2019-2020年高考物理总复习 第十章 交变电流 传感器讲义.doc

2019-2020年高考物理总复习 第十章 交变电流 传感器讲义考纲下载考向前瞻(1)交变电流描述交变电流的物理量和图像() (2)正弦交变电流的函数表达式()(3)电感和电容对交变电流的影响()(4)理想变压器()(5)远距离输电()(6)传感器的工作原理及其应用()预计在xx的高考中，对交流电的考查仍会集中在正弦交变电流、变压器、远距离输电和传感器知识点上，仍将通过交变电流的图像考查交变电流的四值、变压器等问题，一般为分值不超过6分的选择题。交变电流的产生及变化规律 对应学生用书P170必备知识1交变电流(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。(2)图像：如图1011(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流，其中图(a)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。图10112正弦式电流的产生和图像(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)图像：如果从线圈位于中性面开始计时，其图像为正弦曲线。如图1011(a)所示。(3)中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置称为中性面。(4)中性面与峰值面(中性面的垂面)的比较中性面峰值面含义线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向平行磁通量最大(BS)0磁通量的变化率0最大感应电动势0最大(nBS)电流方向发生改变方向不变3正弦式电流的函数表达式(从中性面开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：eEmsin_t，其中EmnBS，表示线圈转动的角速度。(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：uUmsin_t。(3)电流i随时间变化的规律：iImsin_t。典题例析(xx连云港摸底)如图1012甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 ，外接灯泡的电阻为9.0 。求：图1012(1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；(2)转动过程中穿过线圈的最大磁通量；(3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功。 解析(1)由图得 eEmsin t6sin 100t(V)则电流 i0.6sin 100t(A)。(2)EmBS，Em6 V，100mBS 2.7102 Wb。(3)E6 V， 外力所做的功WQT7.2102 J。答案(1)i 0.6sin 100t(A)(2)2.7102Wb(3)7.2102 J书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式EmnBS求出相应峰值。(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。若线圈从中性面位置开始转动，则it图像为正弦函数图像，函数式为iImsin t。若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图像为余弦函数图像，函数式为iImcos t。针对训练1(xx榕城区三模)矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时()图1013A线圈中的电动势为nBSB线圈中的电动势为0C穿过线圈的磁通量为0D穿过线圈的磁通量变化率最大解析：选B图示时刻线框的四边都不切割磁感线，不产生感应电动势，即线圈中的电动势为0，故A错误，B正确；图示时刻线框与磁场垂直，磁通量最大，为BS，故C错误；图示位置线圈中的电动势为0，根据法拉第电磁感应定律En可知穿过线圈的磁通量变化率为0，故D错误。2(多选)(xx广东名校质检)如图1014所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是()图1014A当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大B当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大C当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小D当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小解析：选AC当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，选项A正确B错误；当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，选项C正确D错误。描述正弦交流电的物理量 对应学生用书P171必备知识1周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T。(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)。(3)周期和频率的关系：T。2有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做这个交流的有效值。