2015届高考物理大一轮复习—配套Word版文档：第十章-交变电流-传感器(共38页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上考纲展示热点视角1.交变电流、交变电流的图象2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值3.理想变压器4.远距离输电实验十一：传感器的简单使用说明：1.不要求讨论交变电流的相位和相位差的问题.2.只限于单相理想变压器.1.交变电流的四值计算以及变压器的原理和应用是高考考查的热点，题型以选择题为主.2.传感器在生产和科技中的应用越来越广泛，这使传感器的原理及应用在高考中出现的可能性有所增加.3.本章知识与生产、生活联系紧密，理论联系实际的题目出现的可能性较大，如涉及民生的远距离输电问题.第一节交变电流的产生和描述一、交变电流的产生和变化规律1交变电流(1)定义：大小和方向

2、随时间做_变化的电流(2)图象：下图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流，其中甲属于_交流电2正弦交流电(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕_方向的轴匀速转动(2)中性面：定义：与磁场方向_的平面特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量_，磁通量的变化率为_，感应电动势为_线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)电动势(e)：e_电压(u)：u_电流(i)：i_(4)图象(如图)二、描述交变电流的物理量1交变电流的周期和频率的关系：T_2峰值和有效值(1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的_(2)有效值：让交流与恒定电流分别通过大小_的电阻，如果在交流的一个周

3、期内它们产生的_相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I_，U_，E.3平均值：E_BLv.特别提示：通常所说交变电流、电压的数值，各种交流电器设备所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电表测量的数值，都是指有效值(除非有特殊说明),11.(单选)下图中不表示交变电流的是()12.(单选)关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是()A线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势的方向不变B线圈每转动一周，感应电流的方向改变一次C线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都改变一次D线

4、圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次21.(单选)(2013高考福建卷)如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1.0 ，外接R9.0 的电阻闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 10t(V)，则()A该交变电流的频率为10 HzB该电动势的有效值为10 V C外接电阻R所消耗的电功率为10 WD电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A22.(单选)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示此线圈与一个R10 的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是()A交变电流的周期为0.1

5、25 sB交变电流的频率为8 HzC交变电流的有效值为 AD交变电流的最大值为4 A交变电流的变化规律1正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)函数图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin t nBSsin t电压uUmsin tsin t电流iImsin t sin t2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变(2)线圈平面与中性面垂直时，SB，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变特别提醒：t图象与对应的et图象是互余的(单选)如图甲所示，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

6、速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正则下图所示的四幅图中正确的是()思路点拨确定感应电流的变化图象，应从三个方面分析：(1)感应电流的方向，(2)感应电流的大小，(3)感应电流大小的变化趋势尝试解答_总结提升解决交变电流图象问题的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关(2)注意峰值公式EmnBS中的S为有效面积(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解1(单选)如图甲所示

7、，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，从图示位置开始计时，产生的感应电动势如图乙所示若线圈的转速变为原来的2倍，而其他条件保持不变，从图示位置转过90开始计时，则能正确反映线圈中产生的电动势e随时间t的变化规律的图象是()交流电有效值的求解1正弦式交流电有效值的求解利用I，U，E计算2非正弦式交流电有效值的求解交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期(单选)(2014沈阳质检)

8、如图所示为一交流电压随时间变化的图象每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定根据图中数据可得，此交流电压的有效值为()A7.5 VB8 VC2 V D3 V尝试解答_解题技巧(1)要取一个周期的时间计算电热；(2)分段处理：曲线为正弦的部分用I代替，恒定的部分有效值即为瞬时值2(单选)如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲W乙为()A1 B12C13 D16交变电流的“四值”的比较1交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关

9、系适用情况及说明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情况峰值最大的瞬时值EmnBSIm讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E U I(只适用于正弦式交变电流)(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)交流电压表和电流表的读数为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值EBLv EnI计算通过电路截面的电荷量2.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)求出角速度，2f.(2)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出

10、或由公式EmnBS求出相应峰值(3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式如：线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为iImsin t.线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iImcos t.如图所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻为1 ，外接电阻R9 ，匀强磁场的磁感应强度BT，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时问：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大？(3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少？(4)从中性面开始计时，经 s通过电阻R的电

11、荷量是多少？课堂笔记3(多选)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示由图可知()A该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin (25t) VB该交流电的频率为25 HzC该交流电的电压的有效值为100 VD若将该交流电压加在阻值为R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W弄不清交流电“四值”的区别而造成错误范例(单选)标有“220 V、40 W”的电灯和标有“20 F、300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关下列判断正确的是()At时刻，V的示数为零B电灯恰正常发光C电容器不可能被击穿DV的示数保持110 V不变错因分析错解1：误

