專題十二交變電流傳感器

考情解讀課標要求1.通過實驗,認識交變電流.能用公式和圖像描述正弦交變電流.2.通過實驗,探究并了解變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系.知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因.3.了解發電機和電動機工作過程中的能量轉化.認識電磁學在人類生活和社會發展中的作用.4.知道非電學量轉換成電學量的技術意義.5.通過實驗,了解常見傳感器的工作原理.會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置.6.列舉傳感器在生產生活中的應用.

考情解讀命題探究1.命題分析:本專題的考題貼近生活,與生活、生產實際聯系緊密.題目多以發電機為載體,考查交變電流的產生及其描述,綜合變壓器以及遠距離輸電等多個考點,以選擇題形式出現,難度中等.2.趨勢分析:根據近幾年考情可知,高考對本專題的考查較為常規,交變電流的產生原理及遠距離輸電問題應引起重視.

考情解讀核心素養聚焦物理觀念:1.理解交變電流的產生,理解交變電流“四值”問題,理解理想變壓器及遠距離輸電原理;2.掌握交變電流的描述方法,運用能量觀念分析變壓器及遠距離輸電問題.科學思維:1.運用等效思想求解交變電流問題;2.建構理想變壓器及遠距離輸電模型分析求解問題.科學探究:通過實驗,認識交變電流,了解變壓器的工作原理,探究傳感器的簡單使用.

考情解讀核心考點考題取樣考法考向1.交變電流的產生及其描述2019天津,T82018全國Ⅲ,T16考查交變電流的產生及其描述考查交變電流有效值的計算及焦耳定律熱效應的計算2.變壓器、遠距離輸電2020全國Ⅱ,T192020全國Ⅲ,T202020山東,T5考查遠距離輸電問題考查理想變壓器的工作原理考查理想變壓器的電路分析3.實驗:傳感器的簡單使用2019全國Ⅱ,T232017江蘇,T11研究硅二極管在恒定電流下的正向電壓U與溫度t的關系考查溫控裝置的原理及設計考點1交變電流的產生及其描述

考點

必備知識通關1.正弦式交變電流的產生在勻強磁場里,繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動的線圈里產生的是正弦式交變電流.交流電產生過程中的兩個特殊位置如下表所示:圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置特點B⊥SB∥SΦ=BS,最大.Φ=0,最小.e=n=0,最小.e=n=nBSω,最大.感應電流為零,方向改變.感應電流最大,方向不變.

考點

必備知識通關2.交變電流的變化規律若從線圈在中性面位置時開始計時,則正弦交變電流的變化規律如下表所示:

函數圖像磁通量Φ=Φmcos

ωt=BScos

ωt電動勢e=Emsin

ωt=nBSωsin

ωt電壓u=Umsin

ωt=sin

ωt電流i=Imsin

ωt=sin

ωt

考點

必備知識通關3.正弦式交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量重要關系適用情況及說明瞬時值e=Emsin

ωti=Imsin

ωt計算線圈某時刻的受力情況.(從線圈在中性面位置開始計時)峰值Em=nBSωIm=討論電容器的擊穿電壓.

考點

必備知識通關物理量重要關系適用情況及說明有效值E=U=I=(1)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱等);(2)電氣設備“銘牌”上所標的值;(3)保險絲的熔斷電流;(4)交流電表的讀數.平均值

計算通過電路截面的電荷量.

考點

必備知識通關4.

幾種典型交變電流的有效值名稱電流(電壓)圖像有效值正弦式交變電流正弦式半波交變電流

考點

必備知識通關名稱電流(電壓)圖像有效值正弦單向脈沖電流

矩形脈沖電流

非對稱性交變電流

考法

解題能力提升考法1對交流電的圖像的考查示例1

[2017天津,6,6分,多選]在勻強磁場中,一個100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉動,穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規律變化.設線圈總電阻為2Ω,則

A.t=0時,線圈平面平行于磁感線B.t=1s時,線圈中的電流改變方向C.t=1.5s時,線圈中的感應電動勢最大D.一個周期內,線圈產生的熱量為8π2

J

考法

解題能力提升思維導引：解析：由題圖知,t=0時,磁通量為零,磁感線與線圈平面平行,A正確;當磁感線與線圈平面平行時,磁通量變化率最大,感應電動勢最大,畫出感應電動勢隨時間變化的圖像如圖所示,由圖可知,t=1s時,感應電流沒有改變方向,B錯誤;t=1.5s時,感應電動勢為0,C錯誤;感應電動勢最大值Em=NBSω

=NΦm

=100×0.04×

V=4πV,有效值E=

×4πV=2

πV,一個周期內線圈產生的熱量Q=

T=8π2J,D正確.