正弦式电流的有效值跟最大值之间的关系是：E Em、I Im、U Um。典题例析(多选)(xx天津高考)如图1015甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则()图1015A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V解析选ACt0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A项正确；图中a、b对应的周期之比为23，因此线圈转速之比nanb32，B项错误；a曲线表示的交流电动势的频率为fa Hz25 Hz，C项正确；a曲线对应线圈相应的电动势的最大值EamNBS，由图像知Eam15 V，b曲线对应线圈相应的电动势的最大值EbmNBS，因此，Ebm10 V，有效值Eb V5 V，D项错误。当求有效值时，对于按正(余)弦规律变化的电流，可先根据EmNBS求出其最大值，然后根据E求出其有效值，当电流是非正(余)弦规律时，必须根据电流的热效应来求解，与电流的方向无关，且时间一般取一个周期。求交变电流的有效值时不能盲目套用公式E，此公式仅适用于正(余)弦交变电流。针对训练1先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化(如图1016甲所示)；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。若甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周期值是相同的，则以下说法正确的是()图1016A第一次灯泡两端的电压有效值是U0/2B第二次灯泡两端的电压有效值是3U0/2C两次灯泡的电功率之比是29D两次灯泡的电功率之比是15解析：选D 甲电源电压的有效值U甲U0，A错；乙电源：T，解得U乙 U0，B错；两次功率之比。即只有D正确。2(xx红桥区二模)一个矩形线圈的匝数为N匝，线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中以的角速度绕垂直磁感线的轴匀速转动，开始时，线圈平面与磁场平行，对于它产生的交变电动势，下列判断正确的是()A瞬时值表达式为eNBSsin tB有效值为NBSC平均值为NBSD频率为2解析：选C矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁感线的轴以角速度匀速转动，线圈内产生的是交流电，则产生电动势的最大值EmnBS，所以感应电动势的瞬时表达式为eNBScos t，故A错误；线圈中产生电动势的最大值EmnBS，则有效值为NBS，故B错误；根据法拉第电磁感应定律，NNBS，故C正确；由f，T，则有f，故D错误。对交流电四值的理解和应用 对应学生用书P172必备知识交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin t iImsin t计算线圈某时刻的受力最大值最大的瞬时值EmnBSIm确定用电器的耐压值，如电容器、晶体管等的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式交流电：E U I计算与电流热效应相关的量，如功、功率、热量等；交流电表的测量值；电气设备所标注的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流平均值交变电流图像中图线与时间轴围成面积与时间的比值n计算通过电路某一截面的电荷量qt典题例析(xx南通三模)如图1017甲所示，单匝矩形闭合导线框abcd处于匀强磁场中，线框电阻为R，ab、ad的边长分别为L1、L2；磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图乙所示。图1017(1)求02t0时间内，回路中电流I1的大小和方向； (2)求t0时刻ab边受到的安培力的大小F；(3)在2t0时刻后线框绕cd边以角速度匀速转动，计算线框中感应电流的有效值I2，并求线框从中性面开始转过90的过程中，通过导线横截面的电量q。解析(1)在0到2t0时间内，回路中的感应电动势：E1；由图乙可知，；由闭合电路欧姆定律，则有：电流大小I1解得I1；由楞次定律可知，在0到2t0时间内，回路中的电流方向为逆时针。(2)安培力的大小FB1I1L1；t0时刻的磁场为B1那么安培力的大小为F。(3)线框匀速转动时，产生正弦交流电，感应电动势的最大值E2mB0L1L2，感应电动势的有效值E2E2m；感应电流的有效值I2；平均感应电流；通过导线横截面的电量qIt。答案(1)电流方向为逆时针(2)(3)针对训练1(多选)(xx延边州模拟)图1018甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A 为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是()图1018A线圈转动的角速度为50 rad/sB电流表的示数为10 AC0.01 s时线圈平面与磁感线平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右解析：选BCD角速度100 rad/s，故A错误；由题图乙可知交流电电流的最大值是Im10 A，则有效值为I10 A，由于电流表的示数为有效值，故电流表的示数为10 A，故B正确； 0.01 s时线圈中的感应电流最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，故C正确；由楞次定律可判断出0.02 s时流过电阻的电流方向自左向右，故D正确。