2021高考物理二轮复习专题十交变电流变压器传感器的简单应用实验课件 65页

专题十 　 交变电流 　 变压器 　 传感器的简单应用 ( 实验 ) - 2 - 高考命题 规律 - 3 - 交变电流的产生及其描述 命题角度 交变电流的产生及其描述 　 高考真题体验 · 对方向 1 . (2018 全国 Ⅲ ·16) 一电阻接到方波交流电源上 , 在一个周期内产生的热量为 Q 方 ; 若该电阻接到正弦交流电源上 , 在一个周期内产生的热量为 Q 正 . 该电阻上电压的峰值均为 u 0 , 周期均为 T , 如图所示 . 则 Q 方 ∶ Q 正 等于 ( 　　 ) - 4 - 答案 : D 解析 : 对于方波交流电源 , 电压的有效值和最大值相等 , 即 u 方 =u 0 , 在 正 = 2 ∶ 1, 选项 D 正确 . - 5 - 2 . ( 多选 )(2016 全国 Ⅲ ·21) 如图 , 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 ( 　　 ) A. 两导线框中均会产生正弦交变电流 B. 两导线框中感应电流的周期都等于 T C. 在 t = 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 - 6 - 答案 : BC 解析 : 因半径、周期相同 , 故两线框进入磁场过程产生的感应电动势 随时间关系分别如图甲、乙 . 所以选项 A 错误 , 选项 B 、 C 正确 . 由有效值定义可知 M 、 N 线圈中 电流的有效值不相等 ,D 项错误 . - 7 - 1 . 明确交变电流 “ 四值 ” 的应用特点 (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 . 2 . 掌握交变电流瞬时值表达式的基本书写思路 (1) 确定正、余弦交变电流的峰值 , 根据已知图象或公式 E m =NBS ω , 求出相应最大值 . (2) 明确线圈的初始位置 , 找出对应的函数关系式 . ① 线圈从中性面开始计时 , e=E m sin ω t. ② 线圈从垂直于中性面开始计时 , e=E m cos ω t. - 8 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . 一 台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦图象如图甲所示 . 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. 电压表的示数为 220 V B. 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 W D. 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 24 . 2 J - 9 - 答案 : D - 10 - 2 . 如 图所示 , 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 . 已知磁感应强度 B= 0 . 50 T, 线圈匝数 N= 100 匝 , 边长 L ab = 0 . 20 m, L bc = 0 . 10 m, 转速 n= 3 000 r/min . 若以线圈平面与磁场夹角 θ = 30 ° 时为计时起点 , 电动势的瞬时值的表达式为 ( 　　 ) - 11 - 答案 : B 解析 : ω = 2 π n= 100 π rad/s; 交变电流的最大值 E m =NB ω S= 100 × 0 . 5 × 100 π × 0 . 20 × 0 . 10 V = 100 π V, 则电动势的瞬时 - 12 - 3 . (2019 重庆 4 月调研 ) 图甲为小型发电机的结构简图 , 通过线圈在两磁极间转动给小灯泡供电 , 已知小灯泡获得的交变电压如图乙 . 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 甲图中电压表的示数为 6 V B. 乙图中的 0 时刻就是甲图所示时刻 C. 乙图中 0 . 