考法

解題能力提升歸納總結正(余)弦交變電流的特點1.電流方向的改變:線圈通過中性面時,電流方向發生改變,一個周期內線圈通過中性面兩次,電流的方向改變兩次.2.感應電動勢的最大值Em=nBSω,與轉軸的位置無關,與線圈形狀無關.3.若自中性面的垂面開始計時,則磁通量隨時間變化的規律為正弦規律,電動勢、電壓和電流隨時間變化的規律為余弦規律.

考法

解題能力提升考法2

對非正弦式交流電的有效值的考查示例2

如圖所示的交變電流由正弦式交變電流的一半和反向脈沖電流組合而成,則這種交變電流的有效值為

I0

B.

I0C.

I0

D.I0

考法

解題能力提升解析：由i-t圖像知交變電流的周期T=2s.一個周期內,前半個周期電流的有效值為I1=

,后半個周期電流的有效值為I2=I0.設交變電流的有效值為I,據交變電流有效值的定義有I2RT

,解得I=

I0.故C正確.

考法

解題能力提升歸納總結

交變電流有效值的計算方法1.對正弦式交變電流,直接利用峰值與有效值的關系計算.2.對非正弦式交變電流,有效值需根據電流的熱效應計算.可先觀察非正弦式交變電流的變化形式,將一個周期分成若干小段,求出各段電流通過相同電阻所產生的熱量和,再利用焦耳定律求出與恒定電流、恒定電壓等效的有效值.需注意以下幾點:(1)計算有效值時要根據電流的熱效應,抓住“三同”(“相同時間”內“相同電阻”上產生“相同熱量”)列式求解.(2)分段計算電熱,求和得出一個周期內產生的總熱量.(3)利用兩個公式Q=I2Rt和Q=

t可分別求得電流有效值和電壓有效值.(4)若圖像部分表示的是正弦式交變電流,其中的

(但必須是從零至最大值或從最大值至零)和

周期部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系I=

、U=

求解.

考法

解題能力提升考法3對正弦式交流電的“四值”問題的考查示例3如圖所示,勻強磁場的磁感應強度B=0.5T,邊長L=10cm的正方形線圈共N=100匝,線圈總電阻r=1Ω,線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO'勻速轉動,角速度ω=2πrad/s,外電路中的電阻R=4Ω,求:(1)感應電動勢的最大值;(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉過60°時的瞬時感應電動勢的大小;(3)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉過60°的過程中產生的平均感應電動勢的大小;(4)交流電壓表的示數;(5)線圈轉動一周產生的總熱量;(6)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉過60°的過程中通過電阻R的電荷量.

考法

解題能力提升思維導引：解析：(1)感應電動勢的最大值為Em=NBL2ω=100×0.5×0.12×2πV=3.14V.(2)由圖示位置轉過60°時的瞬時感應電動勢的大小為e=Emcos

60°=3.14×0.5V=1.57V.

考法

解題能力提升(3)由圖示位置轉過60°的過程中產生的平均感應電動勢的大小為

V≈2.60V.(4)交流電壓表的示數為外電路兩端電壓的有效值,即U=V≈1.78V.(5)線圈轉動一周產生的總熱量為Q=≈0.99J.(6)在周期內通過電阻R的電荷量為q=≈0.087C.

考法

解題能力提升特別提醒

交流電的解題核心——最大值Em=nBSω1.線圈在勻強磁場中勻速轉動,產生正弦式交變電流.電表讀數、產生的熱量均由交變電流的有效值來確定.已知最大值,才能計算其有效值、瞬時值.2.涉及電容器等的耐壓值時,由最大值來確定;計算通過某一截面的電荷量時,用平均值求解.