2(多选)(xx江西二模)如图1019所示，电阻为r的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度100 rad/s匀速转动。t0时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则()图1019At0时刻线圈中的感应电动势最大B1 s内电路中的电流方向改变100次C滑片P下滑时，电压表的读数变大D开关K处于断开状态和闭合状态时，电流表的读数相同解析：选BC图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线，线圈中感应电动势为零，故A错误。由题意得：线圈转动的周期为 T0.02 s，频率f50 Hz。线圈每经过中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周电流方向改变两次，所以1 s内流过R的电流方向改变250次100次，故B正确；矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流，感应电动势最大值为EmnBS，线圈在磁场中匀速转动时产生的感应电动势最大值不变，有效值不变，滑片P下滑时，R增大，据闭合电路欧姆定律可知，通过R的电流有效值减小，线圈的内电压减小，则R的电压有效值增大，电压表的读数增大，故C正确；开关K处于闭合状态时，由于交变电流能“通过”电容器，则电路中总的阻抗不同，电流的有效值不同，所以电流表的读数不同，故D错误。课时跟踪检测 一、单项选择题1(xx扬州测试)一交流电压为u100sin 100tV，由此表达式可知()A用电压表测该电压其示数为50 VB该交流电压的周期为0.02 sC将该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端，灯泡的实际功率小于100 WDt1/400 s时，该交流电压的瞬时值为50 V解析：选B电压有效值为100 V，故用电压表测该电压其示数为100 V，A项错误；100 rad/s，则周期T0.02 s，B项正确；该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端，灯泡恰好正常工作，C项错；将t1/400 s代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100 V，D项错。2(xx北京海淀期末)将定值电阻R110 、R220 串联接在正弦交流电路中，通过电阻R2的电流i随时间t变化的情况如图1所示。则()图1A通过R1的电流有效值是1.2 ABR1两端的电压有效值是6 VC通过R2的电流有效值是1.2 ADR2两端的电压有效值是6 V解析：选B通过R1的电流有效值是0.6 A，R1两端的电压有效值是6 V，选项A错误B正确；通过R2的电流有效值是0.6 A ，R2两端的电压有效值是12 V，选项C、D错误。3(xx福州质检)一个固定的矩形线圈abcd处于范围足够大的可变化的匀强磁场中，如图2所示，该匀强磁场由一对异名磁极产生，磁极以OO为轴匀速转动。在t0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N离开纸面向外转动。规定由abcda方向的感应电流为正，则图3中能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是()图2图3解析：选C磁极以OO为轴匀速转动可等效为磁场不变线圈向相反方向转动。在t0时刻，磁场的方向与线圈平面平行，感应电流最大，产生的感应电流方向为abcda。所以能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是图C。4将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图4所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为()图4A.BC. D解析：选B导线转动过程中产生正弦交流电，其最大值Em2nBl2，小灯泡正常发光，则P2，解得R，B项正确。5(xx宁波联考)如图5所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u20sin(100t) V，则加在R2上的电压有效值为()图5A10 V B20 VC15 V D5 V解析：选D由二极管的单项导电性可知，若二极管导通，加在R2上的电压波形为半个周期最大值为20 V，若二极管截止，R1、R2串联，则R2上的电压半个周期最大值为10 V。由有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为5 V，选项D正确。6(xx安徽联考)如图6所示的区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y2sinx曲线围成(x2 m)。现把边长为2 m的正方形单匝线框以水平速度v10 m/s匀速地拉过该磁场区域，磁场区域的磁感应强度B0.4 T，线框的电阻R0.5 ，不计一切摩擦阻力，则()图6A水平拉力F的最大值为8 NB拉力F的最大功率为12.8 WC拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区D拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区解析：选C线框穿过磁场区时，BC或AD边切割磁感线的有效长度为y，产生的感应电动势eByv2Bvsinvt，线框所受的安培力F，当y2 m时，安培力最大，且最大值Fm N12.8 N，拉力的最大功率PmFmv128 W，选项A、B错误；由能量守恒定律可知，线框通过磁场区拉力做的功等于电阻产生的热量，即WQI2Rtt2 J25.6 J，选项C正确，选项D错误。