2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十 交變電流 變壓器 傳感器的簡單應(yīng)用對對練（含解析）

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1、交變電流 變壓器 傳感器的簡單應(yīng)用 2020年高考必備 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 考點一 交變電流的產(chǎn)生及其描述 21 16 考點二 理想變壓器、電能的輸送 16 16 19 考點三 傳感器的簡單應(yīng)用 23 考點一　交變電流的產(chǎn)生及其描述 命題角度 交變電流的

2、產(chǎn)生及其描述　 高考真題體驗·對方向 1.(2018全國Ⅲ·16)一電阻接到方波交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方;若該電阻接到正弦交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正.該電阻上電壓的峰值均為u0,周期均為T,如圖所示.則Q方∶Q正等于(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.1∶2 B.2∶1 C.1∶2 D.2∶1 答案D 解析對于方波交流電源,電壓的有效值和最大值相等,即u方=u0,在周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方=u02R·T,對于正弦交流電源,電壓的有效值u正=u02,在周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正=(u02)?2R·T,整理可得Q方∶Q正=2∶1,選項D正確

3、. 2.(多選)(2016全國Ⅲ·21)如圖,M為半圓形導(dǎo)線框,圓心為OM;N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框,圓心為ON;兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi);兩圓弧半徑相等;過直線OMON的水平面上方有一勻強磁場,磁場方向垂直于紙面.現(xiàn)使線框M、N在t=0時從圖示位置 開始,分別繞垂直于紙面且過OM和ON的軸,以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動,則(　　) A.兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交變電流 B.兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于T C.在t=T8時,兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等 D.兩導(dǎo)線框的電阻相等時,兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等 答案BC 解析因半徑、周期相同,故兩線框進入磁場過

4、程產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為e0=12BωR2=12B2πT·R2=BπR2T,兩線框中產(chǎn)生的電動勢瞬時值隨時間關(guān)系分別如圖甲、乙. 所以選項A錯誤,選項B、C正確.由有效值定義可知M、N線圈中電流的有效值不相等,D項錯誤. 1.明確交變電流“四值”的應(yīng)用特點 (1)最大值:分析電容器的耐壓值; (2)瞬時值:計算閃光電器的閃光時間、線圈某時刻的受力情況; (3)有效值:電表的讀數(shù)及計算電熱、電功、電功率及保險絲的熔斷電流; (4)平均值:計算通過電路截面的電荷量. 2.掌握交變電流瞬時值表達式的基本書寫思路 (1)確定正、余弦交變電流的峰值,根據(jù)已知圖象或公式Em=N

5、BSω,求出相應(yīng)最大值. (2)明確線圈的初始位置,找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式. ①線圈從中性面開始計時,e=Emsin ωt. ②線圈從垂直于中性面開始計時,e=Emcos ωt. 典題演練提能·刷高分 1.一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦圖象如圖甲所示.已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5.0 Ω,現(xiàn)外接一只電阻為95.0 Ω的燈泡,如圖乙所示,則(　　) A.電壓表的示數(shù)為220 V B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次 C.燈泡實際消耗的功率為484 W D.發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J 答案D 解析由甲圖可知Em=2202 V,所以有效值E=220

6、V,電壓表示數(shù)U=RR+rE=209 V,故A錯誤;由甲圖可知周期T=0.02 s,每個周期交流電方向改變兩次,則1 s內(nèi)電流方向改變的次數(shù)為n=2×1T次=100次,故B錯誤;燈泡實際消耗的功率P=U2R=209295 W≠484 W,故C錯誤;發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為Q=(E-U)2rt=1125×1 J=24.2 J,故D正確. 2.如圖所示,一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中,并繞過ab、cd中點的軸OO'以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動.已知磁感應(yīng)強度B=0.50 T,線圈匝數(shù)N=100匝,邊長Lab=0.20 m,Lbc=0.10 m,轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min.若以線圈平

7、面與磁場夾角θ=30°時為計時起點,電動勢的瞬時值的表達式為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.e=314sin100πt+π3 V B.e=314sin100πt-π3 V C.e=3142sin100πt+π3 V D.e=3142sin100πt-π3 V 答案B 解析ω=2πn=100π rad/s;交變電流的最大值Em=NBωS=100×0.5×100π×0.20×0.10 V=100π V,則電動勢的瞬時值的表達式為e=314sin100πt-π3 V,故選B. 3.(2019重慶4月調(diào)研)圖甲為小型發(fā)電機的結(jié)構(gòu)簡圖,通過線圈在兩磁極間轉(zhuǎn)動給小燈泡供