高分幫重難突破對交流電的綜合問題的分析1.交流電發電機所產生的交流電隨時間的變化規律是解題的關鍵.通常有兩種:正弦規律,矩形波規律.2.計算交流電的最大值,根據變化規律寫出瞬時值的表達式,畫出e-t圖像.3.根據各物理量對應交流電的不同值來進行計算.

高分幫示例4如圖1所示,一個半徑為r的半圓形線框,以直徑ab為軸勻速轉動,周期為T,ab的左側有垂直于紙面向里(與ab垂直)的勻強磁場,磁感應強度大小為B.M和N是兩個集流環,負載電阻為R,線框電阻為R0,摩擦和其他部分的電阻均不計,從圖示位置開始計時.(1)在圖2中畫出線框產生的電動勢隨時間變化的圖像(至少畫兩個周期);(2)求線框轉過

時間內通過負載電阻R的電荷量;(3)求線框轉過

時間內外力做的功;(4)求電壓表的示數.

高分幫解析：(1)根據題意得,最大電動勢Em=

Bπr2·

=

電動勢隨時間變化的圖像如圖所示.(2)從圖示位置起轉過

圈的時間內,穿過線框平面的磁通量的變化量為ΔΦ=

Bπr2又

=

,則通過負載電阻R的電荷量為q=

·Δt=

·Δt=

=

.

高分幫(3)線框轉過

時間內外力做的功W=

.(4)根據電流的熱效應得解得電動勢有效值則電壓表的示數為

.

高分幫歸納總結

書寫交變電流瞬時值表達式的一般思路1.求出角速度,.2.根據公式Em=nBSω求出相應峰值.3.明確線圈的初始位置,找出對應的瞬時值表達式.(1)開始計時時線圈與中性面重合,則電流瞬時值表達式為i=Imsinωt;(2)開始計時時線圈與中性面垂直,則電流瞬時值表達式為i=Imcosωt;(3)開始計時時線圈與中性面夾角為θ,則電流瞬時值表達式為i=Imsin(ωt+θ).

考點2變壓器、遠距離輸電

考點

必備知識通關1.理想變壓器(1)構造如圖,變壓器由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成.

(2)原理原線圈中變化的電流在鐵芯中激發變化的磁場,變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢.

考點

必備知識通關(3)基本關系式功率原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率,即P入=P出.電壓原、副線圈的電壓比等于匝數比,即

,與副線圈個數的多少無關.電流(1)只有一個副線圈時,

;(2)有多個副線圈時,由P入=P出得U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn.頻率原、副線圈中電流的頻率相等.電動勢由于互感現象,根據法拉第電磁感應定律,有E1=n1,E2=n2，

所以=.

考點

必備知識通關應用·實踐1.變壓器不能改變直流電壓.2.理想變壓器基本關系中的U1、U2、I1、I2等均為有效值.

考點

必備知識通關2.遠距離輸電(1)輸電系統原理示意圖升壓變壓器(T1):.降壓變壓器(T2):.(2)電壓損失:ΔU=U2-U3=.(3)功率損失:ΔP=P-P'=

.(4)減少電能損失的方法在輸電功率一定時,提高輸電電壓U2是減少電能損失的有效方法.

考點

必備知識通關交流·研討輸電線上有電阻,電流通過時產生焦耳熱引起電能損失,由P損=I2R線知,要減小電能在輸電線上的損耗,有兩種方法:1.減小輸電導線的電阻,如采用電阻率低的材料做導線,加大導線的橫截面積[代價較高];2.提高輸電電壓,減小輸電電流(輸送功率一定的情況下)[常用方法].

考法

解題能力提升考法1對理想變壓器原理的理解示例1

[2020山東,5,3分]圖甲中的理想變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2=22:3,輸入端a、b所接電壓u隨時間t的變化關系如圖乙所示.燈泡L的電阻恒為15Ω,額定電壓為24V.定值電阻R1=10Ω、R2=5Ω,滑動變阻器R的最大阻值為10Ω.為使燈泡正常工作,滑動變阻器接入電路的電阻應調節為A.1Ω

B.5Ω

C.6Ω

D.8Ω

考法

解題能力提升思維導引：

考法

解題能力提升解析：由圖乙可知理想變壓器輸入電壓U1=220V,應用理想變壓器變壓公式

=

=

,可得副線圈輸出電壓U2=30V.燈泡正常工作時,燈泡兩端電壓為UL=24V,電流IL=

=1.6A.設R1兩端電壓為U,由U2=

UL+U,可得U=6V.由

+

=IL,解得R=1Ω,選項A正確.