二、多项选择题7(xx常州质检)交流发电机电枢中产生的交变电动势为eEmsin t，如果要将交变电动势的有效值提高一倍，而交流电的周期不变，可采取的方法是()A将电枢转速提高一倍，其他条件不变B将磁感应强度增加一倍，其他条件不变C将线圈的面积增加一倍，其他条件不变D将磁感应强度增加一倍，线圈的面积缩小一半，其他条件不变解析：选BC将磁感应强度增加一倍，其他条件不变，或将线圈的面积增加一倍，其他条件不变，选项B、C正确。8(xx浙江高考)如图7甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图甲中I所示方向为电流正方向。则金属棒()图7A一直向右移动B速度随时间周期性变化C受到的安培力随时间周期性变化D受到的安培力在一个周期内做正功解析：选ABC由左手定则可知，金属棒一开始向右做匀加速运动，当电流反向以后，金属棒开始做匀减速运动，经过一个周期速度变为0，然后重复上述运动，所以选项A、B正确；安培力FBIL，由图像可知前半个周期安培力水平向右，后半个周期安培力水平向左，不断重复，选项C正确；一个周期内，金属棒初、末速度相同，由动能定理可知安培力在一个周期内不做功，选项D错误。9一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图8所示的交变电动势图像，根据图像提供的信息，以下说法正确的是()图8A线圈转动的角速度为 rad/sB电动势的有效值为14.1 VCt 1.0102s时，线圈平面和磁场方向的夹角为30Dt1.5102s时，穿过线圈平面的磁通量最大解析：选ABC角速度 rad/s，A项正确；电动势的有效值E14.1 V，B项正确；电动势的瞬时值e20sint(V)，将t1.0102s代入该式，解得，这是线圈从中性面开始转过的夹角，故线圈平面和磁场方向的夹角为30，C项正确；t1.5102s时，线圈平面与磁场平行，磁通量最小，D项错。10.(xx贵州六校联考)如图9所示，一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO匀速转动，转动周期为T0 。线圈产生的电动势的最大值为Em，则()图9A线圈产生的电动势的有效值为EmB线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为 C线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为EmD经过2T0的时间，通过线圈电流的方向改变2次解析：选BC由交变电流有效值和最大值的关系可知线圈产生的电动势的有效值为Em，选项A错误；由题意知线圈产生的电动势的最大值为EmBSBS，故线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值BS，选项B正确；线圈转动过程中磁通量变化率的大小等于产生的感应电动势的大小，选项C正确；正弦式交变电流一个周期内电流方向变化两次，经过2T0的时间，通过线圈电流的方向改变4次，选项D错误。三、非选择题11(xx郑州模拟)如图10甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n100 匝，总电阻r1.0 ，所围成矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enBmScos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：图10(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量。解析：(1)由图像知，线圈中产生的交变电流的周期T3.14102 s，所以EmnBmS8.0 V。(2)电流的最大值Im0.80 A，有效值I A，小灯泡消耗的电功率PI2R2.88 W。(3)在0时间内，电动势的平均值，平均电流，流过灯泡的电荷量Qt4.0103 C。答案：(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4.0103 C12(xx东台模拟)如图11甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中B0、B1和t1均为已知。在0t1的时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度匀速转动。求：图11(1)0t1时间内通过电阻R的电流大小；(2)线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量；(3)线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90的过程中，通过电阻R的电荷量。解析：(1)0t1时间内，线框中的感应电动势 En根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻R的电流I。(2)线框产生感应电动势的最大值 EmnB1L1L2感应电动势的有效值EnB1L1L2通过电阻R的电流的有效值I线框转动一周所需的时间t此过程中，电阻R产生的热量QI2RtR2。(3)线框从图甲所示位置转过90的过程中，平均感应电动势n平均感应电流通过电阻R的电荷量qt。答案：(1)(2)R2(3)第2节变压器_电能的传输理想变压器 对应学生用书P173必备知识1构造：如图1021所示。图1021理想变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。2原理线圈的互感现象。3基本关系式(1)电压关系：。(2)功率关系：P入P出。