1、第十章 交变电流 传感器考纲要览主题内 容要求说 明交变电流交变电流、交变电流的图象正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值电感和电容对交变电流的影响理想变压器远距离输电传感器传感器及其工作原理传感器的应用传感器的应用实例考向预测交变电流实际上电磁感应现象研究的继续和其规律的具体应用，纵观近几年高考题，本内容命题频率较高的知识点有：交变电流的变化规律、交变电流的四值：即峰值、有效值、平均值、瞬时值。变压器的电压比、电流比。另外，带电粒子在加有交变电压的平行板间的运动等综合性问题，也是近年高考的热点。传感器一章与生产生活实际结合密切，对理论联系实际的能力有一定的要求，原教材中只以分组实验形式出现，
2、属新增加的内容，要引起足够重视本内容可能会以选择、计算等题型出现在高考题中，且其中大多数题目和图像有关。 第1课时 交变电流的产生及描述基础知识回顾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 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 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
3、一周，两次经过中性面位置，感应电流的方向改变两次 （3）正弦式交变电流的变化规律：若从中性面位置开始计时，那么线圈中的感应电动势、回路中的电流、加在外电阻上的电压的瞬时值均按正弦规律变化 函数式：e = Emsint (Em = NBS)w)i=Imsint (Im=) u = Umsint (Um = ImR=)图像如图所示：图1011 2 描述交变电流的物理量：（1）描述交变电流变化快慢的物理量 周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间单位：s . 频率f：交变电流在一秒内完成周期性变化的次数。单位：Z. 角速度：线圈在匀强磁场中转动的角度和所用时间的比值单位：rad/s. 角速度、频
4、率、周期三者的关系：=2f=（2）描述交变电流大小的物理量 瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交变电流的大小和方向峰值：交变电流在变化过程中所能达到的最大值，是描述交变电流强弱的物理量注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 E=NBS，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感应强度B和角速度四个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 有效值：是根据交变电流的热效应规定的，反映的是交变电流在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
5、值之间的关系是：E=Em / I=Im / U=Um/ 平均值：交变电流的平均值是交变电流图像的波形与横轴（t轴）所围面积跟时间的比值其数值可用En/t计算重点难点例析一、 交变电流的变化规律及图像复习时应注意以下几个方面：1交变电流的变化规律与线圈的形状及与磁场垂直的转动轴处于线圈平面内哪个位置无关 2若从线圈平面和磁场方向平行时开始计时，交变电流的变化规律为：iImcost 3要抓住表征交变电流特征的几个物理量：周期、频率、角速度、有效值、最大值，写出交变电流的表达式，进一步画出交流电的图像，也可以由交变电流的瞬时值表达式以及图像找出交变电流的最大值、周期等参量【例1】如图1012所示，为
6、交流发电机示意图，匝数为n100匝的矩形线圈，其边长分别为 L10.1m和20.2m，线圈电阻为5，在磁感应强度B0.5 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO以50rad/s的角速度匀速转动，线圈和20的外电阻相接，求：若从线圈处于中性面位置开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式（2）开关S闭合时，写出线圈中感应电流的瞬时值表达式，并画出i-t图像图1012【解析】感应电动势的最大值为：代入数据可解得：线圈中感应电动势的瞬时值：e Emsint50sin50t（ V）开关S闭合时，由闭合电路欧姆定律有： i-t图像如1013所示2-2t/sI/A0图1013【点拨】线圈绕在线圈平面内且垂直
7、磁感线的轴匀速转动时，产生的正弦交流电的最大值为：；线圈中的感应电动势、回路中的电流满足闭合电路欧姆定律l 拓展 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（ ）a图图tub图图1014图1015【解析】本题考查正弦交流电的产生过程、楞次定律等知识和规律。从a图可看出线圈从垂直于中性面开始旋转，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，若线圈从（b）位置开始计时，则瞬时电流的表达式为i= Imcos（+t），图像为D图像所描述。注
8、意对线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式的理解。【答案】D二、交变电流与力学综合问题的分析方法解决交变电流和力学综合问题时，应注意：（1）交变电流的大小和方向均随时间周期性变化，从引起磁场、电场的强弱和方向周期性变化，所以研究带电粒子在电磁场中受力时，要进行详细的动态受力分析（2）粒子在交变电场中，常见的运动情况有三种：带电粒子沿某一方向做直线运动；带电粒子以某位置为中心做往复运动；带电粒子做偏转运动所以研究带电粒子在场中的运动状态时，要做详细的物理过程分析，必要时可画出粒子的速度图像来帮助判断（3）分析时应注意由于交变电流的周期性变化而引起的分析结果出现多解的可能【例2】如图1016
9、所示，真空中水平放置的相距为d的平行金属板板长为L，两板上加有恒定电压后，板间可视为匀强电场在t0时，将图乙中所示的交变电压加在两板上，这时恰有一质量为m、电荷量为q的带电粒子从两板正中间以速度vo水平飞入电场若此粒子离开电场时恰能以平行于两板的速度飞出（粒子重力不计），求：（1）两板上所加交变电压的频率应满足的条件；（2）该交变电压uo的取值范围voTt0-uouou图1016【解析】(1)带电粒子在电场中每运动一个周期，粒子的速度即恢复射入时的状态平行于金属板，所以交变电压的频率应满足方程， 即f=nvo/L (n=1,2,3)(2) 因带电粒子在垂直于金属板方向做单向的反复加速、减速运动
10、，每次加速和减速过程中在垂直金属板方向的位移大小都相等，其大小为x=()2 = 欲使粒子能以平行于金属板方向飞出，则应有NT, 2nx，整理得uo2nd2mvo2/qL2 (n=1,2,3)【点拨】处理带电粒子在交变电场中的运动问题关键是将带电粒子在电场中的运动过程分析清楚另外要注意，粒子在不同时刻进入电场，它在电场中的运动会差别很大l 拓展 N个长度逐个增大的金属圆筒靶，它们沿共同轴线排列成一串，如图1017所示，图中只画出了四个，圆筒和靶相间地接到频率为，最大电压为U的正弦交流电源的两端；整个装置放在高度真空容器中，圆筒的两底面中心开有小孔，现有一电荷量为，质量为的正离子沿轴线射入圆筒，并
11、在圆筒及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力作用而加速（圆筒内场强为零，没有电场），缝隙很小，离子穿过缝隙的时间可以不计已知离子进入第一个圆筒左端时速度为1，且此时第一、第二两个圆筒间的电势差为U，为使打到靶上的离子有最大的能量，各个圆筒的长度应满足的条件是什么？并求出这种情况下打到靶上的离子的能量图1017【解析】因离子在筒内做匀速直线运动，并且要求正离子获得最大的能量，所以当正离子每次穿过圆筒间的缝隙时，前面圆筒要比后面圆筒的电势高，且穿过每一个圆筒的时间恰好为交流电的（加速时间忽略不计），又考虑到离子加速时间极短，可认为加速时电场不变设离子穿过第N1个筒时的速度为V，则第个圆筒的长度应为Ln=v