12、认为电压表示数为电压的瞬时值或平均值而错选A、D.错解2：误认为电容器的耐压值为有效值而错选C.解析V的示数应是电压的有效值220 V，故A、D错；电压的有效值恰等于电灯的额定电压，电灯正常发光，B正确；电压的峰值220 V311 V，大于电容器的耐压值，故有可能被击穿，C错答案B真知灼见在解答有关交变电流问题时，除要注意电路结构外，还要区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，最大值是瞬时值中的最大量值，有效值是以电流的热效应来等效定义的，与电磁感应问题一样，求解与电能、电热相关问题时，一定要使用有效值，而求解通过导体截面的电荷量时，一定要用平均值4(单选)一台小型发电机产生的电动势随时

13、间变化的正弦规律图象如图甲所示已知发电机线圈内阻为5.0 ，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则()A电压表V的示数为220 VB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 WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J_高考题组1(多选)(2013高考山东卷) 图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象如图乙所示，以下判断正确的是()A电流表的示数为10 AB线圈转动的角速度为50 rad/sC0.01 s时线

14、圈平面与磁场方向平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左2(多选)(2012高考广东卷)某小型发电机产生的交变电动势为e50sin 100t(V)对此电动势，下列表述正确的有()A最大值是50 VB频率是100 HzC有效值是25 V D周期是0.02 s3(单选)(2013高考海南卷)通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s电阻两端电压的有效值为()A12 V B4 VC15 V D8 V_模拟题组4(单选)(2014郑州模拟)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和

15、电刷与电阻R10 连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象则()A电阻R上的电功率为20 WB0.02 s时R两端的电压瞬时值为零CR两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t(V)D通过R的电流i随时间t变化的规律是i1.41cos 50t(A)5(多选)(2014湖南十二校联考)如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，其电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B.若线圈从图示位置开始以角速度绕轴OO匀速转动，则以下判断正确的是()A图示位置线圈中的

16、感应电动势最大为EmBL2B闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为eBL2sin tC线圈从图示位置转过180的过程中，流过电阻R的电荷量为qD线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q温馨提示日积月累，提高自我请做课后达标检测30第二节变压器远距离输电一、变压器原理1工作原理：电磁感应的_现象2理想变压器的基本关系式(1)功率关系：P入P出(2)电压关系：_，若n1n2，为_变压器；若n1 D.对输电线路中各量关系不明确造成错误范例(单选)某远距离输电电路的输电电压为U，输电导线的总电阻为R，下列分析正确的是()A由公式P得到，输电导线的电阻越大，功率损失越少B由公式I得到，输电导线的电阻越

17、小，电流越大C由公式PI2R得到，输电电流越大，输电导线上的功率损失越大D由公式PIU得到，输电导线上的功率损失与电流强度成正比错因分析错解1：不清楚输电电压与损失电压的区别，而误选A或D.错解2：不清楚输电电流是由输出功率和输电电压决定的而误选B.解析用P讨论输电导线的功率损失时，电压应为导线损失的电压U，而不能用输电电压，故A错；用I讨论输电线中的电流，电压应为导线损失的电压，实际上输电电流I，故B错；C项中I、R均是导线的电学量，故C正确；而PIU是输电功率，不是导线损失的功率，而导线损失的功率应为PR，故D错答案C真知灼见(1)在应用电学公式时，要注意公式中的每一个量必须是同一段电路或

18、同一个元件的量(2)对远距离输电，要弄清各量之间的关系，常见错误都是误认为导线上的电压降等于输电电压解决的方法是：把升压变压器看做电源，导线、降压变压器看做用电器，两者串联接到升压变压器上1(单选)(2013高考四川卷) 用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图所示，则()A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈匝数比是12D负载电流的函数表达式i0.05sin A2(多选) (2011高考山东卷)为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图甲为变压器示意图保持输入电压U1不变，当滑

19、动接头P上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压随时间t变化的曲线如图乙所示以下正确的是()Au2190 sin (50t)VBu2190 sin (100t)VC为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移D为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移3(单选)(2010高考浙江卷)某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是()A输电线上输送的电流大小为2.0105 AB输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108 kWD输电线上损失的功率为