(3)电流关系：只有一个副线圈时：。有多个副线圈时：U1I1U2I2U3I3UnIn。(4)频率关系：原、副线圈中电流的频率相等。4几种常用的变压器(1)自耦变压器(也叫调压变压器)。(2)互感器电压互感器，用来把高电压变成低电压。电流互感器，用来把大电流变成小电流。典题例析(多选)(xx山东高考)如图1022，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是()图1022A变压器输入功率为484 WB通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD变压器原、副线圈匝数比n1n2113解析选BD将额定电压为60 V的用电器接在理想变压器的输出端，在闭合开关后，用电器正常工作，已知交流电压表和交流电流表(均为理想电表)读数分别为220 V和2.2 A，根据功率公式可以求出用电器消耗的功率为132 W，因此A选项错误；再根据变压器变压公式和变流公式可知，和，联立可求得通过原线圈的电流的有效值为0.6 A，所以选项B正确；由于电流表显示的是有效值，因此通过副线圈电流的最大值为2.2 A，故选项C错误；根据变压器的变压公式可知，变压器原、副线圈的匝数比为n1n2113，所以D选项正确。1变压器的工作原理2理想变压器及其原、副线圈物理量的制约关系理想变压器没有能量损失没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)制约关系原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2副线圈的输出功率P2决定原线圈的输入功率P1副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1针对训练1如图1023，一理想变压器原、副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()图1023AU110 V，I0.2 ABU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 ADU110 V，I0.2 A解析：选A直接求出副线圈中的电压、电流分别为：220 V、0.1 A。故原线圈中的电压、电流分别为110 V、0.2 A。2(xx广东高考)如图1024所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221， 和 均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112 sin 100t(V)。下列说法正确的是()图1024A电流频率为100 HzB. 的读数为24 VC. 的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W解析：选D由2f得f50 Hz，A错误；原线圈电压的有效值U112 V，由得U26 V，B错误；I21 A，C错误；P1P2U2I26 W，D正确。变压器的动态分析 对应学生用书P174必备知识常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：线圈不变负载变化的情况和负载不变线圈变化的情况。1线圈不变负载变化的情况(如图1025所示)(1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变。图1025(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化。(3)I2变化引起P2变化，根据P1P2，可以判断P1变化。2负载不变线圈变化的情况(如图1026所示)图1026(1)U1不变，发生变化，U2变化。(2)R不变，U2变化，I2发生变化。(3)根据P2和P1P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。典题例析(多选)(xx杭州模拟)如图1027所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220sin 100t(V)，则()图1027A当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22 VB当t s时，电压表V0的读数为220 VC单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小D当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小思路点拨(1)请分析当开关接a时，滑片P上移，负载电阻如何变化？原、副线圈的电压如何变化？提示：负载电阻变大，原、副线圈电压不变。(2)请分析当开关由a扳向b时，原、副线圈电压的变化。提示：原线圈电压不变，副线圈电压变大。解析选BC当单刀双掷开关与a连接时，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，副线圈输出电压为U222 V，但电压表V1的示数小于U2，故A错误；当t s时，电压表V0的读数为有效值220 V，故B正确；单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，电路的总电阻变大，由于副线圈输出电压U2是由变压器决定的，所以电流表示数变小，电压表V1示数变大，故C正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变为51，副线圈输出电压U2变大，电流表和电压表V1的示数均变大，故D错误。