12、n离子通过每一个缝隙时都被电场加速，离子每加速一次其动能增加U，所以可见，第个圆筒的长度应为 Ln离子打到靶上的动能为EK （N2，3,4)三、交变电流的有效值与平均值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，则应根据交变电流的最大值；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
13、易错门诊【例3】 图1018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 （ ）图1018【错解】：此交变电流的峰值不同，最大值取其平均值【错因】1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不适用此交流电2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：I2RT=I12R I22R所以该交流电的有效值为所以应选D【点悟】关于交变电流的有效值问题，首先观察是不是正弦交流电，若是，则直接应用I，U求解；若
14、只有部分是，则具有完整的整数倍的T波型可直接应用I，U关系，并结合焦耳定律求解；若完全不是正弦交流电，则根据有效值的定义和焦耳定律求解课堂自主训练1如图1019所示为一交变电流的图线，下列说法正确的是（）A 交变电流的频率50H，有效值为5AB 交变电流的有效值I5AC 交变电流的平均值10AD 若此交变电流通过阻值为10的电阻，则用电压表测得这个电阻两端的电压为25V图1019【解析】对于正弦交流电可直接应用最大值为有效值的倍这一规律，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：I12.5A和I27.5A，再利用有效值的定义求解 取一个周期T中的前0.
15、01和后0.01计算产生的电热可列计算式：，解得I2.5A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时那一段时间的平均值由UIR2.5A1025V【答案】 D2如图10110所示，平行金属板间有一静止的正电粒子(重力不计)，若两板间加电压u=Umsint，则粒子的 ( )A位移一定按正弦规律变化 B速度一定按正弦规律变化 C加速度一定按正弦规律变化 D粒子在两板间作简谐振动图10110【答案】 C课后创新演练1关于交变电流与直流电的说法中，正确的是（ BD ）A如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B直流电的大小可以变化，但方向一定不变C交变电流一定是按正弦或余弦规律
16、变化的D交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化一个矩形线框的面积为S ，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n转/秒，则（ BD ）A线框中产生的交变电动势的最大值为nBSB线框中产生的交变电动势的有效值为nBSC从开始转动经过1/4周期，线框中的平均感应电动势为2nBSD感应电动势瞬时值的表达式为e = 2nBSsin2nt3某交流发电机正常工作时的电动势变化规律为e =Emsint，如果将此发电机的转速提高一倍，线圈的匝数同时增加一倍，其它条件不变，则电动势的变化规律为 （ B ） Ae = 2Emsint Be = 4Emsin2t Ce =
17、2Emsin2t De = 4Emsint4如图10111所示，正弦式交变电压U的最大值为311V，负载电阻 R=440，若不考虑电表内阻对电路的影响，则交流电压表和电流表的读数分别为（ B ）A311V，0.707A B220V，0.5AC311V，0.707A D220V，0.707AAVRU题5图图101115矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况，如图10112所示.下列说法中正确的是（ D ）10112e/Vt/sO1-10.10.20.3A此交流电的频率为0.2HzB此交流电动势的有效值为1VCt=0.1s时，线圈
18、平面与磁场方向平行D线圈在转动过程中穿过线圈的最大磁通量为Wb6有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz，如图10113所示，向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？图10113【解析】由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：Um=120V设t=0时交流电的瞬时电压U=0则交流电的瞬时表达式为U=120sin100t V如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间t1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4t1，当U=U
19、0=60V时，由上式得t1=1/600s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：t=T-4t1=再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t=很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有1/300s（如图t2时刻到t3时刻）由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约1/16s为远大于1/300s，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7如图10114（甲）为电热毯的电路图，电热丝接在U311sin100V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为图1311（乙）所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是（）（A）
20、110V（B）156V（C）220V（D）311V图10114【解析】由得有效值U156V即为电压表的读数故选B8 如图10115所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，ab=cd=50cm，bc=ad=30cm，匝数n=100，线圈电阻r=0.2，外电阻R=4.8线圈在磁感强度B=0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO匀速转动，角速度=100rad/s （1）求产生感应电动势的最大值； （2）若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式； （3）交流电压表和交流电流表的示数各为多少？ （4）此发电机的功率为多少？ （5）从图示位置起，转过90过程中，平均电动势多大？通过线框截
21、面电荷量多大？ （6）从图示位置起，转过90过程中，外力做功多少？线框上产生的焦尔热为多少？图10115 【解析】（1）设ab=l1，bc=l2，则交流电动势的最大值为 V （2）根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值 A 在图示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为i=Imcost，代入数值得 A 路端电压的有效值为U=IR=160V 这样，电压表的示数为160V，电流表的示数为33.3A。 则发电机的功率为P=IE=5561W。 通过线圈截面的电荷量 =t = 15C （6）外力通过克服安培力做功，将其它形式能转化为电能。 第2课时 电感和电容对交变电流的影响基础知识回顾1. 电感对交变