考法

解題能力提升歸納總結

理想變壓器的制約關系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數比決定,即U2=U1(“原制約副”).功率副線圈中的功率P2由用戶負載決定,原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定,即P1=P2(“副制約原”).電流原線圈中的電流I1由副線圈中的電流I2和匝數比決定,即I1=I2(“副制約原”).

考法

解題能力提升拓展延伸

幾種常用的變壓器1.自耦變壓器——調壓變壓器,如圖1、2所示.2.互感器

考法

解題能力提升考法2對變壓器中的動態變化問題的考查示例2

[2016天津,5,6分]如圖所示,理想變壓器原線圈接在交流電源上,圖中各電表均為理想電表.下列說法正確的是

A.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時,R1消耗的功率變大B.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時,電壓表V示數變大C.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時,電流表A1示數變大D.若閉合開關S,則電流表A1示數變大、A2示數變大

考法

解題能力提升解析：當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時,滑動變阻器接入電路的電阻增大,變壓器副線圈的總負載的等效電阻增大,R1中電流減小,R1兩端電壓減小,電壓表示數變大,R1消耗的電功率變小,選項A錯誤,B正確.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時,變壓器副線圈輸出電流減小,輸出功率減小,根據變壓器輸入功率等于輸出功率,可知變壓器輸入功率減小,則電流表A1示數變小,選項C錯誤.若閉合開關S,變壓器副線圈的總負載的等效電阻減小,則R1中電流增大,R1兩端電壓增大,電壓表示數減小,電流表A2示數減小,電流表A1示數變大,選項D錯誤.

考法

解題能力提升

歸納總結

理想變壓器動態分析的兩種情況1.匝數比不變,負載改變.如圖甲所示.(1)電壓分析:U1不變,由于

=

,故不論負載電阻R如何變化,U2不變.(2)電流分析:當負載電阻發生變化時,I2=

變化,由于

=

,故I1發生變化.(3)功率分析:I2變化引起P2=U2I2變化,由于P1=P2,故P1發生變化.

考法

解題能力提升2.負載電阻不變,匝數比改變.如圖乙所示.(1)電壓分析:U1不變,

發生變化,根據

=

可知,U2變化.(2)副線圈電流分析:R不變,U2變化,故I2=

發生變化.(3)功率分析:根據P2=

,可知P2發生變化,又P1=P2,故P1變化.(4)原線圈電流分析:因P1=U1I1,U1不變,故I1發生變化.

考法

解題能力提升分析變壓器動態問題的基本思路

考法

解題能力提升考法3對多個副線圈的變壓器問題的考查示例3如圖所示,接在理想變壓器回路中的四個規格相同的燈泡都正常發光,那么,理想變壓器的匝數比n1∶n2∶n3為A.1∶1∶1

B.3∶2∶1C.6∶2∶1

D.2∶2∶1

考法

解題能力提升解析：燈泡正常發光,可得UA=UB=UC=UD,所以U2=2U3,由理想變壓器的電壓關系得,可得n2=2n3.燈泡都正常發光,則功率相等,即PA=PB=PC=PD,由P=I2R得IA=IB=IC=ID,即I1=I2=I3.由理想變壓器的功率關系得U1I1=U2I2+U3I3,即n1I1=n2I2+n3I3,可得n1=n2+n3=2n3+n3=3n3,所以n1∶n2∶n3=3∶2∶1.

考法

解題能力提升特別提醒

對于有兩個及以上副線圈的理想變壓器,電壓與匝數成正比的規律仍然成立,而電流與匝數成反比的規律不成立.但在任何情況下,電流關系都可以根據原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率即P入=P出進行求解.