变压器动态问题分析的思路流程U1U2I2I1P1针对训练1(多选)(xx广东高考)如图1028所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是()图1028AP向下滑动时，灯L变亮BP向下滑动时，变压器的输出电压不变CP向上滑动时，变压器的输入电流变小DP向上滑动时，变压器的输出功率变大解析：选BD由于U1保持不变，根据变压器的变压比可知，副线圈的输出电压U2不变，B项正确；P向下滑动时，灯泡L两端的电压不变，灯泡的亮度不变，A项错误；P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，副线圈电路的总电阻R变小，根据P2可知，变压器的输出功率变大，D项正确；由P1U1I1P2可知，变压器的输入电流增大，C项错误。2(多选)(xx全国卷)如图1029所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表 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Uab和Ucd，则()图1029AUabUcdn1n2B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Ucd越大D将二极管短路，电流表的读数加倍解析：选BD根据变压器的工作原理、交流电的有效值解题。变压器的变压比，其中U1、U2是变压器原、副线圈两端的电压。U1Uab，由于二极管的单向导电特性，UcdU2，选项A错误。增大负载电阻R的阻值，负载的电功率减小，由于P入P出，且P入I1Uab，所以原线圈上的电流I1减小，即电流表的读数变小，选项B正确。c、d端的电压由输入电压Uab决定，负载电阻R的阻值变小时，Ucd不变，选项C错误。根据变压器上的能量关系有E输入E输出，在一个周期T的时间内，二极管未短路时有UabI1T0(U为副线圈两端的电压)，二极管短路时有UabI2TT，由以上两式得I22I1，选项D正确。电能的输送 对应学生用书P175必备知识远距离高压输电的几个基本关系(以图10210为例)图10210(1)功率关系P1P2，P3P4，P2P损P3。(2)电压、电流关系，U2U线U3，I2I3I线。(3)输电电流I线。(4)输电导线上损失的电功率P损U线I线I线2r()2r。典题例析(多选)一台发电机最大输出功率为4 000 kW，电压为4 000 V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻为R1 k。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V60 W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()AT1原、副线圈电流分别为103 A和20 ABT2原、副线圈电压分别为1.8105 V和220 VCT1和T2的变压比分别为150和401D有6104盏灯泡(220 V60 W)正常发光思路点拨(1)画出远距离输电的模型图，并在图上标出各个参量。提示：(2)分析升压变压器和降压变压器的功率和电压关系。提示：功率关系：P2P线P3。电压关系：U2U线U3。(3)写出变压器原、副线圈的电压比和电流比。提示：电压比：，。电流比：，。解析选ABDI1103 A，I2 20 A，故A正确；U4220 V，I4，P4P1(110%)，所以U31.8105 V，故B正确；，故C错误；P4nP灯，所以n6104，故D正确。关于远距离输电问题的处理思路(1)画出输电线路图，将已知量和未知量标在图中相应位置；(2)将输电线路划分为几个独立回路；(3)根据串并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路物理量之间的关系；(4)根据升压、降压，原、副线圈的电压、电流关系和功率关系列式求解。针对训练1(xx四川高考)如图10211所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则()图10211A用户用电器上交流电的频率是100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是500 VC输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小解析：选D根据交流电的变化规律、变压器的工作原理和远距离输电知识解题。由ut图像可知，交流电的周期T0.02 s，故频率f50 Hz，选项A错误；交流电的最大值Um500 V，故有效值U250 V，选项B错误；输电线上的电流由降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原副线圈的匝数比决定，选项C错误；当用户用电器的总电阻增大时，副线圈上的电流减小，根据，原线圈(输电线)上的电流减小，根据PI12R，得输电线损失的功率减小，选项D正确。2(xx江苏高考)远距离输电的原理图如图10212所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是()图10212A.BI2CI1U1I22R DI1U1I2U2解析：选D根据变压器的工作原理可知，所以选项A错误；因U2、I2、R不满足欧姆定律公式中物理量之间的对应关系，所以选项B错误；U1I1U2I2，但U2I2I22R，选项C错误，D正确。课时跟踪检测 一、单项选择题1(xx广州模拟)图1是远距离输电的示意图，下列说法正确的是()图1Aa是升压变压器，b是降压变压器Ba是降压变压器，b是升压变压器Ca的输出电压等于b的输入电压Da的输出电压等于输电线上损失的电压解析：选A远距离输电先升压，再降压，选项A正确，B错误；由于输电线有电压损失，故a的输出电压等于b的输入电压与损失的电压之和，选项C、D均错。