22、电流的影响abLR图1021（1）如图1021所示，设线圈的直流电阻为r，自感系数为L，电路电压为U，接直流电源时，回路电流I1；接交流电源时，回路电流 I2,显然，I2 I1 BI2 I1 CI2 =I1 D无法比较【解析】长直导线的自感系数很小，流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用。当导线绕成线圈后，电阻值未变，但自感系数增大，对交变电流的阻碍作用不但有电阻，而且有线圈的阻碍作用（感抗），阻碍作用增大，电流减小【答案】 B【点拨】线圈的直流电阻很小，而线圈对交流电的阻碍作用很大l 拓展在如图1023所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u
23、220sin100t V若保持电压的有效值不变，只将电源频率改100Hz,下列说法中正确的是 （ ）A电流表示数增大 B电压表的示数增大图1023C灯泡变暗 D灯泡变亮【解析】依题意，电源原来的频率为50Hz，当电源频率增为100Hz时，线圈的感抗增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项A错误灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，其电功率P减小，灯泡变暗，选项C正确，D错误电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压，因灯泡两端的电压变小，电源电压有效值不变，故电压表示数增大，B选项正确【答案】 B C二、电容对交变电流的阻碍作用对导线中形成电流的自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方
24、向做定向移动时，电容器两极板上积累的电荷会阻碍它们向这个方向运动，这就产生了电容对交变电流的阻碍作用【例2】如图1024所示，左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号那么C1、C2中哪个该用电容较大的电容器？哪个该用电容较小的电容器？C1C2图1024【解析】电容的作用是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”，由其表达式XC=1/2fC可看出：左图中的C1必须用电容小些的，才能使高频交流顺利通过，而低频不易通过，右图中的C2一般用电容大的，使低频交流电很容易通过，只有
25、直流成分从电阻上通过 【点拨】C1 叫旁路电容器，C2叫隔直电容器l 拓展如图1025所示电路中，u是有效值为220V的交流电源， C是电容器，R是电阻，关于交流电压表的示数，下列说法正确的是 （ ）A等于220V B.大于220V C.小于220V D.等于零RVCu图1025【解析】电容器对交流电的阻碍作用，类似于一个“电阻”，电容器与电阻R串联，据串联分压的原理可知电阻R两端的电压应小于电源电压，而电压表测的是电阻两端的电压【答案】 C【点拨】交流电压表测得的是交流电的有效值三、电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生的原因定向移动的电荷与静止的离子间的碰撞电感线圈的自感作用阻碍电流的变化
26、极板上所带电荷对定向移动电荷的阻碍阻碍的特点对直流、交流均有阻碍作用通直流、阻交流，通低频、阻高频隔直流、阻交流，通高频、阻低频相关的因素由导体本身的因素决定，与温度有关，与交流电的频率无关由线圈本身的自感系数和交变电流的频率决定由电容的大小和交变电流的频率共同决定【例3】如图1026所示电路中，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变?为什么? 图1026【解析】 当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡 的电流将因此而减小，所以灯泡 的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡 的电流增大，所以灯泡 的亮度将变亮.由于电阻的大
27、小与交变电流的频率无关，流过灯泡 的电流不变，因此其亮度也不变【点拨】电感、电容对交变电流的阻碍作用与交流电的频率有关，而电阻对交变电流的阻碍作用和交变电流的频率无关，电阻R中的电流由交变电流的有效值和电阻R决定l 拓展ab图1027abCL图1028如图1027所示的电路，该电路只让直流通过而不让交直混合中的交流往下传，想一想，我们怎么办？【解析】根据电感和电容的特殊作用，我们可以设计出图1028的电路来完成上面所说的要求【点拨】交流电通过电容C很容易，而要通过电感则不易；而直流通过电感很容易，而不能通过电容C，二者配合，即可完成任务课堂自主训练1. 如图1029所示的电路中，交流电的有效值
28、与直流电的电压相同，有关下列说法正确的是（ AC ）图1029A双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大B双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大C双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大D双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小2对于如图10210所示的电路，下列说法正确的是（ C ）图10210Aa、b端接恒定直流电，灯泡发亮Ba、b端接交变电流，灯泡不亮Ca、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大Da、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容减小时，灯泡亮度增大课后创新演练1在电工和电子技术中使
29、用的扼流圈有两种：低频扼流圈和高频扼流圈。它们的区别在于 （ AD ）A低频扼流圈的自感系数较大B高频扼流圈的自感系数较大C低频扼流圈的能有效地阻碍低频交变电流，但不能明显阻碍高频交变电流D高频扼流圈的能有效地阻碍高频交变电流，但不能明显阻碍低频交变电流图102112一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图10211所示一块软铁插进线圈之后，该灯将 （ B ）A变亮 B变暗 C灯泡亮度没影响 D无法判断【点拨】早期人们正是用改变插入线圈中铁芯长度的方法来控制舞台灯光的亮暗的3关于电容器通过交变电流的理解，正确的是（ CD ）A有自由电荷通过电容器中的电介质B电容器不断的充、放电，与
30、之相连的导线中必定有自由电荷移动，这样就形成了电流C交变电压相同时，电容越大，电流越大D交变电压相同时，频率越高，电流越大4在电子技术中，从前一级装置输出的既有直流成分（工作电流），又有交流成分（信号电流）如果我们希望输送到后一级装置的只有直流成分，电容器应该和后一级装置 ；如果我们希望输送到后一级装置的只有交流成分，电容器应该和后一级装置 （两空均填“串联”或“并联”）【答案】 并联、串联5对于如图10212所示的电路，下列说法正确的是（ C ）Aa、b两端接恒定直流，灯泡将不发光Ba、b两端接交变电流， 灯泡将不发光Ca、b两端由恒定的直流电压换成有效值相同的交变电压，灯泡亮度相同Da、b
