高考物理一轮复习典例精析--交变电流--传感器可编辑文字版省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课.pptx

第十章第十章 交变电流交变电流 传感器传感器1/31第一节第一节 交变电流产生和描述交变电流产生和描述 例例 1 (宁夏宁夏)如图（如图（a）所表示，一矩形线圈）所表示，一矩形线圈abcd放置在放置在匀强磁场中，并绕过匀强磁场中，并绕过ab、cd中点轴中点轴OO以角速度以角速度逆时针匀逆时针匀速转动速转动.若以线圈平面与磁场夹角若以线圈平面与磁场夹角=45时，如图（时，如图（b）为计）为计时起点，并要求当电流自时起点，并要求当电流自a流向流向b时电流方向为正时电流方向为正.2/31则以下四幅图中正确是则以下四幅图中正确是()3/31【点拨】【点拨】(1)确定确定t=0时刻感应电流方向时刻感应电流方向.(2)利用利用t=0时刻速度确定感应电动势大小时刻速度确定感应电动势大小.(3)判定判定t=0时刻后短时间内电流改变趋势时刻后短时间内电流改变趋势.【解析】本题考查正弦式交流电产生过程、楞次定律等知识和【解析】本题考查正弦式交流电产生过程、楞次定律等知识和规律规律.从图从图(b)可看出线圈与磁场夹角可看出线圈与磁场夹角=45，由楞次定律可判，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为断，初始时刻电流方向为b到到a，故瞬时电流表示式为，故瞬时电流表示式为i=Imcos（/4+t），则为），则为D图象所描述图象所描述.注意对线圈绕垂直注意对线圈绕垂直于磁场轴旋转时瞬时电动势表示式了解于磁场轴旋转时瞬时电动势表示式了解.【答案】【答案】D4/311.一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内固定轴转动，一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内固定轴转动，线圈中感应电动势线圈中感应电动势e随时间随时间t改变如图所表示，以下说法中正确改变如图所表示，以下说法中正确是（是（）A.t1时刻经过线圈磁通量为零时刻经过线圈磁通量为零B.t2时刻经过线圈磁通量绝时刻经过线圈磁通量绝 对值最大对值最大C.t3时刻经过线圈磁通量改变时刻经过线圈磁通量改变 率绝对值最大率绝对值最大D.每当每当e改变方向时，经过线圈改变方向时，经过线圈 磁通量绝对值都最大磁通量绝对值都最大5/31【解析】【解析】t1和和t3时刻电动势为零，线圈处于中性面位置，时刻电动势为零，线圈处于中性面位置，此位置磁通量最大，磁通量改变率为零，电动势改变此位置磁通量最大，磁通量改变率为零，电动势改变方向，故方向，故A、C错误，错误，D正确；正确；t2时刻电动势最大，磁时刻电动势最大，磁通量为零，通量为零，B错误错误.【答案】【答案】D 6/31例例2 如图所表示，一个边长如图所表示，一个边长L=10 cm，匝数，匝数n=100匝正方形匝正方形线圈线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线对称轴在匀强磁场中绕垂直于磁感线对称轴OO匀速运动，匀速运动，磁感应强度磁感应强度B=0.50 T，角速度，角速度=10 rad/s,外电路电阻外电路电阻R=4.0，线圈内阻，线圈内阻r=1.0.(1)求线圈转动周期和感应电动势求线圈转动周期和感应电动势最大值最大值.(2)写出线圈由图中所表示位置开写出线圈由图中所表示位置开始计时时，感应电动势瞬时值表示始计时时，感应电动势瞬时值表示式式.(3)求交流电压表示数求交流电压表示数.7/31【点拨】由磁场情况和线圈转动情况可确定瞬时值表示式，【点拨】由磁场情况和线圈转动情况可确定瞬时值表示式，电压表和电流表示数为电路中电压和电流有效值电压表和电流表示数为电路中电压和电流有效值.【解析】【解析】(1)T=2/=2/10 s=0.2 s.Em=nBS=1000.5010210-410 V=5V.(2)题图所表示位置为感应电动势最大值位置，瞬时值表示题图所表示位置为感应电动势最大值位置，瞬时值表示式为式为e=Emcost=5cos10t(V).