5 × 10 - 2 s 时刻 , 穿过甲图中线圈的磁通量最小 D. 乙图中 1 . 0 × 10 - 2 s 时刻 , 穿过甲图中线圈的磁通量最小 - 13 - 答案 : C 解析 : 甲图中电压表的示数为交变电流的有效值 : U = V = 6 V, 选项 A 错误 ; 乙图中的 0 时刻感应电动势为零 , 而甲图所示时刻 , 感应电动势最大 , 选项 B 错误 ; 乙图中 0 . 5 × 10 - 2 s 时刻 , 感应电动势最大 , 则此时穿过甲图中线圈的磁通量最小 , 选项 C 正确 ; 乙图中 1 . 0 × 10 - 2 s 时刻感应电动势为零 , 则此时穿过甲图中线圈的磁通量最大 , 选项 D 错误 . - 14 - 4 . (2019 山东聊城二模 ) 如图甲所示 , 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴 OO' 匀速转动 , 从某时刻开始计时 , 产生的感应电动势 e 随时间 t 的变化曲线如图乙所示 , 若外接电阻 R= 70 Ω , 线圈电阻 r= 10 Ω , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 线圈的角速度为 100 rad/s B.0 . 01 s 末穿过线圈的磁通量最大 C. 通过线圈的最大电流为 1 . 25 A D. 电压表的示数为 87 . 5 V - 15 - 答案 : C - 16 - 理想变压器、电能的输送 命题角度 1 理想变压器原理理解 　 高考真题体验 · 对方向 1 . (2016 全国 Ⅰ ·16) 一含有理想变压器的电路如图所示 , 图中电阻 R 1 、 R 2 和 R 3 的阻值分别为 3 Ω 、 1 Ω 和 4 Ω ,A 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 4 I. 该变压器原、副线圈匝数比为 ( 　　 ) A.2 B.3 C.4 D.5 - 17 - 答案 : B 解析 : 理想变压器的输入功率和输出功率相等 , 当开关断开时 , 有 ( U- - 18 - 2 . ( 多选 )(2016 全国 Ⅲ ·19) 如图 , 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 ( 　　 ) A. 原、副线圈匝数比为 9 ∶ 1 B. 原、副线圈匝数比为 1 ∶ 9 C. 此时 a 和 b 的电功率之比为 9 ∶ 1 D. 此时 a 和 b 的电功率之比为 1 ∶ 9 答案 : AD 解析 : 设灯泡的额定电压为 U 0 , 当 U= 10 U 0 时 , 因两灯泡均正常发光 , 故变压器原线圈的输入电压为 U 1 =U-U 0 = 9 U 0 , 副线圈的输出电压 项 C 错误 , 选项 D 正确 . - 19 - 1 . 抓住理想变压器问题中的两个 “ 弄清 ” (1) 弄清变量和不变量 . 如原线圈电压不变 , 原、副线圈的匝数比不变 , 其他物理量可随电路的变化而发生变化 . (2) 弄清动态变化过程中的决定关系 , 如 U 2 由 U 1 决定 , P 1 、 I 1 由 P 2 、 I 2 决定 . 2 . 掌握理想变压器问题的分析流程 (3) 由 P 1 =P 2 =I 2 U 2 判断输入功率的情况 . (4) 由 P 1 =I 1 U 1 分析 I 1 的变化情况 . - 20 - 3 . 记准输电线路功率损失的计算方法 (1) P 损 =P-P' , P 为输送的功率 , P' 为用户所得功率 . (4) P 损 = Δ UI 线 ,Δ U 为在输电线路上损失的电压 , I 线 为输电线路上的电流 . 流以及功率决定了原线圈中的电流和功率 . 理想变压器是理想化模型 : 一是不计线圈内阻 ; 二是没有出现漏磁现象 . 当电路中有变压器时 , 只要将变压器的有效值求出 , 就相当于一个新的恒定电源 . - 21 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . ( 2018 天津卷 ·4) 教学用发电机能够产生正弦式交变电流 . 利用该发电机 ( 内阻可忽略 ) 通过理想变压器向定值电阻 R 供电 , 电路如图所示 , 理想交流电流表 A 、理想交流电压表 V 的读数分别为 I 、 U , R C. 