31、两端由恒定的直流电压换成有效值相同的交变电压，灯泡亮度将会减弱图102126两个相同的白炽灯L1和L2，接到如图10213所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同.更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度大于灯L2的亮度.新电源的电压最大值和频率可能是（ A ）L1L2a b图10213A.最大值仍为Um，而频率大于fB.最大值仍为Um，而频率小于fC.最大值大于Um，而频率仍为fD.最大值小于Um，而频率仍为fRCLa b图10214在图10214所示电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流成分
32、，又含低频交流成分。L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻，下列说法中正确的是 （ ACD ）AL的作用是“通低频，阻高频”BC的作用是“通交流，隔直流”CC的作用是“通高频，阻低频”D通过R的电流中，低频交流成分所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比在频率为f的交变电流电路中，如图10215所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其它条件不变，则下列几种情况不正确的是 （ D ）RCLS图10215A通过R的电流有效值不变B通过C的电流有效值最大C通过L的电流有效值最小D通过R、C、L的电流
33、有效值都不变【解析】电阻对交流电的阻碍作用的大小与电流的频率无关，故通过电阻的电流的有效值不变交变电流的频率越高，感抗越大，通过电感线圈的电流的有效值越小交变电流的频率越高，容抗越小，通过电容器的电流的有效值越大第3课时 变压器及电能的输送基础知识回顾1.变压器1031（1）构造：由一个闭合铁芯和两组绕在闭合铁芯上的线圈组成其中跟电源相连的线圈叫原线圈，跟负载相连的线圈叫副线圈（2）作用：在输送电能的过程中改变交流电压（3）能量转换情况：变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置。（4）原理：其工作原理是利用了电磁感应现象（5）种类：自耦变压器、调压变压器、互感器。（6）理想变压器：
34、忽略原、副线圈的电阻，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗，因而理想变压器本身没有能量损失，即输入功率等于输出功率2理想变压器的基本关系式（1）电压关系 理解：U1由电源决定，U2 由U1和n决定，副线圈相当于一个新电源当n2n1时，变压器为升压变压器，当n2n1时，变压器为降压变压器。有一个原线圈，多个副线圈时，总有：u1：u2：u3=n1：n2：n3（2）功率关系 P入P出即： U1I1U2I2 +U3I3+理解：P入由P出决定，但P入不能无限地变大，要受到发电机最大输出功率地限制（3）电流关系 理解：I1由I2决定有一个原线圈，多个副线圈时，有：n1I1=n2I2+n3I
35、3+（4）频率关系 变压器不改变交流电的频率，故有f1f23远距离输电远距离输电能时，在输电导线上，由于电流的热 效应，必然有一部分电能转化成内能而损失掉，根据焦耳定律表达式 I2Rt可知，可以有两种方法来减少送电中的电能损失，一种是减小输电导线的电阻，另一种是提高输电电压，减小输电电流这两种方法中，适用于远距离输电的是后一种方法，即利用变压器提高送电的电压重点难点例析一、 理想变压器中各物理量之间的关系要明确理想变压器各物理量间的关系，首先要弄清各物理量的含义，然后正确利用电压关系、电流关系、功率关系求解【例1】 如图1032所示，理想变压器原副线圈匝数之比为41原线圈接入一电压为uU0si
36、nt的交流电源，副线圈接一个R27.5 的负载电阻若U0220V，100 Hz，则下述结论正确的是 （ ） A副线圈中电压表的读数为55 V B副线圈中输出交流电的周期为 C原线圈中电流表的读数为0.5 AD原线圈中的输入功率为VAR1032【解析】原线圈电压有效值U1=220V，由电压比等于匝数比可得副线圈电压U2=55V，A对；电阻R上的电流为2A，由原副线圈电流比等于匝数的反比，可得电流表示数为0.5A， C对；输入功率为P=2200.5W=110W，D错；周期T= =0.02s，B错【答案】AC【点拨】变压器不改变交流电的变化周期，只改变交流电的电压和电流，本题中，电流表测的是原线圈中
37、的电流（有效值），电压表测的是副线圈两端的电压（有效值）l 拓展1033如图1033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。V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2； A1、A2 和A3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 （ ）AU2变小、I3变小 BU2不变、I3变大 CI1变小、I2变小 DI1变大、I2变大【解析】因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，
38、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】 BC【点拨】 理想变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律（电压、电流、功率关系）；二是要遵循欧姆定律首先确定是哪些量在变，哪些量不变，其次要明确变量之间的相互制约关系电压：输入决定输出；电流和功率：输出决定输入最后根据相应的规律判断，具体问题具体分析2输电线路的分析和计算（1）要明确几个物理量：电源的输出电压U，电源的输出功率P ； 输电导线上损失电压U损，输电导线上损失功率P损 ； 用户得到的电压U，用户得到的功率P（2）输电线路上的电能损失QI2Rt ，故减小输电线路上的电能损失的办法是： 减小输
39、电时间t；减小输电导线的电阻 ，可减小导线长度L、减小电阻率（铜和铝）、增大导线的截面积S；减小输电导线中的电流，提高输出电压，因为，P损与输出电压U的平方成反比【例2】交流发电机的路端电压是220V，输出功率是55KW，输电线电阻0.4，问： (1) 如果不用变压器，导线上损失的电功率和电压各是多少？(2) 如果用变压器先将电压升高到2200V，在输出功率不变的情况下，输电导线上损失的电功率和电压又各是多少？【解析】导线上损失的电功率和电压的计算，应根据公式损=R和U损=IR.在输电线电阻已知的情况下，求得电流I，即可求出导线上损失的电功率和电压【答案】(1)如果不用变压器，发电机的输出电流
40、因为I线=I输=250A，所以导线的热损耗功率为P线=导线上损失的电压U线=I线R线=2500.4V=100V (2)若采用升压变压器，变压器输出电流为同理可得：【点拨】提高输电电压可以减小输电电流，从而减少输电线上的功率损失和电压损失； 输电电压和输电线上的电压损失是两个不同的量； 计算导线上损失的电功率，应根据公式P损=R，不能用计算，如果要用，则U改为U线即可拓展发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 .若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比（2）画出此输电线路的
41、示意图 （3）用户得到的电功率是多少？【解析】输电线路的示意图如图1034所示，1034输电线损耗功率P线=1004% kW=4 kW，又P线=I22R线输电线电流I2=I3=20 A原线圈中输入电流I1= A=400 A所以，这样U2=U1=25020 V=5000 VU3=U2-U线=5000-2010 V=4800 V，所以用户得到的电功率P出=10096% kW=96 Kw【点拨】处理复杂的输电问题时，应按照“发电升压输电导线降压用电器”的顺序，或倒推的顺序分析3 多输出端变压器问题对多输出端变压器，我们要抓住电压关系和功率关系列式求解易错门诊【例3】收音机的变压器的初级线圈有1210