2.(xx连云港摸底)如图2所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R。开始时，电键S断开，当S闭合时，下列说法正确的是()图2A电压表示数变大B灯泡L1变亮C电流表示数增大 D变压器的输出功率减小解析：选C当S闭合时，R中电流增大，电压表示数变小，灯泡L1变暗，变压器的输出功率增大，电流表示数增大，选项C正确，A、B、D错误。3(xx福建高考)图3为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1n4n2n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL2R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时()图3AA1、A2两表的示数相同BL1、L2两灯泡的亮度相同CR1消耗的功率大于R3消耗的功率DR2两端的电压小于R4两端的电压解析：选D远距离输电过程中，应用高压输电能够减小输电线上的功率损失，R1上消耗的功率小于R3上消耗的功率，C项错；而比较两个不同输电回路，输电线电阻相同，由P损I22R可知，A1示数小于A2示数，A项错；根据欧姆定律可知，R2两端电压小于R4两端电压，D项正确；由于输电线上损失电压不同，故两灯泡两端电压不同，故亮度不同，B项错。4如图4所示，理想变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按图甲所示方式连接，已知变压器的原副线圈的匝数比为n1n2101，电阻R10 ，图乙是R两端电压U随时间变化的图像，Um10 V。则下列说法中正确的是()图4A通过R的电流IR随时间t变化的规律是IRcos 100t (A)B电流表A的读数为 AC电压表V的读数为10 VD变压器的输入功率为10 W解析：选D根据R两端电压U随时间变化的图像，电压表V的读数为10 V，选项C错误；由欧姆定律，通过R的电流IR随时间t变化的规律是IRcos 100t (A)，选项A错误；由变压器变压公式，输入电压为100 V，输入电流为0.1 A，变压器的输入功率为10 W，电流表A的读数为0.1 A，选项B错误D正确。5(xx浙江高考)如图5所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2。则()图5A用户端的电压为B输电线上的电压降为UC理想变压器的输入功率为I12rD输电线路上损失的电功率为I1U解析：选A理想变压器输入和输出功率相同，设用户端得到的电压为U2，则有I1U1U2I2，U2，选项A正确；输电线上的电压降为UI1r，或者UUU1，选项B错误；理想变压器的输入功率为PI1U1，选项C错误；输电线路上损失的电功率为PI12r，选项D错误。6.如图6所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1n2101，接线柱a、b接一正弦交变电源，电压u311sin 100t V。变压器右侧部分为一火警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(电阻随温度升高而减小)，R1为一定值电阻。下列说法正确的是()图6A当R2所在处出现火警时，电阻R1的功率变小B当R2所在处出现火警时，电压表V2的示数变大C当R2所在处出现火警时，电流表A的示数变小D电压表V1示数为22 V解析：选D当R2所在处出现火警时，阻值减小，变压器输出电流增大，输出功率增大，电阻R1两端电压增大，电阻R1的功率变大，电压表V2的示数变小，选项A、B错误；由输入功率等于输出功率可知，当R2所在处出现火警时，电流表A的示数变大，选项C错误；由变压器变压公式，变压器输出电压为22 V，电压表V1示数为22 V，选项D正确。二、多项选择题7(xx宜兴质检)如图7所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压，副线圈接一可变电阻R。在其他条件不变的情况下，为使变压器输入功率增大，下面的措施正确的是()图7A仅增加原线圈匝数n1B仅增加副线圈匝数n2C仅减小电阻R的阻值D仅增大电阻R的阻值解析：选BC为使变压器输入功率增大，可以仅减小电阻R的阻值，仅增加副线圈匝数n2，选项B、C正确。8.如图8所示，理想变压器原、副线圈的匝数比是101，原线圈输入交变电压u100sin 50t(V)，在副线圈中串接有理想电流表和定值电阻R，电容器并联在电阻R两端，电阻阻值R10 ，关于电路分析，下列说法中正确的是()图8A电流表示数是1 AB电流表示数是 AC电阻R消耗的电功率为10 WD电容器的耐压值至少是10 V解析：选CD由变压公式，副线圈输出电压为10 V，由于交变电流可以通过并联在电阻R两端的电容器，所以不能应用欧姆定律计算电流表示数，选项A、B错误；电阻R消耗的电功率为P102/10 W10 W，选项C正确；副线圈输出电压最大值为10 V，电容器的耐压值至少是10 V，选项D正确。9(xx通州模拟)如图9所示，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N，绕OO轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度匀速转动。滑动触头P上下移动时可改变输出电压，副线圈接有定值电阻R，从图示位置开始计时，下列判断正确的是()图9A电流表测得的是电流最大值B感应电动势的瞬时值表达式为eNBSsin tCP向上移动时，电流表示数变大DP向上移动时，电流表示数变小解析：选BD电流表测得的是电流有效值，选项A错误；从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eNBSsin t，选项B正确；P向上移动时，输出电压降低，电流表示数变小，选项C错误D正确。