8、電,已知小燈泡獲得的交變電壓如圖乙.則下列說法正確的是(　　) A.甲圖中電壓表的示數(shù)為62 V B.乙圖中的0時刻就是甲圖所示時刻 C.乙圖中0.5×10-2 s時刻,穿過甲圖中線圈的磁通量最小 D.乙圖中1.0×10-2 s時刻,穿過甲圖中線圈的磁通量最小 答案C 解析甲圖中電壓表的示數(shù)為交變電流的有效值:U=622 V=6 V,選項A錯誤;乙圖中的0時刻感應(yīng)電動勢為零,而甲圖所示時刻,感應(yīng)電動勢最大,選項B錯誤;乙圖中0.5×10-2 s時刻,感應(yīng)電動勢最大,則此時穿過甲圖中線圈的磁通量最小,選項C正確;乙圖中1.0×10-2 s時刻感應(yīng)電動勢為零,則此時穿過甲圖中線圈的

9、磁通量最大,選項D錯誤. 4.(2019山東聊城二模)如圖甲所示,矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,從某時刻開始計時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化曲線如圖乙所示,若外接電阻R=70 Ω,線圈電阻r=10 Ω,則下列說法正確的是(　　) A.線圈的角速度為100 rad/s B.0.01 s末穿過線圈的磁通量最大 C.通過線圈的最大電流為1.25 A D.電壓表的示數(shù)為87.5 V 答案C 解析由圖乙知,交流電的周期T=4×10-2 s,線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω=2πT=2π4×10-2 rad/s=50π rad/s.故A項錯誤;由圖乙知,0.01 s末

10、線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,則0.01 s末線圈平面與磁場平行,線圈的磁通量為0.故B項錯誤;由圖乙知,線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em=100 V,則線圈的最大電流Im=Emr+R=10010+70 A=1.25 A.故C項正確;線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的有效值E=Em2=1002 V=502 V,電壓表的示數(shù)U=Er+R·R=50210+70×70 V≈61.9 V.故D項錯誤. 考點二　理想變壓器、電能的輸送 命題角度1理想變壓器原理理解　 高考真題體驗·對方向 1.(2016全國Ⅰ·16)一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 Ω 、1 Ω 和4 Ω,

11、A為理想交流電流表,U為正弦交流電壓源,輸出電壓的有效值恒定.當(dāng)開關(guān)S斷開時,電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時,電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.2 B.3 C.4 D.5 答案B 解析理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等,當(dāng)開關(guān)斷開時,有(U-IR1)I=n1n2I2(R2+R3),即(U-3 Ω×I)I=n1n2I2×5 Ω①;當(dāng)開關(guān)閉合時,有(U-4IR1)·4I=n1n2·4I2×R2,即(U-12 Ω×I)·4I=n1n2·4I2×1 Ω②.①÷②得U=48 Ω×I,代入①可解得n1n2=3,選項B正確. 2.

12、 (多選)(2016全國Ⅲ·19)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b.當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時,兩燈泡均能正常發(fā)光.下列說法正確的是(　　) A.原、副線圈匝數(shù)比為9∶1 B.原、副線圈匝數(shù)比為1∶9 C.此時a和b的電功率之比為9∶1 D.此時a和b的電功率之比為1∶9 答案AD 解析設(shè)燈泡的額定電壓為U0,當(dāng)U=10U0時,因兩燈泡均正常發(fā)光,故變壓器原線圈的輸入電壓為U1=U-U0=9U0,副線圈的輸出電壓U2=U0.因U1U2=n1n2,故n1n2=91,選項A正確,選項B錯誤;由變壓器電流關(guān)系,I1I2=n2n1得I1I2=19,則此時

13、a、b的電功率之比為PaPb=U0I1U0I2=19,選項C錯誤,選項D正確. 1.抓住理想變壓器問題中的兩個“弄清” (1)弄清變量和不變量.如原線圈電壓不變,原、副線圈的匝數(shù)比不變,其他物理量可隨電路的變化而發(fā)生變化. (2)弄清動態(tài)變化過程中的決定關(guān)系,如U2由U1決定,P1、I1由P2、I2決定. 2.掌握理想變壓器問題的分析流程 (1)由U1U2=n1n2分析U2的情況. (2)由I2=U2R分析I2的情況. (3)由P1=P2=I2U2判斷輸入功率的情況. (4)由P1=I1U1分析I1的變化情況. 3.記準輸電線路功率損失的計算方法 (1)P損=P-P

