【物理】2018届二轮复习 交变电流与传感器 学案（全国通用） 13页

第一部分 名师综述 本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用，本章主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，复习时需要注意的问题有：‎ ‎1.区分瞬时值、有效值、最大值、平均值.‎ ‎①瞬时值随时间做周期性变化，表达式为(从中性面开始计时).‎ ‎②有效值是利用电流的热效应定义的，即如果交流电通过电阻时产生的热量与直流电通过同一电阻在相同时间内产生的热量相等，则直流电的数值就是该交流电的有效值.用来计算电路中的电功率和电热.‎ ‎③最大值用来计算，是穿过线圈平面的磁通量为零时的感应电动势.‎ ‎④平均值是利用来进行计算的，计算电量时用平均值.‎ ‎2.理想变压器的有关问题，要注意掌握电流比的应用，当只有一原一副时电流比，当理想变压器为一原多副时，电流比关系则不适用，只能利用输入功率与输出功率相等来进行计算.同时掌握输入功率与输出功率的决定与被决定的关系.‎ ‎3.要了解远距离输电的基本模式，弄清输电的基本规律，正确设计出输电方案，更好地传送电能.‎ ‎4.对传感器部分：‎ ‎①应知道求解传感器问题的思路：传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解.但不管怎样，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，这样才能对题目的要求作出解释或回答.另外，平时应多注意实际生产、生活中的一些实例，多一些思考，多动手，多查资料，开阔自己的视野，丰富自己的经验，达到学以致用、活学活用的目的.‎ ‎②特别注意加速度计与加速度传感器：加速度传感器实际上是变式加速度计，它将加速度信号转换为电压信号输出，该传感器可以制作成振动传感器(‎ 因为振动物体的加速度一般不为零)，振动传感器可以广泛地应用在报警、测量等领域(如汽车、摩托车防盗报警器等).‎ 第二部分 精选试题 ‎1、【2017·哈尔滨市第六中学上学期期末考试】如图所示，理想变压器原线圈与电阻R0串联，原、副线圈的匝数比为20∶1，b是原线圈的中心抽头，副线圈连接滑动变阻器、电流表和电压表，电表均为理想交流电表。已知交流电源电压瞬时值表达式为u＝220sin100πt（V）。将单刀双掷开关K扳向a后，下列说法中正确的是： （ ）‎ V ‎ A ‎ R ‎ R0 ‎ a ‎ b ‎ K ‎ u ‎ A．电压表的示数为11 V B．通过滑动变阻器R的交流电的频率为100 Hz C．若将滑动变阻器的滑片下移，则电压表的示数减小，R0功率增大 D．若将单刀双掷开关由a扳向b，则电流表的示数减小 ‎【答案】C ‎【名师点睛】电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法。‎ ‎2、【2017·山西省重点中学协作体高三上学期期末联考】如图甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数比为4：1，电压表和电流表均为理想电表，R1为阻值随温度升高而变小的热敏电阻，R1为定值电阻．若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电．下列说法中正确的是： （ ）‎ A．输入变压器原线圈的交流电压的表达式为 B．变压器原、副线圈中的电流之比为4：l C．t=0.0ls时，发电机的线圈平面位于中性面 D．R1温度升高时，变压器的输入功率变小 ‎【答案】C ‎【解析】由图乙可知交流电压最大值Um=36V，周期T=0.02s，可由周期求出角速度的值为，则可得交流电压u的表达式 U=36sin100πtV，故A错误；根据可知变压器原、副线圈中的电流之比为1：4，故B错误．t=0.01s时，瞬时值为零，发电机的线圈平面与磁场方向垂直，发电机的线圈平面位于中性面,故C正确；R1处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，变压器的输入功率变大，故D错误；故选C．‎ ‎【名师点睛】根据图象准确找出已知量，是对学生认图的基本要求，准确掌握理想变压器的特点及电压、电流比与匝数比的关系，是解决本题的关键。‎ ‎3、【2017·株洲市高三教学质量统一检测】（多选）某同学在实验室中研究远距离输电。