42、匝，接在U1=220V的交流电源上，变压器有两个次级线圈。次级线圈的匝数为35匝，次级线圈的匝数是1925匝。如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈的电流是0.3A时，初级线圈的电流I1=0.114A。求线圈中电流和输出电压（电流的计算结果保留3位有效数字）【错解】【错因】当变压器副线圈不止一个时，公式不再成立。【正解】不计变压器自身的能量损耗，由能量转化和守恒定律P1P2P3 I1U1=I2U2+I3U3【点悟】理想变压器的电压关系是一个普适关系，而电流比则不然，它只适用于副线圈只有一个的情况。而对副线圈有多个的情况则应根据功率关系P入P出， 即I1U1=I2U2+I3U3。不能
43、死记硬背，不顾条件乱套公式。课堂自主训练1当理想变压器副线圈空载时，副线圈的 【 BD】A负载电阻为0 B输出电流为0C两端电压为0 D输出功率为02下列说法正确的是 【BCD 】A变压器也可能改变直流电压B变压器的原理是电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流C变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成D变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用课后创新演练1变压器原线圈1400匝，副线圈700匝，并接有电阻R，当变压器工作时原副线圈中 （ D）A电流频率之比为21B功率之比为21C电流之比为21D电压之比为212理想变压器原副线圈的匝数比为10：1，以下说
44、法中正确的是 （ B D ）A穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10：1B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1：13关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是 【 C】A由功率P=U2/R，应降低输电电压，增大导线电阻B由P=IU，应低电压小电流输电C由P=I2R，应减小导线电阻或减小输电电流D上述说法均不对4如图1035中（a）、（b）所示，当图中a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V.若分别在c、d两端与g、h两端加上110
45、V的交流电压，则a、b与e、f间的电压为 （ B ）1035A220 V，220 V B220 V，110 V C110 V，110 V D220 V，010365如图1036所示，变压器的原、副线圈的匝数比一定，原线圈的电压为U1时，副线圈的输出电压为U2，L1、L2、L3为三只完全相同的电灯，开始时，电键K开启，然后当电键K闭合时 （B D）A电压U1不变，U2变大B电灯L1变亮，L2变暗C电灯L1变暗，L2变亮D原线圈中的电流变大6如图1037所示，理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220Vn2上连接的灯泡的实
46、际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3n2 Ln3 R220Vn11037【解析】由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I1/n，而应该用P1=P2+P3和Un。由Un可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A7如图1038所示，一理想变压器，原线圈的匝数为，两个副线圈的匝数分别为和变压器输入电压V，电压表和的读数分别为和变压器输入电流为，通过和的电流分别为和变压器的输入功率为，和的电功率分别为和则下列式子正确的是（ BD ）1038A ； B C D8如图1039所示电路中要使电流表读数变大，可
47、采用的方法有（ BC ）1039A将R上的滑片向上移动.B将R上的滑片向下移动. C将电键S由1掷向2D将电键S由1掷向3【解析】在输入电压和匝数比一定的情况下,输出电压 是一定的,当 减小时,由 可知电流表读数变大,故应向下移动,(B)正确.在输入电压 一定的条件下,减小匝数比 ,则输出电压 增大,（），故电流强度增大，应掷向2，(C)正确，所以正确的答案是BC【答案】 BC9发电机的端电压220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2，如果用初、次级匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为101的降压变压器降压供给用户 画出全过程的输电线路图求用户得到的
48、电压和功率若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压 【解析】（1）线路图如图10-3所10所示：10310（2）升压变压器次级的输出电压 V升压变压器次级输出电流 升压变压器初级输入电流，由得 A=200A所以A=20A输电线路上的电压损失和功率损失分别为 V kW加到降压变压器初级上的输入电流和电压 A V降压变压器初级的输出电压和电流 V A用户得到的功率 Kw.（3）若不采用高压输电，线路损失电压为 V用户得到的电压 V用户得到的功率为Kw.【答案】输电线路如图 用户得到的电压和功率分别为219.6v 和 43.92kw 用户得到的电压和功率180v和36kw 第4课时 传感器
49、的工作原理及应用基础知识回顾1传感器及其工作原理传感器的定义：有一些元件它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断我们把这种元件叫做传感器它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了传感器的组成：传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换为电信号，通过输出部分输出，然后经过控制器分析处理制作传感器需要的元件：光敏电阻：光照增强时，电阻阻值减小；光照减弱时，电阻阻值增大能够把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量热敏电阻与金属热电阻：能够把温度这个热学量转换
50、为电阻这个电学量，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，金属热电阻的阻值随温度的升高而增大霍尔元件：它能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量2传感器的应用及实例力传感器的应用-电子秤：它是由金属梁和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，多用半导体材料制成声传感器的应用-话筒：它是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号温度传感器的应用-电熨斗：它装有双金属片温度传感器，其作用是控制电路的通断温度传感器的应用电饭锅：它的主要元件是感温铁氧体温度传感器的应用测温仪：它可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来测温仪中的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶，还可以是红外