电流表 A 的读数变为 2 I D. 通过 R 的交变电流频率不变 - 22 - 答案 : B 解析 : 本题考查交变电流的产生和变压器原理 , 清楚感应电动势的决定因素是解题的关键 , 另外要知道交流电表测的是交变电流的有效值 . 发电机线圈转速变为原来一半时 , 产生电动势的最大值和有效值均变为原来的一半 , 变压器匝数比不变 , 故副线圈上的电压表示数变 电流的频率变为原来的 2 倍 , 选项 D 错误 . - 23 - 2 . (2019 陕西汉中二模 ) 有 4 个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中 , 电源输出电压 U 恒定不变 , 如图所示 . 若将该线路与交流电源接通 , 且开关 S 接在位置 1 时 ,4 个灯泡发光亮度相同 ; 若将开关 S 接在位置 2 时 , 灯泡均未烧坏 . 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 该变压器是降压变压器 , 原、副线圈匝数比为 4 ∶ 1 B. 该变压器是升压变压器 , 原、副线圈匝数比为 1 ∶ 4 C. 当开关接位置 2 时副线圈中的灯泡仍能发光 , 只是亮度变亮 D. 当开关接位置 2 时副线圈中的灯泡仍能发光 , 只是亮度变暗 - 24 - 答案 : C 解析 : 四个灯泡亮度相同 , 所以原线圈电流与副线圈电流之比为 1 ∶ 3, 根据电流与匝数成反比知原副线圈的匝数比为 3 ∶ 1, 可知该变压器是降压变压器 , 故 A 、 B 错误 ; 开关接到 2 位置 , 原线圈输入电压变大 , 根据电压与匝数的关系可知副线圈电压变大 , 所以灯泡的电流变大 , 灯泡仍能发光 , 但亮度变大 , 故 C 正确 ,D 错误 . - 25 - 3 . 在 如图所示的理想变压器的电路中 , 变压器原副线圈的匝数比为 2 ∶ 1, 电阻 R 1 =R 2 , 电流表和电压表均为理想电表 , 若电流表的示数为 0 . 5 A, 电压表的示数为 5 V, 则电阻 R 1 的大小为 ( 　　 ) A.10 Ω B.15 Ω C.20 Ω D.25 Ω 答案 : D - 26 - 4 . ( 多选 ) 如 图所示 , 图乙中理想变压器的原线圈接如图甲所示的交变电流 . 理想变压器原、副线圈的匝数比为 20 ∶ 3, 定值电阻的阻值为 11 Ω , 滑动变阻器的总阻值为 22 Ω . 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 副线圈输出电压的频率为 50 Hz B. 滑动变阻器的滑片 P 向右滑动时 , 电阻 R 两端的电压不变 C. 滑动变阻器的滑片 P 滑到最右端时 , 通过电阻 R 的电流为 8 . 45 A D. 滑动变阻器的滑片 P 滑到最左端时 , 理想变压器的输入功率为 132 W - 27 - 答案 : AD 解析 : 由交变电流的图象可知 , 加在原线圈中电流的周期 T= 0 . 02 s, 频率 f= 50 Hz, 由于变压器不能改变电源的频率 , 副线圈输出电压的频率为 50 Hz, 故 A 正确 ; 滑动变阻器的滑片 P 向右移动时 , 电路总电阻变小 , 电流变大 , 由 U=IR 可知 , 电阻 R 两端的电压变大 , 故 B 错误 ; 原 - 28 - 5 . 如 图所示 , 理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的白炽灯泡 a 、 b 和 c, 灯泡 b 、 c 规格相同 , 当原线圈输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时 , 三只灯泡均能正常发光 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 原、副线圈匝数比为 10 ∶ 1 B. 此时 a 灯和 b 灯的电流比为 2 ∶ 9 C. 此时 a 灯和 b 灯的电功率之比为 1 ∶ 9 D. 