14、',P為輸送的功率,P'為用戶所得功率. (2)P損=I線2R線,I線為輸電線路上的電流,R線為線路電阻. (3)P損=ΔU2R線,ΔU為在輸電線路上損失的電壓,R線為線路電阻. (4)P損=ΔUI線,ΔU為在輸電線路上損失的電壓,I線為輸電線路上的電流. 4.對于變壓器需要掌握公式U1U2=n1n2、I1I2=n2n1,知道副線圈的電流以及功率決定了原線圈中的電流和功率.理想變壓器是理想化模型:一是不計線圈內(nèi)阻;二是沒有出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象.當(dāng)電路中有變壓器時,只要將變壓器的有效值求出,就相當(dāng)于一個新的恒定電源. 典題演練提能·刷高分 1.(2018天津卷·4)教學(xué)用發(fā)電機能夠產(chǎn)生正

15、弦式交變電流.利用該發(fā)電機(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電,電路如圖所示,理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U,R消耗的功率為P.若發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?2,則(　　) A.R消耗的功率變?yōu)?2P B.電壓表V的讀數(shù)變?yōu)?2U C.電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I D.通過R的交變電流頻率不變 答案B 解析本題考查交變電流的產(chǎn)生和變壓器原理,清楚感應(yīng)電動勢的決定因素是解題的關(guān)鍵,另外要知道交流電表測的是交變電流的有效值.發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉硪话霑r,產(chǎn)生電動勢的最大值和有效值均變?yōu)樵瓉淼囊话?變壓器匝數(shù)比不變,故副線圈上的電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?選項B

16、正確;對負載電阻R,由P=U2R可得,R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?4,即副線圈消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?4,故原線圈消耗的功率也變?yōu)樵瓉淼?4,而原線圈電壓變?yōu)樵瓉淼囊话?故原線圈中的電流(電流表示數(shù))變?yōu)樵瓉淼囊话?選項A、C均錯誤;發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉硪话霑r,線圈轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)橐话?由f=2πω可得交變電流的頻率變?yōu)樵瓉淼?倍,選項D錯誤. 2.(2019陜西漢中二模)有4個完全相同的燈泡連接在理想變壓器的原、副線圈中,電源輸出電壓U恒定不變,如圖所示.若將該線路與交流電源接通,且開關(guān)S接在位置1時,4個燈泡發(fā)光亮度相同;若將開關(guān)S接在位置2時,燈泡均未燒壞.則下列說法正確的是(　　)

17、 A.該變壓器是降壓變壓器,原、副線圈匝數(shù)比為4∶1 B.該變壓器是升壓變壓器,原、副線圈匝數(shù)比為1∶4 C.當(dāng)開關(guān)接位置2時副線圈中的燈泡仍能發(fā)光,只是亮度變亮 D.當(dāng)開關(guān)接位置2時副線圈中的燈泡仍能發(fā)光,只是亮度變暗 答案C 解析四個燈泡亮度相同,所以原線圈電流與副線圈電流之比為1∶3,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比知原副線圈的匝數(shù)比為3∶1,可知該變壓器是降壓變壓器,故A、B錯誤;開關(guān)接到2位置,原線圈輸入電壓變大,根據(jù)電壓與匝數(shù)的關(guān)系可知副線圈電壓變大,所以燈泡的電流變大,燈泡仍能發(fā)光,但亮度變大,故C正確,D錯誤. 3.在如圖所示的理想變壓器的電路中,變壓器原副線圈的匝數(shù)比為2∶1

18、,電阻R1=R2,電流表和電壓表均為理想電表,若電流表的示數(shù)為0.5 A,電壓表的示數(shù)為5 V,則電阻R1的大小為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.10 Ω B.15 Ω C.20 Ω D.25 Ω 答案D 解析電壓表的示數(shù)為5 V,則次級電流I2=5R1;初級電流I1=12I2=52R1;初級電壓U1=n1n2U2=10 V;R1的電流IR1=10R1;由題意可知10R1+52R1=0.5 A,解得R1=25 Ω.故選D. 4.(多選)如圖所示,圖乙中理想變壓器的原線圈接如圖甲所示的交變電流.理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為20∶3,定值電阻的阻值為11 Ω,滑動