(3)电动势有效值电动势有效值E=Em/,I=E/（R+r）.交流电压表示数交流电压表示数U=IR=2 V=2.83 V.8/312.(天天津津)如如图图所所表表示示，单单匝匝矩矩形形闭闭合合导导线线框框abcd全全部部处处于于磁磁感感应应强强度度为为B水水平平匀匀强强磁磁场场中中，线线框框面面积积为为S，电电阻阻为为R.线线框框绕绕与与cd边边重重合合竖竖直直固固定定转转轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，线线框框中中感感应应电电流流有有效效值值I=.线线框框从从中性面开始转过中性面开始转过/2过程中，过程中，经过导线横截面电荷量经过导线横截面电荷量q=.9/31【解析】本题考查交流电产生和最大值、有效值、平均值【解析】本题考查交流电产生和最大值、有效值、平均值关系及交流电中相关电荷量计算等问题关系及交流电中相关电荷量计算等问题.电动势最大值电动势最大值Em=BS,电动势有效值电动势有效值E=Em/,电流有效值电流有效值I=E/R=BS/2R;q=It=E/Rt=/Rtt=/R=BS/R.【答案】【答案】BS/2R BS/R10/31例例 如图表示一交流电电流随时间而改变图象，此交流如图表示一交流电电流随时间而改变图象，此交流电有效值是电有效值是 ()A.3.5 A B.7/2 A C.5 A D.5 A11/31【错解】依据交流电有效值公式【错解】依据交流电有效值公式I=Im/，此交流电峰值不一，此交流电峰值不一样，故最大值取其平均值样，故最大值取其平均值(如图如图),Im=（4 +3 ）/2 A7 /2A，I=Im/=3.5A,选选A.12/31【剖析】第一，有效值公式【剖析】第一，有效值公式I=Im/是有条件，只有正弦式交是有条件，只有正弦式交流电最大值和有效值才有这么数量关系流电最大值和有效值才有这么数量关系.本题所给交流电图象本题所给交流电图象不是正弦式交流电图形，故该公式不适合用于此交流电不是正弦式交流电图形，故该公式不适合用于此交流电.第二，第二，交流电最大值不是两个不一样峰值算术平均值交流电最大值不是两个不一样峰值算术平均值.交流电有效值交流电有效值是依据其热效应而定义，它是从电流产生焦耳热相等角度出发，是依据其热效应而定义，它是从电流产生焦耳热相等角度出发，使交流电与恒定电流等效使交流电与恒定电流等效.故求非正弦式交流电有效值时，应故求非正弦式交流电有效值时，应从热效应角度求解从热效应角度求解.设交流电有效值为设交流电有效值为I，令该交流电经过一个，令该交流电经过一个纯电阻用电器纯电阻用电器R，在一个周期内有，在一个周期内有I2RT=I12RT/2+I22RT/2.所以所以该交流电有效值为该交流电有效值为I=5 A.所以应选所以应选D.【答案】【答案】D13/31第第2节节 变压器变压器 电能输送电能输送例例1 (江苏江苏)如图所表示，理想变压器原、副线圈匝数比为如图所表示，理想变压器原、副线圈匝数比为1 5，原线圈两端交变电压为，原线圈两端交变电压为u=20 sin 100t V,氖泡在两端氖泡在两端电压到达电压到达100 V时开始发光，以下说法中正确是（时开始发光，以下说法中正确是（）A.开关接通后，氖泡发光频率为开关接通后，氖泡发光频率为50 HzB.开关接通后，电压表示数为开关接通后，电压表示数为100 VC.开关断开后，电压表示数变大开关断开后，电压表示数变大D.开关断开后，变压器输出功率不变开关断开后，变压器输出功率不变14/31【点拨】【点拨】(1)电压表读数为交流电有效值电压表读数为交流电有效值.(2)原、副线圈上交流电周期与频率是相同原、副线圈上交流电周期与频率是相同.(3)原、副线圈电压、电流与原、副线圈匝数百分比关系原、副线圈电压、电流与原、副线圈匝数百分比关系.(4)原线圈输入功率由副线圈输出功率决定原线圈输入功率由副线圈输出功率决定.15/31【解析】【解析】本题主要考查变压器知识，要能对变压器最大值、有效本题主要考查变压器知识，要能对变压器最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底了解值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底了解.