此时 a 灯和 b 灯的电阻比为 9 ∶ 1 - 29 - 答案 : B 解析 : 设三个灯泡的额定电压为 U L , 由题知 U= 10 U L , 则原线圈两端的电压为 U 1 =U-U L = 9 U L , 副线圈两端的电压 U 2 =U L , 故原副线圈匝 两灯的电阻之比等于电流的反比 , 即 9 ∶ 2, 故 D 错误 . 故选 B . - 30 - 命题角度 2( 储备 ) 理想变压器中的动态分析问题 　 【典题】 ( 多选 ) 如 图所示 , 电源电压保持不变 , 若将滑动变阻器的滑动触头向左滑动 , 关于两电表示数的变化 , 下列判断中正确的是 ( 　　 ) A. 电流表的示数变大 B. 电流表的示数变小 C. 电压表的示数变大 D. 电压表的示数变小 答案 : AC 解析 : 若将滑动变阻器触头向左滑动 , 滑动变阻器接入电路的电阻减小 , 则滑动变阻器分得的电压减小 , 原线圈两端电压增大 , 而匝数比不变 , 所以副线圈两端电压增大 , 电压表示数增大 ; 负载两端电压增大 , 则副线圈电流增大 ; 根据匝数比不变 , 则原线圈的电流增大 , 电流表示数增大 . 故 AC 正确 ,BD 错误 . 故选 AC . - 31 - 理想变压器的动态分析 常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况 . 1 . 匝数比不变的情况 ( 如图甲所示 ) 载电阻 R 如何变化 , U 2 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) I 2 变化引起 P 2 变化 , P 1 =P 2 , 故 P 1 发生变化 . - 32 - 2 . 负载电阻不变的情况 ( 如图乙所示 ) 故 P 1 变化 , P 1 =U 1 I 1 , U 1 不变 , 故 I 1 发生变化 . - 33 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . 如 图所示 , 理想变压器原线圈接有交流电源 , 当副线圈上的滑片 P 处于图示位置时 , 灯泡能发光 , 若将滑片 P 上移 ( 电压表和电流表均为理想电表 ), 则 ( 　　 ) A. 电容器的容抗增大 B. 电流表的示数减小 C. 变压器的输入功率减小 D. 灯泡 L 变亮 - 34 - 答案 : D 解析 : 变压器不改变电流的频率 , 所以频率不变 , 电容器的容抗不变 , 故 A 错误 ; 滑片 P 向上移 , 副线圈的匝数增加 , 根据电压与匝数成正比 , 知副线圈两端的电压变大 , 电压表的示数变大 , 电流表的示数变大 , 故 B 错误 ; 根据 P=IU 可知 , 变压器的输出功率变大 , 则输入功率变大 , 故 C 错误 ; 因电容器的容抗不变 , 而灯泡和电容器两端电压之和变大 , 则灯泡的电流变大 , 灯泡变亮 , 选项 D 正确 . 故选 D . - 35 - 2 . 如 图所示 , 理想变压器原线圈输入电压 u=U m sin ω t , 副线圈电路中 R 0 为定值电阻 , R 是滑动变阻器 . V 1 和 V 2 是理想交流电压表 , 示数分别用 U 1 和 U 2 表示 ;A 1 和 A 2 是理想交流电流表 , 示数分别用 I 1 和 I 2 表示 . 下列说法正确的是 ( 　　 ) B. 滑片 P 向下滑动过程中 , U 1 变小 C. 滑片 P 向下滑动过程中 , U 2 增大 D. 滑片 P 向下滑动过程中 , I 1 变大 答案 : D 解析 : V 1 和 V 2 是理想交流电压表 , 示数 U 1 和 U 2 表示电压的有效值 , 故 A 错误 ; 滑片 P 向下滑动过程中 , 总电阻减小 , 副线圈的电压只与输入电压和匝数有关 , 所以 U 1 、 U 2 不变 , 流过 R 0 的电流 I 2 变大 , 根据变压器原理得 I 1 变大 , 故 D 正确 ,BC 错误 . 故选 D . - 36 - 3 . 如 图所示为一理想变压器 , 原线圈接在输出电压为 u=U 0 sin ω t 的交流电源两端 . 电路中 R 0 为定值电阻 ,V 1 、 V 2 为理想交流电压表 ,A 1 、 A 2 为理想交流电流表 . 