考法

解題能力提升考法4對遠距離輸電問題的考查示例4

[2015福建,15,6分]圖為遠距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線圈匝數分別為n1、n2,在T的原線圈兩端接入一電壓u=Umsinωt的交流電源,若輸送電功率為P,輸電線的總電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則輸電線上損失的電功率為

考法

解題能力提升思維導引：解析：因為u=Umsinωt,所以有U1=

,根據變壓器變壓規律有U2=

,根據P=U2I2得I2=

=

,線路損失的功率為ΔP=2

r=

,所以C項正確,A、B、D項錯誤.輸電線上損失的電功率ΔP=

R線,解答本題的關鍵是運用題給物理量,求得I線.

考法

解題能力提升歸納總結1.遠距離輸電是聯系實際的問題,本題是典型的遠距離輸電物理模型.由于問題涉及物理量多,需運用的公式多,所以分析求解時,要根據遠距離輸電模型圖,抓住輸電的兩頭——發電廠和用戶;研究兩次電壓變換——升壓和降壓;分析中間一條線——輸電線.運用公式時要注意腳標,做到條理清晰,推論嚴謹.

考法

解題能力提升2.遠距離輸電問題的三點注意(1)弄清三個回路(如圖所示)在回路2中,U2=ΔU+U3,I2=I線=I3.

考法

解題能力提升(2)抓住兩個聯系①理想的升壓變壓器聯系著回路1和回路2,由變壓器原理可得:線圈1(匝數為n1)和線圈2(匝數為n2)中各個量間的關系是

=

,

=

,

P1=P2.②理想的降壓變壓器聯系著回路2和回路3,由變壓器原理可得:線圈3(匝數為n3)和線圈4(匝數為n4)中各個量間的關系是

=

,

=

,

P3=P4.(3)掌握一個守恒功率守恒關系式P1=P損+P4.

考法

解題能力提升考法5實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系示例5為了探究理想變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系,某實驗興趣小組做了下列實驗.一個可變變壓器原線圈接入220V正弦交流電,副線圈安有一個理想電壓表.副線圈有三個抽頭a、b、c.變壓器總匝數為1000,測得S分別接a、b時電壓表示數為176V,110V,已知b為線圈中點,實驗初步探究得到原、副線圈電壓與匝數的關系是

;已知抽頭c為總匝數的四分之一,則有S接c時,電壓表示數為

,抽頭a、b間匝數為

.

考法

解題能力提升思維導引：解析：根據nb:n1=1:2,Ub:U1=1:2,可以得出

=

.故原、副線圈電壓跟匝數成正比,又nc=

n1,故Uc=

U1=55V,而Ua=176V,故na=

·n1=800,又nb=

n1=500,則a、b間匝數Δnab=na-nb=300.

高分幫重難突破1

“變壓器+”題型綜合問題題型1

“變壓器原線圈+電阻”1.變壓器的原線圈與電阻串聯.在公式

=

中,U1是原線圈兩端的電壓,電源電壓等于U1與串聯電阻的電壓之和.2.變壓器的原線圈與電阻并聯.在公式

=

中,I1是通過原線圈的電流,通過電源的電流等于I1與并聯電阻的電流之和.

高分幫示例6

[2015新課標全國Ⅰ,16,6分]一理想變壓器的原、副線圈的匝數比為3∶1,在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻,原線圈一側接在電壓為220V的正弦交流電源上,如圖所示.設副線圈回路中電阻兩端的電壓為U,原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為k,則A.U=66V,k=

B.U=22V,k=

C.U=66V,k=

D.U=22V,k=

高分幫.解析：根據理想變壓器的原理U1∶U2=n1∶n2可知,當副線圈電壓U2=U時,原線圈電壓U1=3U,理想變壓器P1=P2,即U1I1=U2I2,I2=

,得到I1=

;根據串聯電路的特點可知U源=U1+I1R,其中U源=220V,可得U=66V;根據P=I2R,原、副線圈的回路中電阻相等,可得功率的比值k=

.A項正確.

高分幫題型2

“變壓器+二極管”解決這類問題一般需把握三點:1.二極管具有單向導電性,正向導通反向截止.2.先假設二極管不存在,確定副線圈的電流和電壓,再利用二極管的單向導電性判斷負載電阻的電流和電壓.3.結合P入=P出進行分析,電壓和電流要用有效值.