由于输电线太长，他将每 100 米导线卷成一卷，共卷成 8 卷来代替输电线路（忽略输电线路的自感作用）。第一次直接将输电线与学生电源及用电器相连，测得输电线上损失的功率为P1。第二次采用如图所示的电路输电，其中理想变压器 T1与电源相连，其原、副线圈的匝数比为n1：n2，理想变压器T2与用电器相连，测得输电线上损失的功率为P2。下列说法正确的是： （ ）‎ A．前后二次实验都可用于研究远距离直流输电 B．实验可以证明，减小输电电流能减小远距离输电的能量损失 C．若输送功率一定，则P2：P1=n12：n22‎ D．若输送功率一定，则P2：P1=n1：n2‎ ‎【答案】BC ‎【名师点睛】对于远距离输电问题，一定要明确整个过程中的功率、电压关系，尤其注意导线上损失的电压和功率与哪些因素有关．根据变压器的特点：电压比等于匝数比，电流之比等于匝数反比，输入功率等于输出功率去分析 ‎4、【2017·湖北省部分重点中学高三新考试大纲适应性考试】如图甲所示,在匀强磁场中，两个匝数相同的正方形金属线圈分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随吋间t变化的图象如图乙中曲线 a、b所示，则： （ ）‎ A．t = 0时刻,两线圈均处于垂直于中性面的位罝 B．a、b对应的线圈转速之比为2:3‎ C．a、b对应的两线圈面积之比为1:1‎ D．若只改变两线圈的形状（匝数不变），则两线圈电动势的有效值之比一定不变 ‎【答案】C ‎【名师点睛】此题是关于交流电的产生问题；关键是掌握正弦交流电的最大值的表达式，明确各个物理量的意义；知道最大值和有效值的关系.‎ ‎5、【2017·广东省惠州市高三上学期第三次调研考试】（多选） 如图所示，‎ 理想变压器初级线圈接一交变电流，交变电流的电压有效值恒定不变．副线圈接有光敏电阻R（光敏电阻阻值随光照强度增大而减小）、R2和R3，则下列说法中正确的是： （ ）‎ A．只将S1从2拨向1时，电流表示数变小 B．只将S2从4拨向3时，电流表示数变小 C．只将S3从闭合变为断开，电阻R2两端电压增大 D．仅增大光照强度，原线圈的输入功率增大 ‎【答案】BD ‎【解析】只将S1从2拨向1时，n1变小，根据变压比公式，输出电压变大，故输出电流变大，输出功率变大；输入功率等于输出功率，故输入功率变大，输入电流变大，A错误；只将S2从4拨向3时，n2变小，根据变压比公式，输出电压变小，故输出电流变小，输出功率变小；输入功率等于输出功率，故输入功率变小，输入电流变小，B正确；只将S3从闭合变为断开，少一个支路，但电阻R2与R3串联的支路的电压不变，故通过电阻R2的电流不变，电压也不变，C错误；仅增大光照强度，负载总电阻变小，故输出电流变大，输出功率变大；输入功率等于输出功率，故输入功率增大，D正确；故选BD。‎ ‎6、【安徽省六安市第一中学2016届高三第九次月考理科综合试题】（多选）如图所示，发电机中线圈的匝数为N，线圈的面积为S，线圈做匀速圆周运动的角速度为，匀强磁场的磁感应强度为B，电流表和电压表为理想电表，定值电阻的阻值为R，当P在图示位置时，变压器的匝数比为，一开始线圈与磁场垂直，下列判断正确的是： （ ）‎ A、电压表的读数为2NBS B、电流表的读数为 C、线圈由图示位置旋转四分之一周，通过电流表的电荷量为 D、P向上移动时，电压表的示数表小，电流表示数变大 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ 入电压不变，根据理想变压器的变压比公式：，当P位置向上移动，输出电压变小，故电流变小，功率变小，故输入电流也变小，故电流表读数变小，矩形线圈从图示位置经过时间时为，故通过电流表的电荷量为：，故D错误C正确 ‎【名师点睛】对于变压器需要掌握公式、，以及知道副线圈的电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．同时当电路中有变压器时，只要将变压器的有效值求出，则就相当于一个新的恒定电源，其值就是刚才的有效值 ‎7、【福建省漳州市2016届高三毕业班高考模拟（一）理科综合试题】夏季来临，空调、冷风机等大功率电器使用增多，用户消耗的功率增大。如图所示，发电机的输出电压U1和输电线的电阻r均不变、变压器均为理想变压器，则下列说法中正确的： （ ）‎ A．变压器的输出电压U2增大，且U2＞U1‎ B．变压器的输出电压U4增大，且U4＜U3‎ C．输电线损耗的功率占发电机输出功率的比例增大 D．