19、變阻器的總阻值為22 Ω.下列說法中正確的是(　　) A.副線圈輸出電壓的頻率為50 Hz B.滑動變阻器的滑片P向右滑動時,電阻R兩端的電壓不變 C.滑動變阻器的滑片P滑到最右端時,通過電阻R的電流為8.45 A D.滑動變阻器的滑片P滑到最左端時,理想變壓器的輸入功率為132 W 答案AD 解析由交變電流的圖象可知,加在原線圈中電流的周期T=0.02 s,頻率f=50 Hz,由于變壓器不能改變電源的頻率,副線圈輸出電壓的頻率為50 Hz,故A正確;滑動變阻器的滑片P向右移動時,電路總電阻變小,電流變大,由U=IR可知,電阻R兩端的電壓變大,故B錯誤;原線圈電壓的有效值U1=

20、Um2=440 V,根據(jù)U1∶n1=U2∶n2可得副線圈的電壓U2=66 V,滑動變阻器的滑片P滑到最右端時,通過電阻R的電流為I2=U2R=6 A,故C錯誤;滑動變阻器的滑片P滑到最左端時,理想變壓器的輸入功率為P2=U22R+RP=132 W,故D正確.故選AD. 5.如圖所示,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的白熾燈泡a、b和c,燈泡b、c規(guī)格相同,當(dāng)原線圈輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時,三只燈泡均能正常發(fā)光,下列說法正確的是(　　) A.原、副線圈匝數(shù)比為10∶1 B.此時a燈和b燈的電流比為2∶9 C.此時a燈和b燈的電功率之比為1∶9 D.此時a燈和b燈的

21、電阻比為9∶1 答案B 解析設(shè)三個燈泡的額定電壓為UL,由題知U=10UL,則原線圈兩端的電壓為U1=U-UL=9UL,副線圈兩端的電壓U2=UL,故原副線圈匝數(shù)比為n1n2=U1U2=91,故A錯誤;設(shè)b燈的電流為Ib,b燈與c燈并聯(lián),且規(guī)格相同,故c燈的電流也為Ib,則副線圈的電流為I2=2Ib,根據(jù)I1I2=n2n1,得原線圈的電流為I1=n2n1I2=19I2,而流過a燈的電流即為I1=19I2,故此時a燈和b燈的電流比為I1Ib=19I2Ib=19×2IbIb=29,故B正確;根據(jù)P=UI,因a燈與b燈的電壓都為UL,故兩燈的電功率之比等于電流之比為2∶9,故C錯誤;根據(jù)R=UI

22、,因a燈與b燈的電壓都為UL,故兩燈的電阻之比等于電流的反比,即9∶2,故D錯誤.故選B. 命題角度2(儲備)理想變壓器中的動態(tài)分析問題　 【典題】 (多選)如圖所示,電源電壓保持不變,若將滑動變阻器的滑動觸頭向左滑動,關(guān)于兩電表示數(shù)的變化,下列判斷中正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.電流表的示數(shù)變大 B.電流表的示數(shù)變小 C.電壓表的示數(shù)變大 D.電壓表的示數(shù)變小 答案AC 解析若將滑動變阻器觸頭向左滑動,滑動變阻器接入電路的電阻減小,則滑動變阻器分得的電壓減小,原線圈兩端電壓增大,而匝數(shù)比不變,所以副線圈兩端電壓增大,電壓表示數(shù)增大;負載兩端

23、電壓增大,則副線圈電流增大;根據(jù)匝數(shù)比不變,則原線圈的電流增大,電流表示數(shù)增大.故AC正確,BD錯誤.故選AC. 理想變壓器的動態(tài)分析 常見的理想變壓器的動態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負載電阻不變兩種情況. 1.匝數(shù)比不變的情況(如圖甲所示) (1)U1不變,根據(jù)U1U2=n1n2,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負載電阻R如何變化,U2不變. (2)當(dāng)負載電阻發(fā)生變化時,I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化. (3)I2變化引起P2變化,P1=P2,故P1發(fā)生變化. 2.負載電阻不變的情況(如圖乙所示) (1)U1不變,n1n2發(fā)生變化,故

24、U2變化. (2)R不變,U2變化,故I2發(fā)生變化. (3)根據(jù)P2=U22R,P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1=P2,故P1變化,P1=U1I1,U1不變,故I1發(fā)生變化. 典題演練提能·刷高分 1.如圖所示,理想變壓器原線圈接有交流電源,當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時,燈泡能發(fā)光,若將滑片P上移(電壓表和電流表均為理想電表),則(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.電容器的容抗增大 B.電流表的示數(shù)減小 C.變壓器的輸入功率減小 D.燈泡L變亮 答案D 解析變壓器不改變電流的頻率,所以頻率不變,電容器的容抗不變,故A錯誤;滑片P向上移,副線圈的匝數(shù)增加,根