高分幫示例7[新課標全國Ⅱ,多選]

如圖,一理想變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2.原線圈通過一理想電流表接正弦交流電源,一個二極管和阻值為R的負載電阻串聯后接到副線圈的兩端.假設該二極管的正向電阻為零,反向電阻為無窮大.用交流電壓表測得a、b端和c、d端的電壓分別為Uab和Ucd,則A.Uab∶Ucd=n1∶n2B.增大負載電阻的阻值R,電流表的讀數變小C.負載電阻的阻值越小,c、d間的電壓Ucd越大D.將二極管短路,電流表的讀數加倍

高分幫.解析：公式

=

中U1、U2是理想變壓器原、副線圈兩端的電壓,U1=Uab,由于二極管的單向導電特性,Ucd≠U2,A項錯誤.增大負載電阻的阻值R,負載的電功率減小,由于P入=P出,且P入=I1Uab,所以原線圈上的電流I1減小,即電流表的讀數變小,B項正確.負載電阻的阻值變小時,Ucd不變,C項錯誤.在一個周期T內,二極管未短路時有UabI1T=

·

,二極管短路時有UabI'1T=

T,U2不變,則I'1=2I1,D項正確.

高分幫題型3

“變壓器+電容(電感)”解決該類問題要注意電容和電感在含交流電電路中的特點:1.電容器的電容越大,交流電的頻率越高,對交變電流的阻礙作用越小.2.電感線圈的自感系數越大,交流電的頻率越高,對交變電流的阻礙作用越大.

高分幫示例8

[多選]如圖所示,一個理想變壓器副線圈兩端接三條支路,每條支路上都接有一個燈泡,每個燈泡相同,電路中L為電感線圈,C為電容器,R為定值電阻.原線圈兩端接有一個小型交流發電機,當交流發電機轉子的轉速為n時,三個燈泡的亮度相同.如果增大發電機轉子的轉速(在保證元件安全范圍內),則下列說法中正確的是A.燈泡Ⅰ的亮度不變B.三個燈泡中,燈泡Ⅱ一定最暗C.三個燈泡中,燈泡Ⅲ一定最亮D.三個燈泡仍一樣亮

高分幫.解析：增大發電機轉子的轉速后,為ni,交流電電壓的最大值um=NBS·2πni增大,所以變壓器的輸入電壓與輸出電壓都增大.增大發電機轉子的轉速后,交流電頻率增大,對電阻的阻礙作用沒影響,線圈阻礙作用變大,電容阻礙作用變小,可知三個燈泡中,Ⅲ最亮,Ⅱ最暗,故B、C兩項正確.

高分幫重難突破2“等效電阻”問題如圖甲所示的理想變壓器原、副線圈匝數比為n1:n2,則副線圈回路的電阻R可等效為原線圈回路的電阻R‘,如圖乙所示,

R’=

=

=(

)2R.

高分幫示例9

[2016全國Ⅰ,16,6分]一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω,為理想交流電流表,U為正弦交流電壓源,輸出電壓的有效值恒定.當開關S斷開時,電流表的示數為I;當S閉合時,電流表的示數為4I.該變壓器原、副線圈匝數比值為A.2

B.3

C.4

D.5

高分幫思路分析：本題利用等效電阻法可以很方便求解.解析：設匝數的比值為k,當S斷開時,R等1=(R2+R3)k2,那么依據歐姆定律有,I=

.當S合上時,R等2=R2k2,有4I=,解得k=3.故B正確.

考點3實驗:傳感器的簡單使用

考點

必備知識通關1.傳感器的工作原理傳感器能夠將感受到的物理量(力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量).除常用的熱敏電阻、光敏電阻外,傳感器還有好多種類,比如可以將磁信號轉換成電信號的霍爾元件、可以將壓力信號轉換成電信號的壓力傳感器等.傳感器的工作過程如圖:應用·實踐1.力傳感器的應用——電子秤.2.溫度傳感器的應用——電熨斗、電飯鍋.3.光傳感器的應用——火災報警器.