现使滑动变阻器 R 的滑动触头 P 向上滑动 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 电压表 V 1 与 V 2 示数的比值将变大 B. 电流表 A 1 与 A 2 示数的比值将变小 C. 电压表 V 1 与电流表 A 1 示数的比值变大 D. 电压表 V 2 与电流表 A 2 示数的比值变小 - 37 - 答案 : C 解析 : 由于变压器电压之比等于线圈匝数之比 , 因此电压表之比一定等于线圈匝数之比 , 故 A 错误 ; 由于只有一个副线圈 , 因此电流之比一定等于线圈匝数的反比 , 故两电流表的比值不变 , 故 B 错误 ; 滑动变阻器 R 的滑动触头 P 向上滑动 , 则滑动变阻器接入电阻增大 , 由欧姆定律可知 , 电流表 A 2 示数减小 , 电流表 A 1 示数也减小 , 而电压表 V 1 示数不变 , 与电流表 A 1 示数的比值变大 , 故 C 正确 ; 滑动变阻器 R 的滑动触头 P 向上滑动 , 则滑动变阻器接入电阻增大 , 由欧姆定律可知 , 电压表 V 2 与电流表 A 2 示数的比值变大 , 故 D 错误 . 故选 C . - 38 - 命题角度 3( 储备 ) 变压器 与交变电流的综合问题 　 【 典题 】( 多选 ) 如 图 , 一理想变压器原、副线圈的匝数分别为 n 1 、 n 2 . 原线圈通过一理想电流表 A 接正弦交流电源 , 一个二极管和阻值为 R 的负载电阻串联后接到副线圈的两端 . 假设该二极管的正向电阻为零 , 反向电阻为无穷大 . 用交流电压表测得 a 、 b 端和 c 、 d 端的电压分别为 U ab 和 U c d , 则 ( 　　 ) A .U ab ∶ U c d =n 1 ∶ n 2 B. 增大负载电阻的阻值 R , 电流表的读数变小 C. 负载电阻的阻值越小 , cd 间的电压 U c d 越大 D. 将二极管短路 , 电流表的读数加倍 - 39 - 答案 : BD - 40 - 1 . 解决变压器问题的三种切入 法 (2) 功率切入法 : 理想变压器的输入、输出功率为 P 入 =P 出 , 当变压器有多个副线圈时 , P 1 =P 2 +P 3 + … 当变压器有多个副线圈时有 n 1 I 1 =nI 2 +n 3 I 3 + … 注意 : 对于电源 , 原线圈相当于用电器 ; 对于用电器 , 副线圈相当于电源 . - 41 - 2 . 解远距离输电问题必备技巧 (1) 正确画出输电过程示意图 , 并在图上标出各物理量 . (2) 抓住变压器变压前、后各量间关系 , 求出输电线上的电流 . (4) 电网送电遵循 “ 用多少送多少 ” 的原则 , 说明原线圈电流由副线圈电流决定 . - 42 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . ( 多选 ) 如 图所示 , 理想变压器原、副线圈的匝数之比 n 1 ∶ n 2 = 10 ∶ 1, 电阻 R= 10 Ω , 两只相同小灯泡 L 1 、 L 2 的规格均为 (3 V,1 . 5 W),S 1 为单刀双掷开关 . 原线圈接正弦交流电源 . 当 S 1 接 1 、 S 2 闭合时 ,L 2 正常发光 . 设小灯泡的电阻值恒定 . 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 原线圈所接正弦交流电源的电动势最大值为 30 V B. 只断开 S 2 后 , 变压器的输出功率为 0 . 75 W C. 将 S 1 换接到 2 后 , 原线圈的输入功率为 90 W D. 将 S 1 换接到 2 后 , R 的电功率为 0 . 9 W - 43 - 答案 : BD 解析 : 当 S 1 接 1 、 S 2 闭合时 ,L 2 正常发光 , 副线圈的电压为 U 2 = 3 V, 根 - 44 - 2 . ( 多选 ) 如 图所示 , 理想变压器原、副线圈的匝数比 n 1 ∶ n 2 = 10 ∶ 1, 原线圈输入交变电压 u= 50 sin 100 π t (V), 在副线圈中接有理想交流电流表、阻值为 25 Ω 的定值电阻 R 和电容器 C. 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 电阻 R 中电流方同 1 s 内变化 100 次 B. 