输电线损耗的功率减小 ‎【答案】C[ ]‎ ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】正确解答本题需要掌握：理想变压器的输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系．理想变压器电压和匝数关系。‎ ‎8、【天津市河北区2015-2016学年度高三年级总复习质量检测（三）理科综合试卷·物理部分】一个电源两端的电压随时间的变化规律如图所示，则： ( )‎ A．用交流电压表测量电源两端的电压，其示数约为 B．电源接上一个电阻，最大电流是 C．电源接上一个电阻，在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是 D．将该电源通过匝数比为的变压器给一灯泡供电，该灯泡能正常发光，则灯泡的额定电压为 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】本题主要考查了交流电、变压器、有效值、欧姆定律。是一道中等难度的题目 ‎。这类问题主要掌握交流电流的最大值与有效值的关系，知道交流电压表的读数、灯泡的额定电压、焦耳热等用的是有效值。[ ]‎ ‎9、【黑龙江省大庆实验中学2016届高三考前得分训练（三）理科综合试题】如图甲所示，自耦理想变压器输入端a、b接入如图乙所示的交流电源，一个二极管和两个阻值均为R=40欧姆的负载电阻接到副线圈的两端，电压表和电流表均为理想交流电表。当滑片位于原线圈中点位置时，开关S处于断开状态，下列说法正确的是： （ ）‎ A．t=0.01s时，电压表示数为零 B. t=0.015s时，电流表示数为5.5A C.闭合开关S后，电压表示数增大 D.闭合开关后，电流表示数为18.8A ‎【答案】D ‎【解析】‎ 电压表示数是次级电压有效值，故示数不为零，选项A错误；变压器次级电压，电流表读数，选项B错误；电压表的示数只与变压器的初级电压与匝数比有关，故闭合开关S后，电压表示数不变，选项C错误；闭合开关后，二极管有一半时间导通，此时二极管部分电路，解得，则电流表示数为11A+7.8A=18.8A，选项D正确；故选D. ‎ ‎【名师点睛】考查变压器的电压与匝数的关系，掌握闭合电路欧姆定律的应用，理解二极管单向导电性，注意原副线圈的功率相等，是解题的关键。‎ ‎10、【江西省重点中学协作体2016届高三第二次联考理科综合物理试题】如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，已知B、C的匝数之比是n2：n3=10：1，理想电压表的示数为U，理想电流表的示数为I，灯L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件不可以计算出的物理量是： （ ）‎ A．通过灯Ll的电流I2 B．灯L2两端的电压U3‎ C．输入变压器的电功率P1 D．线圈A两端的电压U1‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】本题主要考查了变压器的特点，属于两个副线圈，因它们的磁通量的变化率相同，则电压比等于线圈匝数比仍成立；而电流之比，则根据原副线圈的功率相等列式求解线圈的电流关系；难度不大，属于基础题。‎ ‎11、【湖北省黄冈市黄冈中学2016届高三5月第一次模拟考试理科综合物理试题】（多选）如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图（图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表）。设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示，变阻器R相当于用户用电器的总电阻。当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时： （ ）‎ A．电压表V1、V2的读数均不变，电流表A1、A2的读数均增大 B．电压表V3、V4的读数均减小，电流表A3的读数也减小 C．电流表V2、V3的读数之差与电流表A2 的读数的比值不变 D．发电厂的输出功率增大 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】此题是远距离输电电路的动态分析；根据表达式知道电压和频率，与闭合电路中的动态分析类似，可以根据R的变化，确定出总电路的电阻的变化，进而可以确定总电路的电流的变化的情况，再根据电压不变，来分析其他的元件的电流和电压的变化的情况。