25、據(jù)電壓與匝數(shù)成正比,知副線圈兩端的電壓變大,電壓表的示數(shù)變大,電流表的示數(shù)變大,故B錯誤;根據(jù)P=IU可知,變壓器的輸出功率變大,則輸入功率變大,故C錯誤;因電容器的容抗不變,而燈泡和電容器兩端電壓之和變大,則燈泡的電流變大,燈泡變亮,選項D正確.故選D. 2.如圖所示,理想變壓器原線圈輸入電壓u=Umsin ωt,副線圈電路中R0為定值電阻,R是滑動變阻器.V1和V2是理想交流電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示;A1和A2是理想交流電流表,示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說法正確的是(　　) A.t=π2ω時,U1=Um B.滑片P向下滑動過程中,U1變小 C.滑片P向下滑動過程中,

26、U2增大 D.滑片P向下滑動過程中,I1變大 答案D 解析V1和V2是理想交流電壓表,示數(shù)U1和U2表示電壓的有效值,故A錯誤;滑片P向下滑動過程中,總電阻減小,副線圈的電壓只與輸入電壓和匝數(shù)有關(guān),所以U1、U2不變,流過R0的電流I2變大,根據(jù)變壓器原理得I1變大,故D正確,BC錯誤.故選D. 3.如圖所示為一理想變壓器,原線圈接在輸出電壓為u=U0 sin ωt的交流電源兩端.電路中R0為定值電阻,V1、V2為理想交流電壓表,A1、A2為理想交流電流表.現(xiàn)使滑動變阻器R的滑動觸頭P向上滑動,下列說法正確的是(　　) A.電壓表V1與V2示數(shù)的比值將變大 B.電流表A1與A2

27、示數(shù)的比值將變小 C.電壓表V1與電流表A1示數(shù)的比值變大 D.電壓表V2與電流表A2示數(shù)的比值變小 答案C 解析由于變壓器電壓之比等于線圈匝數(shù)之比,因此電壓表之比一定等于線圈匝數(shù)之比,故A錯誤;由于只有一個副線圈,因此電流之比一定等于線圈匝數(shù)的反比,故兩電流表的比值不變,故B錯誤;滑動變阻器R的滑動觸頭P向上滑動,則滑動變阻器接入電阻增大,由歐姆定律可知,電流表A2示數(shù)減小,電流表A1示數(shù)也減小,而電壓表V1示數(shù)不變,與電流表A1示數(shù)的比值變大,故C正確;滑動變阻器R的滑動觸頭P向上滑動,則滑動變阻器接入電阻增大,由歐姆定律可知,電壓表V2與電流表A2示數(shù)的比值變大,故D錯誤.故選C

28、. 命題角度3(儲備)變壓器與交變電流的綜合問題　 【典題】 (多選)如圖,一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2.原線圈通過一理想電流表A接正弦交流電源,一個二極管和阻值為R的負載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端.假設(shè)該二極管的正向電阻為零,反向電阻為無窮大.用交流電壓表測得a、b端和c、d端的電壓分別為Uab和Ucd,則(　　) A.Uab∶Ucd=n1∶n2 B.增大負載電阻的阻值R,電流表的讀數(shù)變小 C.負載電阻的阻值越小,cd間的電壓Ucd越大 D.將二極管短路,電流表的讀數(shù)加倍 答案BD 解析設(shè)副線圈兩端電壓為U2,則有UabU2=n1n2,由于二極管具有單向?qū)?/p>

29、電性,根據(jù)有效值定義可知,U22R·T2=Ucd2RT,則Ucd=U22,故選項A錯誤;增大負載電阻,則變壓器的輸出功率減小,輸入功率也減小,由P1=UabI1可知,電流表讀數(shù)減小,選項B正確;cd間的電壓Ucd與R大小無關(guān),選項C錯誤;將二極管短路,變壓器的輸出功率P2=U22R=2Ucd2R,為原來的2倍,由P2=P1=UabI1可知,電流表的讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍,選項D正確. 1.解決變壓器問題的三種切入法 (1)電壓切入法:變壓器原、副線圈的電壓之比為U1U2=n1n2;當(dāng)變壓器有多個副線圈時U1n1=U2n2=U3n3=…… (2)功率切入法:理想變壓器的輸入、輸出功率為