由交变由交变电压瞬时值表示式知，原线圈两端电压有效值为电压瞬时值表示式知，原线圈两端电压有效值为U1=20 /2 V=20 V，由，由n1/n2=U1/U2得副线圈两端电压为得副线圈两端电压为U2=100 V，电压表示数为交流电有效值，电压表示数为交流电有效值，B项正确；交变电压频项正确；交变电压频率为率为f=100/2Hz=50 Hz，一个周期内电压两次大于，一个周期内电压两次大于100 V，即，即一个周期内氖泡能发光两次，所以其发光频率为一个周期内氖泡能发光两次，所以其发光频率为100 Hz，A项错项错误；开关断开前后，输入电压不变，变压器变压比不变，故输出误；开关断开前后，输入电压不变，变压器变压比不变，故输出电压不变，电压不变，C项错误；断开后，电路消耗功率减小，输出功率决项错误；断开后，电路消耗功率减小，输出功率决定输入功率，定输入功率，D项错误项错误.【答案】【答案】B16/311.如图所表示电路中变压器为理想变压器，如图所表示电路中变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，为单刀双掷开关，P是滑动是滑动变阻器变阻器R滑动触头，滑动触头，U1为加在原线圈两端交变电为加在原线圈两端交变电 压，压，I1、I2分别为原线圈分别为原线圈和副线圈中电流和副线圈中电流.以下说法错误是以下说法错误是()A.保持保持P位置及位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a，则，则R上消耗功率增大上消耗功率增大B.保持保持P位置及位置及U1不变，不变，S由由a切换到切换到b，则，则I2 减小减小 C.保持保持P位置及位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a，则，则I1减小减小 D.保持保持U1不变，不变，S接在接在b端，将端，将P向上滑动，则向上滑动，则I1减小减小17/31【解析】【解析】保持保持P位置及位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a过程中，副线圈过程中，副线圈匝数增多，输出电压增大，则匝数增多，输出电压增大，则R上消耗功率也增大，原线圈上消耗功率也增大，原线圈输入功率也增大；输入功率也增大；U1不变，输入电流不变，输入电流I1增大，所以选项增大，所以选项A错误，错误，.保持保持P位置及位置及U1不变，不变，S由由a切换到切换到b过程中，副线圈匝数降过程中，副线圈匝数降低，则输出电压降低，输出电流也降低低，则输出电压降低，输出电流也降低.故选项故选项B正确正确.C错误。错误。保持保持U1不变，不变，S接在接在b端，将端，将P向上滑动，则向上滑动，则I1增大，增大，D错误错误.【答案】【答案】B 18/31 例例2（上海）某小型试验水电站输出功率是上海）某小型试验水电站输出功率是20 kW，输，输 电电线路总电阻是线路总电阻是6.（1）若采取）若采取380 V输电，求输电线路损耗功率输电，求输电线路损耗功率.（2）若改用）若改用5000 V高压输电，用户端利用高压输电，用户端利用n1 n222 1变压器变压器降压，求用户得到电压降压，求用户得到电压.【点拨】【点拨】(1)由由P=UI求出输电线上电流求出输电线上电流.(2)用用P线线=I2R线线与与U线线=IR线线分别求得输电线损耗功率和电压分别求得输电线损耗功率和电压.(3)利用变压器电压比和匝数比关系求出用户得到电压利用变压器电压比和匝数比关系求出用户得到电压.19/31【解析】（【解析】（1）输电线上电流强度为）输电线上电流强度为IP/U=20103/380 A52.63 A.输电线路损耗功率为输电线路损耗功率为P损损I2R52.6326 W16 620 W16.62 kW.（2）改用高压输电后，输电线上电流强度变为）改用高压输电后，输电线上电流强度变为IP/U=20103/5 000 A4 A.变压器降压前取得电压变压器降压前取得电压U1=U-IR=(5 000-46)V4 976 V.