‎ ‎12、【河北省沧州市第一中学2017届高三11月月考】（多选）图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为10:1，变压器的原线圈接如图乙所示正弦交流电，电阻R1=R2=R3=20Ω和电容器C连接成如图所示甲的电路，其中电容器的击穿电压为8V,电压表V为理想交流电表，开关S处于断开状态，则： （ ）‎ A．电压表V的读数约为7.07 V B．电流表A的读数为0. 05 A[ ]‎ C．电阻R2上消耗的功率为2.5 w D．若闭合开关S，电容器会被击穿 ‎【答案】AC ‎【解析】开关断开时，副线圈为R1和R2串联，电压表测量R2的电压，由图可知原线圈电压为，所以副线圈电压为10V，则R2的电压为5V≈7.07V，故A正确；由A的分析可知，副线圈电流为，所以原线圈电流为，故B错误；电阻R2上消耗的功率为，故C正确；当开关闭合时，R1与R3并联后和R2串联，电容器的电压为并联部分的电压，并联部分电阻为R并＝＝10Ω，所以并联部分的电压为，最大值为V＜8V，所以电容器不会被击穿，故D错误．故选AC.‎ ‎13、【吉林省吉林大学附属中学2016届高三第二次模拟考试理科综合】理想变压器原线圈接在电压为u=U0sinωt的交流电源上，在变压器副线圈中分别安装有甲、乙两个插座，导线电阻为2R，如图所示。插座不接用电器时小灯泡正常发光。若将某一用电器接在甲或乙插座上，不计电流表内阻的影响。下列说法正确的是： （ ）‎ 乙 R ‎×‎ A 甲 ‎~ u R A．若接在甲上，电流表示数变大，灯变亮 B．若接在甲上，电流表示数变小，灯变暗 C．若接在乙上，电流表示数变大，灯变亮 D．若接在乙上，电流表示数变大，灯变暗 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】该题中，当将用电器接到插座上后，变压器的负载增加，消耗的功率增大，回路中的电流增大．当增大的电流流过R时，才会使电压表的示数发生变化；虽然有一个变压器，而题目的实质是考查电路的电阻变化问题，结合欧姆定律即可分析解答这一类的问题。‎ ‎14、【南昌三中2015—2016学年度高三第七次考试理科综合能力测试】如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5，电阻R1＝R2＝25 Ω，D为理想二极管，原线圈接u＝220sin 100πt(V)的交流电，则： （ ）‎ A．交流电的频率为100 Hz B．通过R2的电流为1 A C．通过R2的电流为 A D．变压器的输入功率为200 W ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎15、【西北工业大学附属中学2016届高三下学期第六次适应性训练】（多选）如图所示，理想变压器原线圈中正弦式交变电源的输出电压和电流分别为和，两个副线圈的输出电压和电流分别为和、和.接在原副线圈中的五个完全相同的灯泡均正常发光。则下列表述正确的是： （ ）‎ A ∶∶=1∶1∶2‎ B ∶∶=1∶2∶1‎ C 三个线圈匝数之比为5∶2∶1‎ D 电源电压与原线圈两端电压U1＇之比为5∶4‎ ‎【答案】BD ‎【解析】‎ 设灯泡均正常发光时的电压为U，由图可知，则有：，，理想变压器的输入功率和输出功率相等，所以输入的功率为，输出的功率为两个副线圈的功率的和，所以，所以，故A错误；设灯泡均正常发光时的电流I，由图可知，则有：，，；所以有：，故B正确；理想变压器的电压与匝数成正比，由，可知：，故C错误；根据原线圈与电灯串联电流相等，则有电压关系：，所以D正确。‎ ‎【名师点睛】掌握住理想变压器的电压、电流及功率之间的关系，本题即可得到解决，注意根据灯泡的正常发光电流与电压值恒定，是解题的关键之处。‎ ‎16、【河北定州中学2016-2017学年第一学期高四物理周练试题（一）】某小型实验水电站输出功率P=38 kW，输电线路总电阻．‎ ‎（1）若采用U=380 V输电，求输电线路损耗的功率；‎ ‎（2）若改用高压输电，用户端利用的变压器降压，求用户得到的电压．‎ ‎【答案】（1）；（2）‎ ‎[ ]‎ ‎【名师点睛】本题考查学生运用电功率公式及变压器线圈匝数与电压的关系解决实际问题的能力．要明确损失功率的计算方法。‎