30、P入=P出,當(dāng)變壓器有多個副線圈時,P1=P2+P3+… (3)電流切入法:由I=PU知,對只有一個副線圈的變壓器有I1I2=n2n1; 當(dāng)變壓器有多個副線圈時有n1I1=nI2+n3I3+… 注意:對于電源,原線圈相當(dāng)于用電器;對于用電器,副線圈相當(dāng)于電源. 2.解遠距離輸電問題必備技巧 (1)正確畫出輸電過程示意圖,并在圖上標出各物理量. (2)抓住變壓器變壓前、后各量間關(guān)系,求出輸電線上的電流. (3)計算電路功率問題時常用關(guān)系式:ΔP=I2R=PU2R,注意輸電線上的功率損失和電壓損失. (4)電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則,說明原線圈電流由副線圈電流決定. 典題

31、演練提能·刷高分 1.(多選)如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1∶n2=10∶1,電阻R=10 Ω,兩只相同小燈泡L1、L2的規(guī)格均為(3 V,1.5 W),S1為單刀雙擲開關(guān).原線圈接正弦交流電源.當(dāng)S1接1、S2閉合時,L2正常發(fā)光.設(shè)小燈泡的電阻值恒定.下列說法正確的是(　　) A.原線圈所接正弦交流電源的電動勢最大值為30 V B.只斷開S2后,變壓器的輸出功率為0.75 W C.將S1換接到2后,原線圈的輸入功率為90 W D.將S1換接到2后,R的電功率為0.9 W 答案BD 解析當(dāng)S1接1、S2閉合時,L2正常發(fā)光,副線圈的電壓為U2=3 V,根據(jù)原副

32、線圈電壓比等于匝數(shù)比即U1U2=n1n2,解得原線圈的電壓為U1=30 V,原線圈所接正弦交流電源的電動勢最大值為Em=302 V,故A錯誤;兩只相同小燈泡阻值為RL=UL2PL=6 Ω,只斷開S2后,變壓器的輸出功率為P2=U222RL=322×6 W=0.75 W,故B正確;將S1換接到2后,R的電功率為P=U22R=0.9 W,原線圈的輸入功率為P入=P出=U22R=0.9 W,故C錯誤,D正確. 2.(多選)如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=10∶1,原線圈輸入交變電壓u=502sin 100πt(V),在副線圈中接有理想交流電流表、阻值為25 Ω的定值電阻R和電容器

33、C.下列說法中正確的是(　　) A.電阻R中電流方同1 s內(nèi)變化100次 B.電流表示數(shù)是2 A C.電阻R消耗的電功率為1 W D.電容器的耐壓值至少是52 V 答案ACD 解析交變電流的周期為T=2πω=0.02 s,則頻率為50 Hz,因一個周期內(nèi)電流方向變化2次,則電阻R中電流方向1 s內(nèi)變化100次,選項A正確;變壓器初級電壓有效值U1=Um2=50 V,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=10∶1,則次級電壓有效值為U2=5 V,電流表示數(shù)是I2=U2R=525 A=0.2 A,選項B錯誤;電阻R消耗的電功率為PR=I2U2=1 W,選項C正確;電容器的耐壓值是次級

34、電壓最大值,則至少是52 V,選項D正確.故選ACD. 3.(多選)(2019廣東深圳二模)中國特高壓遠距離輸電技術(shù)已成為國際標準,使“煤從空中走、電送全中國”成為現(xiàn)實.如圖為遠距離輸電示意圖,發(fā)電廠輸出電壓U1=104 V,輸出功率P1=109 W,兩個理想變壓器的匝數(shù)比分別為n1∶n2=1∶100、n3∶n4=100∶1,輸電線總電阻r=50 Ω.則(　　) A.U4=U1 B.I4=I1 C.通過電阻r的電流I2=2×104 A D.電阻r損耗的電功率為5×107 W 答案BD 解析根據(jù)I1I2=n2n1可得,I2=n1n2I1=1100×105 A=103 A,則通過

35、電阻r的電流為103 A,故C錯誤;電阻r兩端的電壓為Ur=I2r=103 A×50 Ω=5×104 V,則U3=U2-Ur=106 V-5×104 V=9.5×105 V,可得U4=n4n3U3=1100×9.5×105 V=9.5×103 V,則U4≠U1,故A錯誤;由于I2=I3,可得I4=n3n4I3=1001×103 A=105 A,則I4=I1,故B正確;電阻r損耗的功率Pr=I22r=(103)2×50 W=5×107 W,故D正確. 考點三　傳感器的簡單應(yīng)用 命題角度 傳感器的簡單應(yīng)用　 高考真題體驗·對方向 　(2016全國Ⅰ·23)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的