依据依据U1/U2=n1/n2，用户得到电压为，用户得到电压为U2n2/n1U11/224 976 V226.18 V.20/312.关于高压输电以下说法正确是（关于高压输电以下说法正确是（）从发电站到输电线路需要升压变压器从发电站到输电线路需要升压变压器从发电站到输电线路需要降压变压器从发电站到输电线路需要降压变压器高压输电是为了增大输电电流高压输电是为了增大输电电流高压输电是为了增大输电功率高压输电是为了增大输电功率A.B.C.D.解析：高压输电输送总功率一定，为了减小输电线路上功率损解析：高压输电输送总功率一定，为了减小输电线路上功率损失，需要减小输电线上电流，从发电站到输电线路是用升压变失，需要减小输电线上电流，从发电站到输电线路是用升压变压器，用来升高电压，故压器，用来升高电压，故正确正确.答案为答案为B.答案：答案：B21/31例例 收音机变压器原线圈有收音机变压器原线圈有1 210匝，接在匝，接在U1=220 V交流交流电源上，变压器有两个副线圈电源上，变压器有两个副线圈.副线圈副线圈匝数为匝数为35匝，副匝，副线圈线圈匝数是匝数是1 925匝匝.假如不计变压器本身能量损耗，当假如不计变压器本身能量损耗，当变压器工作时，线圈变压器工作时，线圈电流是电流是0.3 A时，原线圈电流时，原线圈电流I1=0.114 A.求线圈求线圈中电流和输出电压中电流和输出电压.（电流计算结果（电流计算结果保留三位有效数字）保留三位有效数字）22/31【错解】由变压器公式【错解】由变压器公式U1/U3=n1/n3，U3=n3/n1U1=1 925/1 210220 V=350 V.又又I1/I3=n3/n1,I3=n1/n3I1=1 210/1 9250.114 A=0.071 7 A.【剖析】当副线圈不只一个时，变压器公式【剖析】当副线圈不只一个时，变压器公式I1/I3=n3/n1不再不再成立，应该利用能量转化和守恒定律，从输入功率等于输出成立，应该利用能量转化和守恒定律，从输入功率等于输出功率入手求解功率入手求解.23/31【正解】【正解】U2=n2/n1U135/1 210220 V=6.36 V.U3=n3/n1U1=1 925/1 210220 V=350 V.不计变压器本身能量损耗，由能量转化和守恒定律不计变压器本身能量损耗，由能量转化和守恒定律P1P2P3,I1U1=I2U2+I3U3,I3=（I1U1-I2U2）/U3=0.066 2 A.24/31试验十一试验十一 传感器简单使用传感器简单使用例例 (1)热敏电阻是传感电路中惯用电子元件热敏电阻是传感电路中惯用电子元件.现用伏安法研现用伏安法研究热敏电阻在不一样温度下伏安特征曲线，要求特征曲线尽究热敏电阻在不一样温度下伏安特征曲线，要求特征曲线尽可能完整可能完整.已知常温下待测热敏电阻阻值约已知常温下待测热敏电阻阻值约45.热敏电阻热敏电阻和温度计插入带塞保温杯中，杯内有一定量冷水，其它备用和温度计插入带塞保温杯中，杯内有一定量冷水，其它备用仪表和器含有：盛有热水热水杯（图中未画出）、电源（仪表和器含有：盛有热水热水杯（图中未画出）、电源（3 V、内阻可忽略）、直流电流表内阻可忽略）、直流电流表（内阻约（内阻约1）、直流电压表（内阻约）、直流电压表（内阻约5 k）、滑动变阻器）、滑动变阻器（020）、开关及导线若干）、开关及导线若干.25/31(b)在图（在图（b）方框中画出试验电路图，要求测量误差尽可能）方框中画出试验电路图，要求测量误差尽可能小小.依据电路图，在图（依据电路图，在图（a）实物图上连线）实物图上连线.简明写出完成接线后主要试验步骤简明写出完成接线后主要试验步骤:A.往保温杯中加入热水，稍后读出温度值往保温杯中加入热水，稍后读出温度值.B.C.重复重复A、B步骤，测出不一样温度下数据步骤，测出不一样温度下数据.D.26/31（2）广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中温度传感器，）广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中温度传感器，是利用热敏电阻随温度改变而改变特征工作是利用热敏电阻随温度改变而改变特征工作.