电流表示数是 2 A C. 电阻 R 消耗的电功率为 1 W D. 电容器的耐压值至少是 5 V - 45 - 答案 : ACD - 46 - 3 . ( 多选 )(2019 广东深圳二模 ) 中国特高压远距离输电技术已成为国际标准 , 使 “ 煤从空中走、电送全中国 ” 成为现实 . 如图为远距离输电示意图 , 发电厂输出电压 U 1 = 10 4 V, 输出功率 P 1 = 10 9 W, 两个理想变压器的匝数比分别为 n 1 ∶ n 2 = 1 ∶ 100 、 n 3 ∶ n 4 = 100 ∶ 1, 输电线总电阻 r= 50 Ω . 则 ( 　　 ) A. U 4 =U 1 B. I 4 =I 1 C. 通过电阻 r 的电流 I 2 = 2 × 10 4 A D. 电阻 r 损耗的电功率为 5 × 10 7 W - 47 - 答案 : BD - 48 - 传感器的简单应用 命题角度 传感器的简单应用 　 高考真题体验 · 对方向 (2016 全国 Ⅰ ·23) 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统 , 要求当热敏电阻的温度达到或超过 60 ℃ 时 , 系统报警 . 提供的器材有 : 热敏电阻 , 报警器 ( 内阻很小 , 流过的电流超过 I c 时就会报警 ), 电阻箱 ( 最大阻值为 999 . 9 Ω ), 直流电源 ( 输出电压为 U , 内阻不计 ), 滑动变阻器 R 1 ( 最大阻值为 1 000 Ω ), 滑动变阻器 R 2 ( 最大阻值为 2 000 Ω ), 单刀双掷开关一个 , 导线若干 . 在室温下对系统进行调节 . 已知 U 约为 18 V, I c 约为 10 mA; 流过报警器的电流超过 20 mA 时 , 报警器可能损坏 ; 该热敏电阻的阻值随温度升高而减小 , 在 60 ℃ 时阻值为 650 . 0 Ω . - 49 - (1) 完成待调节的报警系统原理电路图的连线 . - 50 - (2) 电路中应选用滑动变阻器 　　　 ( 填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”) .   (3) 按照下列步骤调节此报警系统 : ① 电路接通前 , 需将电阻箱调到一固定的阻值 , 根据实验要求 , 这一阻值为 　　　 Ω ; 滑动变阻器的滑片应置于 　　　　 ( 填 “ a ” 或 “ b ”) 端附近 , 不能置于另一端的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 .   ② 将开关向 　　　 ( 填 “ c ” 或 “ d ”) 端闭合 , 缓慢移动滑动变阻器的滑片 , 直至 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 .   (4) 保持滑动变阻器滑片的位置不变 , 将开关向另一端闭合 , 报警系统即可正常使用 . - 51 - 答案 : (1) 连线如图所示 . (2) R 2 (3) ① 650 . 0 　 b 　 接通电源后 , 流过报警器的电流会超过 20 mA, 报警器可能损坏 　 ② c 　 报警器开始报警 - 52 - 解析 : (1) 先用电阻箱替代热敏电阻 , 连接成闭合回路进行调试 . 电路图连接如 答案所 示 . 得 R 总 = 1 800 Ω , 此时热敏电阻的阻值为 650 Ω , 则滑动变阻器的阻值为 1 150 Ω , 所以滑动变阻器选 R 2 . (3) ① 当热敏电阻阻值小于 650 Ω 时 , 报警器就会报警 , 用电阻箱替代热敏电阻进行调节 , 应把电阻箱的阻值调到 650 Ω . 若接通电源后电路中的电流过大 ( 超过 20 mA), 报警器就会损坏 , 电流越小越安全 , 所以为了电路安全 , 闭合开关前滑片应置于 b 端 . ② 用电阻箱替代热敏电阻进行调试 , 应将开关向 c 端闭合 , 开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警 . - 53 - 金属热电阻和热敏电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大 , 用金属丝可以制作温度传感器 , 称为热电阻 . 