36、報警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃ 時,系統(tǒng)報警.提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干.在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié).已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω. (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線. (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器　　　(

37、填“R1”或“R2”).? (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為　　　 Ω;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于　　　　(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.? ②將開關(guān)向　　　(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.? (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用. 答案(1)連線如圖所示. (2)R2 (3)①650.0　b　接通電源后,流過報警器的電流會超過20

38、mA,報警器可能損壞　②c　報警器開始報警 解析(1)先用電阻箱替代熱敏電阻,連接成閉合回路進行調(diào)試.電路圖連接如答案所示. (2)當(dāng)電路中電流Ic=10 mA時,根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic=UR總,解得R總=1 800 Ω,此時熱敏電阻的阻值為650 Ω,則滑動變阻器的阻值為1 150 Ω,所以滑動變阻器選R2. (3)①當(dāng)熱敏電阻阻值小于650 Ω時,報警器就會報警,用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)節(jié),應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650 Ω.若接通電源后電路中的電流過大(超過20 mA),報警器就會損壞,電流越小越安全,所以為了電路安全,閉合開關(guān)前滑片應(yīng)置于b端. ②用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)試

39、,應(yīng)將開關(guān)向c端閉合,開關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報警器報警. 金屬熱電阻和熱敏電阻 金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,用金屬絲可以制作溫度傳感器,稱為熱電阻.與金屬不同的是有些半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強,故可以用半導(dǎo)體材料制成熱敏電阻.與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,測溫范圍大,但靈敏度較差. 典題演練提能·刷高分 1.(2017江蘇單科)某同學(xué)通過實驗制作一個簡易的溫控裝置,實驗原理電路圖如圖甲所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過15 mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實現(xiàn)溫控.繼電器的電阻約20 Ω,熱敏電阻

40、的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示. t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1)提供的實驗器材有:電源E1(3 V,內(nèi)阻不計)、電源E2(6 V,內(nèi)阻不計)、滑動變阻器R1(0~200 Ω)、滑動變阻器R2(0~500 Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0~999.9 Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干. 為使該裝置實現(xiàn)對30~80 ℃之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用　　　　(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應(yīng)選用　　　　(選填“R1”或“R2”).?

41、 甲 乙 (2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作.某同學(xué)為排查電路故障,用多用電表測量各接點間的電壓,則應(yīng)將如圖乙所示的選擇開關(guān)旋至　　　(選填“A”“B”“C”或“D”).? (3)合上開關(guān)S,用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查.在圖甲中,若只有b、c間斷路,則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針　　　　　(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”),接入a、c時指針　　　　　(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”).? (4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50 ℃時被吸合,下列操作步驟的正確順序是　　　　.(填寫各步驟前的序號)? ①將熱敏電阻接入電路 ②觀察到繼電器的銜鐵被吸合 ③斷開開關(guān),將電阻箱從電路中移除 ④

42、合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關(guān),用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調(diào)至108.1 Ω 答案(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏轉(zhuǎn)　偏轉(zhuǎn)　(4)⑤④②③① 解析(1)當(dāng)溫度控制在30 ℃,銜鐵被吸合時,Rt兩端的電壓約為Ut=IRt=0.015×200 V=3 V,繼電器兩端的電壓U'=IR'=0.015×20 V=0.3 V,故需電源電動勢大于3 V,選E2.當(dāng)溫度控制在80 ℃時,電路中的總電阻:R總=E2I=400 Ω,遠大于熱敏電阻、繼電器以及滑動變阻器R1的電阻的總和,故滑動變阻器選R2. (2)A擋位測量電阻值,B擋位測量交流電壓,C擋位測量直流電壓,D擋位測量電流值

43、,故為測量各接入點的電壓,應(yīng)將開關(guān)旋至C擋. (3)若bc間斷路,ab只與電源正極相連通,ab間無電壓,如圖 故多用電表指針不偏轉(zhuǎn). 若bc間斷路,a點與電源正極相連通,c點與電源負極相連通,a、c兩點間的電壓為電源電動勢.如圖 故多用電表指針偏轉(zhuǎn). (4)要想保證溫度控制在50 ℃,由題目表中可得Rt=108.1 Ω,因此我們要用電阻箱代替熱敏電阻,把電阻箱電阻調(diào)整到108.1 Ω,閉合電路調(diào)節(jié)滑動變阻器,讓繼電器吸合(即讓電路中的電流為15 mA),再將電阻箱移除,將熱敏電阻接入電路,完成實驗. 2.在實際應(yīng)用中有多種自動控溫裝置,以下是其中兩種控溫裝置: 甲