20、PU2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻_模拟题组4(单选)(2014银川模拟)如图所示，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随时间变化的图象，Um10 V则下列说法中正确的是()A交变电流的频率是50 HzB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 W5(多选)(2014陕西西工大附中模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为110，接线柱a、b接在电压为u22sin (100t)V的交流电源上，R1为定值电阻，其阻值为100 ，R2为用半导体热敏

21、材料制成的传感器下列说法中正确的是()At s时，a、b两点间电压的瞬时值为11 VBt s时，电压表的读数为220 VC当R2的温度升高时，电压表示数不变，电流表示数变大D在1分钟内电阻R1上产生的热量为2 904 J温馨提示日积月累，提高自我请做课后达标检测31实验十一传感器的简单使用实验目的1了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性2学会传感器的简单使用实验原理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其工作过程如图所示：实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等实验

22、步骤1研究热敏电阻的热敏特性(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)(2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)次数待测量123456温度()电阻()(3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在RT图中，得图线如图乙所示2研究光敏电阻的光敏特性(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；(2)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；(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；(4)用手掌(或黑纸)遮

23、光时电阻值又是多少？并记录把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性.光照强度弱中强无光照射阻值()结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大误差分析本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数注意事项1在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温2光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少3欧姆表每次换挡后都要重新调零改进创新对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻

24、Rt的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：(1)往Rt上擦一些酒精(2)用吹风机将热风吹向电阻，根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性实验分析：(1)中指针左偏，说明Rt的阻值增大；酒精蒸发吸热，温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大(2)中指针右偏，Rt的阻值减小，而电阻Rt温度升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论热敏电阻的原理及应用用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图甲虚线框内所示的电路，以使电路的等效电阻

25、RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图乙所示，图中的电压表内阻很大RL的测量结果如下表所示温度t()30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值()54.351.548.344.741.437.934.7回答下列问题：(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线乙(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作RLt关系图线(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丙、丁所示电流表的读数为_，电压表的读数为_此时等效电阻RL的阻值为_；热敏电阻所处环境的

26、温度约为_解析(1)根据电路图连接实物图，R1与RT并联，再与R2串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控制整个电路(2)根据表中数据，在RLt图象中描点，作RLt图象为一条直线(3)读出电压U5.00 V，电流I115 mA.RL43.5 ，再由RLt关系图线找出RL43.5 对应的温度t64.0 .答案(1)连线如图所示(2)RLt关系图线如图所示(3)115 mA5.00 V43.5 64.0 (62.066.0 均正确)光敏电阻的特性和应用为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反

27、映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R

28、110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干解析(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小甲乙(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 k，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 k，即选用R1，电路原理图如图乙所示答案见解析范例如图所示装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k.电源的电动势为E，内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为L，重力加速度为g，V为理想

29、电压表当木板上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图中a点，此时电压表示数为零在木板上放置质量为m的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移由电压表的示数U及其他给定条件，可计算出弹簧的劲度系数k.(1)写出m、U与k之间所满足的关系式(2)已知E1.50 V，L12.0 cm，g9.80 m/s2.测量结果如下表：m(kg)1.001.503.004.506.007.50U(V)0.1080.1540.2900.4460.6080.740在图中给出的坐标纸上利用表中数据描出mU直线；mU直线的斜率为_kg/V；弹簧的劲度系数k_N/m(结果均保留三位有效数字)解析(1)设放置质量为m的物体时弹簧压

30、缩量为x，则有mgkx又UE解得mU.(2)用描点法作图，作出的图象如图所示选取(0，0)、(0.90，9)两点，则斜率为 kg/V10.0 kg/V.因mU，故，k10.0 N/m1.23103 N/m.答案(1)mU(2)见解析图10.01.23103点评本实验通过机械装置和电压表将力学量转化为电学量，设备简单、设计巧妙、原理明了，属于力电综合实验题，重点考查数据处理能力1(多选)美国科学家Willard SBoyle与George ESmith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖CCD是将光学量转变成电学量的传感器下列器件可作为传感器的有()A发光二极管B热敏

31、电阻C霍尔元件 D干电池2.如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器，当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I及报警器两端的电压U的变化情况是()AI变大，U变大 BI变大，U变小CI变小，U变小 DI变小，U变大3.酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系如果二氧化锡半导体型酒

32、精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是()AU越大，表示C越大，C与U成正比BU越大，表示C越大，但是C与U不成正比CU越大，表示C越小，C与U成正比DU越大，表示C越小，但是C与U不成反比4利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是()A传送带运动的速度是0.1 m/sB传送带运动的速度是0.2 m/sC该传送带每小时输送3 600个工件D该传送带每小时输送7 200个工件5.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，显示体重