与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而增强 , 故可以用半导体材料制成热敏电阻 . 与热敏电阻相比 , 金属热电阻的化学稳定性好 , 测温范围大 , 但灵敏度较差 . - 54 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . (2017 江苏单科 ) 某同学通过实验制作一个简易的温控装置 , 实验原理电路图如图甲所示 , 继电器与热敏电阻 R t 、滑动变阻器 R 串联接在电源 E 两端 , 当继电器的电流超过 15 mA 时 , 衔铁被吸合 , 加热器停止加热 , 实现温控 . 继电器的电阻约 20 Ω , 热敏电阻的阻值 R t 与温度 t 的关系如下表所示 . (1) 提供的实验器材有 : 电源 E 1 (3 V, 内阻不计 ) 、电源 E 2 (6 V, 内阻不计 ) 、滑动变阻器 R 1 (0 ~ 200 Ω ) 、滑动变阻器 R 2 (0 ~ 500 Ω ) 、热敏电阻 R t 、继电器、电阻箱 (0 ~ 999 . 9 Ω ) 、开关 S 、导线若干 . 为使该装置实现对 30 ~ 80 ℃ 之间任一温度的控制 , 电源 E 应选用 　　　　 ( 选填 “ E 1 ” 或 “ E 2 ”), 滑动变阻器 R 应选用 　　　　 ( 选填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”) .   - 55 - - 56 - (2) 实验发现电路不工作 . 某同学为排查电路故障 , 用多用电表测量各接点间的电压 , 则应将如图乙所示的选择开关旋至 　　　 ( 选填 “ A ”“ B ”“ C ” 或 “ D ”) .   (3) 合上开关 S, 用调节好的多用电表进行排查 . 在图甲中 , 若只有 b 、 c 间断路 , 则应发现表笔接入 a 、 b 时指针 　　　　　 ( 选填 “ 偏转 ” 或 “ 不偏转 ”), 接入 a 、 c 时指针 　　　　　 ( 选填 “ 偏转 ” 或 “ 不偏转 ”) .   (4) 排除故障后 , 欲使衔铁在热敏电阻为 50 ℃ 时被吸合 , 下列操作步骤的正确顺序是 　　　　 . ( 填写各步骤前的序号 )   ① 将热敏电阻接入电路 ② 观察到继电器的衔铁被吸合 ③ 断开开关 , 将电阻箱从电路中移除 ④ 合上开关 , 调节滑动变阻器的阻值 ⑤ 断开开关 , 用电阻箱替换热敏电阻 , 将阻值调至 108 . 1 Ω - 57 - 答案 : (1) E 2 　 R 2 　 (2) C 　 (3) 不偏转 　 偏转 　 (4) ⑤④②③① 解析 : (1) 当温度控制在 30 ℃ , 衔铁被吸合时 , R t 两端的电压约为 U t =IR t = 0 . 015 × 200 V = 3 V, 继电器两端的电压 U'=IR'= 0 . 015 × 20 V = 0 . 3 V, 故需电源电动势大于 3 V, 选 E 2 . 当温度控制在 80 ℃ 时 , 电 阻器 R 1 的电阻的总和 , 故滑动变阻器选 R 2 . (2) A 挡位测量电阻值 , B 挡位测量交流电压 , C 挡位测量直流电压 , D 挡位测量电流值 , 故为测量各接入点的电压 , 应将开关旋至 C 挡 . - 58 - (3) 若 bc 间断路 , ab 只与电源正极相连通 , ab 间无电压 , 如 图 故多用电表指针不偏转 . 若 bc 间断路 , a 点与电源正极相连通 , c 点与电源负极相连通 , a 、 c 两点间的电压为电源电动势 . 如 图 故多用电表指针偏转 . - 59 - (4) 要想保证温度控制在 50 ℃ , 由题目表中可得 R t = 108 . 1 Ω , 因此我们要用电阻箱代替热敏电阻 , 把电阻箱电阻调整到 108 . 1 Ω , 闭合电路调节滑动变阻器 , 让继电器吸合 ( 即让电路中的电流为 15 mA), 再将电阻箱移除 , 将热敏电阻接入电路 , 完成实验 . - 60 - 2 . 