在图甲中，电源电动势在图甲中，电源电动势E=9.0 V，内电阻可忽略不计；，内电阻可忽略不计；G 为内阻不计灵敏电流表；为内阻不计灵敏电流表；R0为保护电为保护电阻；阻；R为热敏电阻，其电阻值与温度改变关系如图乙中为热敏电阻，其电阻值与温度改变关系如图乙中R-t图象所表示图象所表示.则热敏电阻则热敏电阻R与摄氏温度与摄氏温度t关系为关系为R=；闭合开关；闭合开关S，当，当R温度等于温度等于40 时，电流表示数时，电流表示数I1=2.25 mA，则当电流表示数，则当电流表示数I2=3.6 mA时，热敏电阻时，热敏电阻R温度是温度是 .27/31【解析】（【解析】（1）因为热敏电阻阻值（常温下约）因为热敏电阻阻值（常温下约5）与直流电流表内阻（）与直流电流表内阻（1）差不多，比直流电压表内阻（）差不多，比直流电压表内阻（5 k）小得多，所以用电流表外接法，）小得多，所以用电流表外接法，为了屡次测量方便列表作图象，所以滑动变阻器用分压式接法为了屡次测量方便列表作图象，所以滑动变阻器用分压式接法.此处需要此处需要用伏安法研究热敏电阻，试验步骤要考虑到需取多组数据以作图线用伏安法研究热敏电阻，试验步骤要考虑到需取多组数据以作图线.（2）因为图象是直线，用斜截式求热敏电阻）因为图象是直线，用斜截式求热敏电阻R与摄氏温度与摄氏温度t关系，设为关系，设为R=kt+b，则依据，则依据t=0 时，时，R=4.25 k（此处易误读为（此处易误读为R=4.5 k，要注，要注意），得意），得b=4.25.再依据再依据t=120 时，时，R=2 k，得，得k=(2-4.25)/120=-0.01875.所以得所以得R与与t关系式为关系式为R=-1.87510-2t+4.25.由图甲可得由图甲可得E=I(R+R0)，由图乙读出，当由图乙读出，当t=40 时，时，R=3.5 k，代入得代入得9.0=2.25(3.5+R0)，可求出，可求出R0=0.5 k，又有又有9.0=3.6(0.5+R)，解得，解得R=2 k，查图乙得查图乙得t=120.28/31【答案】（【答案】（1）如图所表示如图所表示.实物连接图略实物连接图略.B.调整滑动变阻器，快速测出多组调整滑动变阻器，快速测出多组I、U值值.D.绘出各温度下热敏电阻伏安特征曲线绘出各温度下热敏电阻伏安特征曲线.(2)-1.87510-2t+4.25 12029/31例例 某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速装置某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速装置.如图所表示，在轮如图所表示，在轮子边缘贴上小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑子边缘贴上小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑.假如小线圈面积为假如小线圈面积为S，圈数为，圈数为N匝，小磁体附近磁感应强度最大值为匝，小磁体附近磁感应强度最大值为B,回路总电阻为回路总电阻为R，试验发觉，轮子转过，试验发觉，轮子转过角，小线圈处磁感应强度由最角，小线圈处磁感应强度由最大值变为零大值变为零.所以，他说所以，他说“只要测得此时感应电流平均值只要测得此时感应电流平均值I，就能够测出，就能够测出转轮转速大小转轮转速大小”.请你利用所学知识，经过计算对该同学结论给出评价请你利用所学知识，经过计算对该同学结论给出评价.30/31【解析】该同学结论是正确【解析】该同学结论是正确.设转轮角速度、转速分别为设转轮角速度、转速分别为和和n，轮子转过，轮子转过角所需时角所需时间为间为t，经过线圈磁通量改变量为，经过线圈磁通量改变量为，线圈中产生感应，线圈中产生感应电动势平均值为电动势平均值为E.依据法拉第电磁感应定律有依据法拉第电磁感应定律有E=N/t=NBS/t.由闭合电路欧姆定律有由闭合电路欧姆定律有I=E/R,又又t=/,n=/2,联立以上四式得，联立以上四式得，n=IR/2NBS.由此可见，该同学结论是正确由此可见，该同学结论是正确.31/31