10(xx焦作联考)如图10所示，理想变压器原线圈的匝数n11 100匝，副线圈的匝数n2110匝，R0、R1、R2均为定值电阻，且R0R1R2，电流表、电压表均为理想电表。原线圈接u220sin 314t(V)的交流电源，起初开关S处于断开状态。下列说法中正确的是()图10A电压表的示数为22 VB当开关S闭合后，电压表的示数变小C当开关S闭合后，电流表的示数变大D当开关S闭合后，变压器的输出功率增大解析：选BCD变压器的输入电压的有效值为 V，则副线圈两端的电压为 V，根据串联分压原理，电压表的示数为 V，选项A错误；当开关S闭合后，输出功率增大，电压表的示数变小，原线圈输入功率增大，电流表的示数变大，选项B、C、D正确。三、非选择题11某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线总电阻为6 。(1)若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率。(2)若改用5 000 V高压输电，用户端利用n1n2221的变压器降压，求用户得到的电压。解析：(1)输电线上的电流为I A52.63 A输电线路损耗的功率为P损I2R52.6326 W16 620 W16.62 kW。(2)改用高压输电后，输电线上的电流为I A4 A用户端在变压器降压前获得的电压U1UIR(5 00046)V4 976 V根据，用户得到的电压为U2U14 976 V226.18 V。答案：(1)16.62 kW(2)226.18 V12(xx洛阳重点高中联考)三峡水利枢纽工程是流域治理开发的关键工程，是中国规模最大的水利工程。枢纽控制的流域面积为1106 km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量Q4.511011 m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面。在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量即26台发电机组同时工作时的总发电功率P1.82107 kW。年平均发电量约为W8.401010 kWh，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面。阅读上述资料，解答下列问题(水的密度1.0103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2)。图11(1)请画出远距离输电的原理图并在其上用相应的符号标明相应的物理量。(2)若三峡电站上、下游水位差按H100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率的公式并计算出效率的数值。(3)若26台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？(4)将该电站的电能输送到华中地区，输电功率P14.5106 kW，采用超高压输电，输电电压U500 kV，而发电机输出的电压约为U018 kV，要使输电线上损耗的功率为输送电功率的5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数之比和输电线路的总电阻。解析：(1)远距离输电的原理图如图所示。(2)电站能量转化的效率效率100%67.1%。(3)依据P可知，每台发电机组平均年发电时间t 天192.3天。(4)升压变压器原、副线圈的匝数之比9250由P1UI得I9.0103 A又P损I2R5%P1由以上各式解得R2.78 。答案：(1)见解析(2)67.1%(3)192.3天(4)92502.78 实验九传感器的简单应用对应学生用书P176一、实验目的(是什么)1认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。2了解传感器的简单应用。二、实验原理(是什么)1传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。2其工作过程如图实91所示图实91三、实验器材(有哪些)热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。四、实验过程(怎么做)1研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤按图实92所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；图实92把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。(2)数据处理根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。次数待测量温度()电阻()在图实93坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。图实93根据实验数据和Rt图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。2研究光敏电阻的光敏特性(1)实验步骤将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图实94所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；图实94先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；用手掌(或黑纸)遮住光，观察