在 实际应用中有多种自动控温装置 , 以下是其中两种控温装置 : - 61 - (1) 图甲为某自动恒温箱原理图 , 箱内的电阻 R 1 = 2 k Ω , R 2 = 1 . 5 k Ω , R 3 = 4 k Ω , R t 为热敏电阻 , 其电阻随温度变化的图象如图乙所示 . 当 a 、 b 两点电势 φ a < φ b 时 , 电压鉴别器会令开关 S 接通 , 恒温箱内的电热丝发热 , 使箱内温度提高 ; 当 φ a ≥ φ b 时 , 电压鉴别器会使 S 断开 , 停止加热 , 则恒温箱内的稳定温度为 　　　　 ℃ , 恒温箱内的电热丝加热时 R t 的取值范围为 　　　　 .   (2) 有一种由 PTC 元件做成的加热器 , 它产生的焦耳热功率 P R 随温度 t 变化的图象如图丙所示 . 该加热器向周围散热的功率为 P Q =k ( t-t 0 ), 其中 t 为加热器的温度 , t 0 为室温 ( 本题中取 20 ℃ ), k= 0 . 1 W/ ℃ . ① 当 P R =P Q 时加热器的温度即可保持稳定 , 则该加热器工作的稳定温度为 　　　　 ℃ ;   ② ( 单选 ) 某次工作中 , 该加热器从室温升高至稳定温度的过程中 , 下列温度变化过程用时最短的是 　　　　 . ( 填选项前的字母序号 )   A.20 ~ 24 ℃ B.32 ~ 36 ℃ C.48 ~ 52 ℃ D.60 ~ 64 ℃ - 62 - 答案 : (1)25 　 R t > 3 k Ω 　 ( 2)72 （ 70 ~ 74 均 可 ） 　 ( 3)B 由图可知温度为 25 ℃ , 即恒温箱内的稳定温度为 25 ℃ ; 恒温箱内的电热丝加热时 R t 的取值范围为 R t > 3 k Ω ; (2) ① P Q = 0 . 1( t-t 0 ), P Q 与温度 t 之间关系的图象如图 . 由图可知 , 当温度为 72 ℃ 左右时 , 发热功率和散热功率相等 , 即此时物体的温度不再变化 ; ② P R -P Q 的值越大时温度升高得越快 , 用时越短 , 由图象可知 ,32 ~ 36 ℃ 时差值最大 , 故选 B . - 63 - 3 . 电阻 应变式称重传感器的工作原理如下 : 弹性体在外力作用下发生弹性形变 , 使粘贴在其表面的电阻应变片也发生形变 , 同时引起阻值的变化 , 再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号 , 从而将外力变换为电信号 . 电阻应变式称重传感器的结构如图甲所示 , 弹性体的一端固定 , 另一端安装测力钩 , 在它的上下表面共粘贴 4 个应变片 R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 . 测量电路图如图乙所示 , 未发生形变时 , 应变片的阻值均为 R= 800 Ω , 当弹性体受到向上的拉力作用发生形变时 , 上表面压缩 , R 1 、 R 2 阻值变小 , 下表面拉伸 , R 3 、 R 4 阻值增大 . 已知每个应变片阻值的变化量 Δ R 与拉力 F 的变化规律均为 Δ R=kF , 其中 k= 5 Ω /N, 电路中电源电动势 E= 8 . 0 V, 内阻不计 . - 64 - 完成下列填空 : (1) 当测力钩不受拉力时 , 图乙中 U AB = 　　　　 ;   (2) 当向上施加拉力时 , U AB 　　　　 0( 选填 “ > ”“ < ” 或者 “ = ”)   (3) 若电压表的示数为 1 . 0 V, 则该传感器受到的力的大小为 　　　　 N .   - 65 - 答案 : (1)0 　 (2) > 　 (3)20 解析 : (1) 当测力钩不受拉力时 , 四个电阻的阻值均相等 , 则题图乙中 U AB = 0 . (2) 当向上施加拉力时 , R 1 、 R 2 阻值变小 , R 3 、 R 4 阻值增大 , 此时 R 1 两端的电压减小 , 则 A 点电势升高 ; R 3 两端的电压变大 , 则 B 点电势降低 , 则 U AB > 0 . (3) 若电压表的示数为 1 . 0 V, 则弹性体向上施加拉力 , 设此时 R 1 和 R 2 分别为 800 - Δ R , 则 R 3 和 R 4 分别为 800 + Δ R , 由电路可知 I (800 + Δ R ) -