51、线敏感元件等光传感器的应用鼠标器、火灾报警器：机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个光传感器；有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。应用实例：光控开关和温度报警器重点难点例析一、 传感器及其工作原理传感器问题涉及知识点多、综合性强、能力要求高，其形式又多种多样，且原理较难理解，因此搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结构【例1】有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用
52、黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是 （ ）A置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻1041【解析】此题考查了热敏电阻、光敏电阻、定值电阻的特性。热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随之变化【答案】 AC【点
53、拨】掌握各种元件的特性是解题的关键。l 拓展传感器是一种采集信息的重要器件。如图104所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ）A当F向上压膜片电极时，电容将减小B当F向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力F发生变化D若电流计有示数，则压力F不发生变化104【解析】当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。【答案】 B C二、传感器的应用 日常生产、生活中常见的传感器有：温度传感器、光敏传感器、压力传感器、红外线传感器、位移传感器、加速
54、度传感器等，首先要明确各种传感器所感受到的物理量，然后结合各种敏感元件的特性，分析电路的工作过程，多思考、多动手【例2】 唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号下列说法正确的是（）A该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势磁铁音圈金属膜片声波104【解析】如图104所示动圈式话筒是利用电磁感应现象象制成的当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫音
55、圈）随着一起振动音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这就将声音信号转换成电信号【答案】 B【点拨】注重原理和工作过程的分析是解题的关键l 拓展关于电饭锅的说法中正确的是 ：A电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C用电饭锅烧水，水开后能自动断电D用电饭锅煮饭时，若温度开关自动断电后，它不能自动复位【解析】电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错B对。因水开时温度约为100 0C，达不到居里温度103 0C，故不能自动断电，C错，温度开关只能手动闭合，故D正确。【答案】 BD三
56、、传感器的应用实验传感器实验，是新课程中增加的实验，在科学技术和现代生产生活中也很常见，要高度重视【例3】图104是温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是（）A当RT的温度升高时，RT减小,A端电势降低，端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C当增大R1时，A端电势升高，端电势降低，蜂鸣器会发出报警声104D当增大R1时，A端电势降低，端电势升高，蜂鸣器会发出报警声【解析】温度升高时，热敏电阻阻值减小，或者增大R1的阻值，都能导致输入端A电势升高，斯密特触发器输出端Y从高电平调到低电平，从而蜂鸣发出鸣叫声。【答案
57、】 BC【点拨】传感器的工作离不开其他电子元器件，要了解一些常用的电子元器件的原理和使用要点，并进行灵活的分析。课堂自主训练1关于干簧管，下列说法正确的是 （ CD ）A干簧管接入电路中相当于电阻的作用B干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【解析】干簧管是在玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用，是一种能感知磁场的传感器2下列器件不是应用温度传感器的是 （ B ）A电熨斗 B话筒 C电饭锅 D测温仪3关于电子秤中应变式力传感器，下列说法中正确的是（ BD ）A应变片
58、是由导体材料制成的B当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之变小C传感器输出的是应变片上的电压D外力越大，输出的电压差值也越大【解析】应变片多用半导体材料制成，故A错，B对。传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随外力的增大，输出的电压差值也越大，故C错D对课后创新演练利用半导体可以制成（BCD）标准电阻热敏电阻光敏电阻晶体管下列说法不正确的是（A）话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断电子秤所使用的测力装置是力传感器热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量1043如图104所示的
59、光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻“”是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端 A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值时，Y会从低电平跳到高电平在天暗时路灯（发光二极管）会点亮，下列说法中正确的是（ BD ） A天暗时Y处于高电平B天暗时Y处于低电平C当R1调大时A端的电压降低，灯（发光二极管）点亮D当R1调大时A端的电压降低，灯（发光二极管）熄灭4随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动 干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为 （ D
60、 ）A. 改变了湿度 B. 改变了温度C. 改变了磁场 D. 改变了电容5 用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（ A ）A红外报警装置B走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置D电饭煲中控制加热和保温的温控器6常用的机械式鼠标器的工作原理如图104所示，其中1是滚球，钢制，外面包一层橡胶，小轮2的压力使滚球紧触在轴杆3和4上，轴杆的一端装有码盘5和6，在码盘的靠近边缘的圆周上开有许多等间距的小孔，码盘两面分别装有红外发射管7和9，接收管8和10。当鼠标器在平面上移动时，滚球受摩擦力而转动，带动两个轴杆转动，于是两个码盘也转动
61、，接收管就收到断续的红外光脉冲，从而输出相应的电脉冲信号，8和10输出脉冲的数目分别与鼠标器在x、y两个方向上位移的长度成正比。计算机收到鼠标器发来的脉冲，经过运算处理，使鼠标箭头在显示器的屏幕上有相应的位移。由此可知机械式鼠标器是一个（ AD ）104A.光电传感器 B.热电传感器C.压力传感器 D.位移传感器7如图104是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况以下说法中正确的是（ BD ）104A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件工作面，UH将变大B.在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件工作面