44、 乙 丙 (1)圖甲為某自動恒溫箱原理圖,箱內(nèi)的電阻R1=2 kΩ,R2=1.5 kΩ,R3=4 kΩ,Rt為熱敏電阻,其電阻隨溫度變化的圖象如圖乙所示.當(dāng)a、b兩點電勢φa<φb時,電壓鑒別器會令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度提高;當(dāng)φa≥φb時,電壓鑒別器會使S斷開,停止加熱,則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為　　　　 ℃,恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時Rt的取值范圍為　　　　.? (2)有一種由PTC元件做成的加熱器,它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫度t變化的圖象如圖丙所示.該加熱器向周圍散熱的功率為PQ=k(t-t0),其中t為加熱器的溫度,t0為室溫(本題中取20 ℃),k=0.1

45、W/℃. ①當(dāng)PR=PQ時加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定,則該加熱器工作的穩(wěn)定溫度為　　　　 ℃;? ②(單選)某次工作中,該加熱器從室溫升高至穩(wěn)定溫度的過程中,下列溫度變化過程用時最短的是　　　　.(填選項前的字母序號)? 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.20~24 ℃ B.32~36 ℃ C.48~52 ℃ D.60~64 ℃ 答案(1)25　Rt>3 kΩ　(2)72(70~74均可)　(3)B 解析(1)由電路圖可知,當(dāng)滿足R1R3=R2Rt時,即Rt=3 kΩ時φa=φb,此時由圖可知溫度為25 ℃,即恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為25 ℃;恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時Rt的取值范圍為

46、Rt>3 kΩ; (2)①PQ=0.1(t-t0),PQ與溫度t之間關(guān)系的圖象如圖. 由圖可知,當(dāng)溫度為72 ℃左右時,發(fā)熱功率和散熱功率相等,即此時物體的溫度不再變化;②PR-PQ的值越大時溫度升高得越快,用時越短,由圖象可知,32~36 ℃時差值最大,故選B. 3.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理如下:彈性體在外力作用下發(fā)生彈性形變,使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變片也發(fā)生形變,同時引起阻值的變化,再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號,從而將外力變換為電信號.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)如圖甲所示,彈性體的一端固定,另一端安裝測力鉤,在它的上下表面共粘貼4個應(yīng)變片R1、R2、R3、R

47、4.測量電路圖如圖乙所示,未發(fā)生形變時,應(yīng)變片的阻值均為R=800 Ω,當(dāng)彈性體受到向上的拉力作用發(fā)生形變時,上表面壓縮,R1、R2阻值變小,下表面拉伸,R3、R4阻值增大.已知每個應(yīng)變片阻值的變化量ΔR與拉力F的變化規(guī)律均為ΔR=kF,其中k=5 Ω/N,電路中電源電動勢E=8.0 V,內(nèi)阻不計. 完成下列填空: (1)當(dāng)測力鉤不受拉力時,圖乙中UAB=　　　　;? (2)當(dāng)向上施加拉力時,UAB　　　　0(選填“>”“<”或者“=”)? (3)若電壓表的示數(shù)為1.0 V,則該傳感器受到的力的大小為　　　　 N.? 答案(1)0　(2)>　(3)20 解析(1)當(dāng)測力鉤不受拉力時,四個電阻的阻值均相等,則題圖乙中UAB=0. (2)當(dāng)向上施加拉力時,R1、R2阻值變小,R3、R4阻值增大,此時R1兩端的電壓減小,則A點電勢升高;R3兩端的電壓變大,則B點電勢降低,則UAB>0. (3)若電壓表的示數(shù)為1.0 V,則彈性體向上施加拉力,設(shè)此時R1和R2分別為800-ΔR,則R3和R4分別為800+ΔR,由電路可知I(800+ΔR)-I(800-ΔR)=1,其中I=8(800+ΔR)+(800-ΔR)=1200,解得ΔR=100 Ω,則根據(jù)ΔR=kF,可得受到的力的大小F=ΔRk=1005 N=20 N. - 20 -