电 综合题可考查与本章知识有关的实际应 用．本章单独知识题型以选择题为主．综 合题以计算题为主． 3.传感器的一些简单应用和一些敏感元件 的基本原理，在高考中出现的可能性有所 增加．本章知识与生产、生活联系紧密， 理论联系实际的题目出现的可能性较大，
B．交变电压的有效值为 2U
C．交变电流的有效值为 I
D．交变电压的最大值一定为 2U
目录
热身体验答案与解析 1－1.解析：选A.只有A图中电流方向不变，是直流电， 故A对；其他都是交变电流． 1－2.解析：选D.t1时刻线圈通过中性面，磁通量最大，A 错；t2时刻磁通量为零，B错；t3时刻电动势为零，磁通 量变化率为零，C错；e在通过中性面时改变方向，此时 磁通量最大，故D正确．
目录热效应等 效的恒定电 流值
交变电流图 平 象中图线与 均 时间轴所夹 值 的面积与时
A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 C．电流方向每秒改变100次 D．该交流电的瞬时表达式为e＝311sin100πt V
目录
解析：选B.线框中感应电动势与磁通量的变化率成正比, 而t＝0.005 s时e最大，磁通量变化率最大，故A错；t＝ 0.01 s时e＝0，Φ最大，故B正确；周期T＝0.02 s，f＝50 Hz，电流方向每秒改变100次，C错误；Em＝311 V，ω ＝ 2πf ＝ 100π rad/s ， 初 相 为 0 ， 故 表 达 式 为 e ＝ 311sin100πt V，D错误．
如涉及民生的远距离输电问题.
第1讲 交变电流的产生和描述
本节目录
基
要
考
技
知
础
点
点
法
能
再
透
探
提
演
现
析
究
炼
练
对
直
讲
思
轻
点
击
练
维
巧
自
高
互
升
夺
测
考
动
华
冠
基础再现对点自测
知识清单 一、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流：大小和方向都随时间做_周__期__性__变化的电流． 2．正弦交流电 (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)中性面： ①定义：与磁场方向__垂__直__的平面．
目录
2－1.解析：选
C.最大值
Em＝50
V，有效值为
E＝Em＝25 2
2
V，频率为 50 Hz，周期为 T＝1f ＝0.02 s，所以 C 正确． 2－2.解析：选 B.根据有效值的定义得：UR′2t＝2Q＝2RU2t，
U′＝ 2U.同理可得：I′＝ 2I，故 A、C 错 B 对；此交
变电流不一定是正弦交流电，故最大值不一定是有效值的
目录
目录
目录
特别提示：通常所说交变电流、电压的数值，各种交流 电器设备所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流 电表测量的数值，都是指有效值(除非有特殊说明)．
目录
热身体验 1－1.下图中不．表示交变电流的是( )
目录
1－2.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并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的变化图象如图所示, 下列说法中正确的是( )
()
A．最大值是 50 2 V
B．频率是 100 Hz
C．有效值是 25 2 V
D．周期是 0.01 s
2－2.有一个纯电阻用电器，当给它加上一恒定电压 U 时，
通过的电流为 I，在 t 时间内产生的热量为 Q.当给它加上一
交变电压，在 t 时间内产生的热量为 2Q，则下列判断正确
的是( )
A．交变电压的有效值为 2U
图象
目录
2.两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ 最大，ΔΔΦt ＝0，e ＝0，i＝0，电流方向将发生改变． (2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΔΦt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变． 3．交变电流瞬时值表达式书写的基本思路 (1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式 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 图象为正弦函数 图象，函数式为 i＝Imsinωt. ②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则 i－t 图象为余弦 函数图象，函数式为 i＝Imcosωt.
目录
二、对交变电流“四值”的比较和理解 1．交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较
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 e＝Emsinωt i 一时刻的值 ＝Imsinωt
计算线圈某时刻的 受力情况
峰值
最大的瞬时 Em＝nBSωIm 讨论电容器的击穿
值
＝Em/(R＋r) 电压
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零 B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
目录
2－1.(2012·高考广东卷改编)某小型发电机产生的交变电动
势为 e＝50sin100πt(V)．对此电动势，下列表述正确的有
2倍，D 错．
目录
要点透析直击高考
一、正弦式电流的变化规律 1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
函数
图象
磁通量
Φ＝Φmcosωt ＝BScosωt
电动势 e＝Emsinωt＝ nBSωsinωt
目录
电压
函数
u＝Umsinωt＝ RR＋Emrsinωt
电流
i＝Imsinωt＝ RE＋mrsinωt
目录
特别提醒：1只要平面线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的 轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的 形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关. 2因 e∝ΔΔΦt ，故 Φ－t 图象与 e－t 图象是互余的.
目录
即时应用1 在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂 直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图 象如图乙所示，则( )