62、应保持水平C.在测定地球赤道的磁场强弱时，霍尔元件工作面应保持水平D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化8用如图104所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 ms2）（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速
63、度大小和方向104（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零【解析】传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有得4 m/s2a1与F1同方向，即向前（向右）（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第 二定律得，a2=10m/s2，方向向左9如图104所
64、示，图甲是某中学在研究性学习活动中，吴丽同学自制的电子秤原理示意图目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，刀片恰好指在变阻器R的最上端，此时电压表示数为零。设变阻器总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力（1）推出电压表示数U与所称物体质量m的关系式；（2）为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在乙图的基础上完成改进后的电路原理图，并求出电压表示数U与所称物体质量m的关系式104【解析】（1）当
65、在托盘中放质量为m的物体后，弹簧被压缩x，则有mg=kx 此时滑动变阻器滑片以上的阻值设为R1，则 由闭合电路欧姆定律得 电压表的示数U为 U=IR1 由以上各式解得 （2）如图104所示，设电流为， 电压表的示数为， 联立解得 104 第5课时 单元综合提升本章知识网络 产生：交流发电机 表述手段 图像、三角函数表达式 瞬时值 正弦 最大值电流 表征参量 有效值I 周期T 频率f 观察仪器：示波器交 流 电电阻 与交变电流f有关电感：感抗 对交变电流电容：容抗 阻碍的器件 工作原理：互感现象 构造 ：原副线圈、铁芯理想 功率关系：P1P2 变压器 遵循规律 电压关系： 电流关系：I1/I2n
66、2/n1功率损失：P损I2R电压损失：U损IR高压输电远程输电声传感器的应用应用模式：传感器 放大转换电路 原理：非电学量电学量元器件半导体霍尔元件光敏电阻热敏电阻金属热敏电阻其他执行机构显示器计算机系统应用实例力传感器的应用温度传感器的应用光传感器的应用电熨斗电饭锅测温仪鼠标器火灾报警器电子秤传感器话筒本章主要方法本章主要是要会正确识别正弦交流电的图像，并能借助图像分析判断出物理过程中物理量的变化、理想变压器的分析与计算，以及传感器的原理分析本内容涉及的主要方法是解决变压器问题的常用方法：思路1 电压思路变压器原、副线圈的电压之比为U1/U2=n1/n2；当变压器有多个副绕组时U1/n1=U
67、2/n2=U3/n3=思路2 功率思路理想变压器的输入、输出功率为P入=P出，即P1=P2；当变压器有多个副绕组时P1=P2+P3+思路3 电流思路由I=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有I1/I2=n2/n1；当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3+思路4 （变压器动态问题）制约思路（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2=n2U1/n1，可简述为“原制约副”.（2）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1=n2I2/n1，可简述
68、为“副制约原”.（3）负载制约：变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1+P负2+；变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2=P2/U2；总功率P总=P线+P2.动态分析问题的思路程序可表示为：U1P1思路5 原理思路变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中/t相等；当遇到“”型变压器时有1/t=2/t+3/t【例题1】如图1051所示，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则 （ ）1051A保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减
69、小C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大【解析】K由a合到b时，n1减小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2=U22/R随之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，从而I1增大，A正确；K由b合到a时，与上述情况相反，P2将减小，B正确；P上滑时，R增大，P2=U22/R减小，又P1=P2，P1=I1U1，从而I1减小，C错误；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大，I2=U2/R随之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D正确故选项A、B、D正确【答案】ABD【点拨】本题以变压器动态问题为背景考查考
70、生综合分析能力及逻辑思维能力，要辨清原副线圈中的变量与不变量，理清各量间谁制约谁的制约关系【例题2】如图1052所示，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，线圈电阻为r，外电路电阻为R当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？R上产生电热QR为多少？外力做的功W为多少？1052【解析】按照电流的定义I=q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即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QR。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
71、，即放出电热因此W=Q 【答案】 q=nBS/(R+r) Q=n2B2S2R/4(R+r)2W=Q 【点拨】计算电荷量时电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值计算电热时电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值同时一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能的关系高考试题赏析【例题3】2008广东，5小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图1053所示。此线圈与一个R=10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 （ ）0e/V20-200.1250.250t/s1053A交变电流的周期为0.125sB
72、交变电流的频率为8HzC交变电压的有效值为VD交变电流的最大值为4A【考点】闭合电路的欧姆定律、正弦交流电的最大值与有效值、周期和频率的关系【解析】由et图像可知，交变电流电流的周期为0.25s，故频率为4Hz，选项A、B错误根据欧姆定律可知交变电压的最大值为2V，故有效值为V，选项C正确【答案】 C【点拨】本题考查从图像提取信息的能力【例题4】2008天津17一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2当R增大时（）AI1减小，P1增大BI1减小，P1减小CI2增大，P2减小DI2增大，
73、P2增大【考点】理想变压器的规律、欧姆定律【解析】理想变压器的特点是输入功率等于输出功率，当负载电阻增大时，由于副线圈的电压不变，所以输出电流I2减小，导致输出功率P2减小，所以输入功率P1减小；输入的电压不变，所以输入的电流I1减小，B正确【答案】B【点拨】注意理清理想变压器的动态分析的思路【例题5】2007广东，8压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图1054（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图1054（b）所示，下列判断正确的是 （ ）v压敏电阻REA
74、Itt1t2t30（a）（b）1054A从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动【考点】牛顿第二定律、欧姆定律【解析】从It图像可知，在t1到t2时间内，电流逐渐增加，说明电阻逐渐减小，小球对压敏电阻的作用力逐渐变大，小车做加速度增大的加速运动，A、B不正确在t2到t3时间内，电流较大且恒定，说明电阻较小，且是一确定的值，小球对压敏电阻的作用力恒定，小车做匀加速运动，D正确【答案】 D【点拨】对解决传感器的问题，要认真分析传感器所在的电路结构高考试题选编12006 四川 1
75、8如图1055所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20：1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220V，60W”灯泡一只，且灯泡正常发光则 （ C ）A1055A电流表的示数为A B电源输出功率为1200WC电流表的示数为A D原线圈端电压为11V【解析】由灯泡正常发光知，副线圈电压为220V，又原副线圈电压与匝数成正比，D错输入、输出功率相等，B错电流表的示数为有效值，A错C对22007宁夏17一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图1056所示由图可知 （ BD）1234560100u/Vt/102 s1056A该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin(25t)VB该交流电的频率为25
76、HzC该交流电的电压的有效值为100 D若将该交流电压加在阻值R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率时50 W32007上海，3B如图10-5-7所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB100V，R040W，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为200V，通过电阻R0的电流有效值为5A 105742007海南，12某发电厂用2.2KV的电压将电能输出到远处的用户，后改为用22KV的电压，在既有输电线路上输送同样的电功率。前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为100要将2.2KV的电压升高到22KV，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈的匝数应
77、该是1800匝52008上海，3B某集装箱吊车的交流电动机输入电压为380 V，则该交流电压的最大值为537V。当吊车以0.1 m/s的速度匀速吊起总质量为5.7103 kg的集装箱时，测得电动机的电流为20 A，则电动机的工作效率为75%（g取10m/s2）62007四川15如图10-5-8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）1058 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abcdD 线圈绕P1
78、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72003上海理综，10演示位移传感器的工作原理如图10-5-9所示，物体在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小s，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是 （B ）1059物体运动时，电源内的电流会发生变化物体运动时，电压表的示数会发生变化物体不动时，电路中没有电流物体不动时，电压表没有示数【解析】电压表为理想电表，电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也不会改变电路中的电流，故A错；电压表测得的是触头P左侧电阻分得的电压，故其示数随触头的运动而变化，B正确82008上海，20某小型实
79、验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6（1）若采用380V输电，求输电线路损耗的功率（2）若改用5000高压输电，用户端利用n1:n222：1的变压器降压，求用户得到的电压【解析】（1）输电线上的电流强度为IA52.63A输电线路损耗的功率为P损I2R52.6326W16620W16.62kW（2）改用高压输电后，输电线上的电流强度变为IA4A用户端在变压器降压前获得的电压U1UIR（500046）V4976V根据用户得到的电压为U24976V226.18V92006广东，23某发电站的输出功率为，输出电压为，通过理想变压器升压后向远处供电。已知输电导线的电阻率为，导线横截面积为，输电
80、线路损失的功率为输出功率的，求：（1）升压变压器的输出电压；（2）输电线路上的电压损失【解析】输电导线的电阻为: 因为: 升压变压器的输出电压为: 联立式,代入数据可解得: 输电线路上的电压损失为: 联立式,代入数据可解得: 10200 5上海，27一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线图10-5-10中(
81、a)为该装置示意图，图(b)为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中t1=1010-3s，t2=0810-3s(1)利用图(b)中的数据求1s时圆盘转动的角速度(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度t310510【解析】(1)由图线读得，转盘的转动周期T10s-02s=18s-10s=08s角速度 rad/s(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为r1，第i个脉冲的宽度为ti，激光器和探测器沿半径的运动速度为v。 r3r2r2r1vT r2r1 r3r2 由、式解得：高考资源网()来源：高考资源网版权所有：高考资源网(www.k s 5 )版权所有：高考资源网()版权所有：高考资源网()