考點

必備知識通關2.實驗步驟(1)熱敏特性實驗如圖所示,把一熱敏電阻連入電路中,將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,然后再將電表的兩支表筆分別與熱敏電阻兩端相連.把熱敏電阻放入有少量冷水并插有溫度計的燒杯中,在歐姆擋上選擇適當的倍率,觀察表盤所示熱敏電阻的阻值;再分幾次向燒杯中倒入熱水,觀察不同溫度下熱敏電阻的阻值,總結這個熱敏電阻的阻值是如何隨溫度變化的.

考點

必備知識通關(2)光敏特性實驗

如圖所示,把一光敏電阻連入電路中,將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,然后再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻兩端相連.在歐姆擋上選擇適當的倍率,觀察表盤所示光敏電阻的阻值;將手張開放在光敏電阻上方,擋住部分光線,觀察表盤所示光敏電阻的阻值;上、下移動手掌,觀察表盤所示光敏電阻的阻值,總結光敏電阻的阻值隨光照強度發生怎樣的變化.

考點

必備知識通關3.注意事項(1)在做“熱敏特性實驗”時,加熱水后要等一會兒再測量熱敏電阻的阻值(使電阻溫度與水的溫度相同),并同時讀出水溫.(2)若“光敏特性實驗”現象不明顯,可制造密閉箱體,將光敏電阻置于其中,通過改變箱體的透光程度達到實驗目的.(3)熱敏電阻、燒杯、溫度計易破損,實驗時務必小心.(4)歐姆表每次換擋后需重新調零.

考法

解題能力提升考法1對熱敏電阻的特性應用的考查示例1[2017江蘇,11,10分]某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置,實驗原理電路圖如圖1所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯接在電源E兩端,當繼電器的電流超過15mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實現溫控.繼電器的電阻約20Ω,熱敏電阻的阻值Rt

與溫度t的關系如下表所示.t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1

考法

解題能力提升(1)提供的實驗器材有:電源E1(3V,內阻不計)、電源E2(6V,內阻不計)、滑動變阻器R1(0~200Ω)、滑動變阻器R2(0~500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0~999.

9Ω)、開關S、導線若干.

為使該裝置實現對30~80℃之間任一溫度的控制,電源E應選用

(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應選用

(選填“R1”或“R2”).(2)實驗發現電路不工作.某同學為排查電路故障,用多用電表測量各接點間的電壓,則應將如圖2所示的選擇開關旋至

(選填“A”“B”“C”或“D”).

考法

解題能力提升

(3)合上開關S,用調節好的多用電表進行排查.在圖1中,若只有b、c間斷路,則應發現表筆接入a、b時指針

(選填“偏轉”或“不偏轉”),接入a、c時指針

(選填“偏轉”或“不偏轉”).(4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合,下列操作步驟的正確順序是

.(填寫各步驟前的序號)①將熱敏電阻接入電路②觀察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關,將電阻箱從電路中移除④合上開關,調節滑動變阻器的阻值⑤斷開開關,用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調至108.1Ω

考法

解題能力提升解析：(1)如果電源用E1,則在t=30℃時電路中的最大電流Im=

A≈13.67mA<15mA,故不能實現對此溫度的控制,因此電源應選用E2;為了在t=80℃時實現對溫度的控制,設滑動變阻器阻值的最大值至少為R',則

=0.015A,解得R'=330.9Ω,因此滑動變阻器應選用R2.(2)要用多用電表的直流電壓擋檢測故障,應將選擇開關旋至C.

考法

解題能力提升(3)如果只有b、c間斷路,說明b點與電源的負極間沒有形成通路,a、b間的電壓為零,表筆接在a、b間時,指針不偏轉;c點與電源的負極間形成通路,a與電源的正極相通,a、c間有電壓,因此兩表筆接入a、c間時指針發生偏轉.(4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合,應先斷開開關,用電阻箱替換熱敏電阻,并將阻值調至108.1Ω,合上開關,調節滑動變阻器的阻值,直至觀察到繼電器的銜鐵被吸合,這時斷開開關,將電阻箱從電路中移除,將熱敏電阻接入電路.因此操作步驟的正確順序是⑤④②③①.

考法

解題能力提升歸納總結

熱敏電阻金屬熱電阻特點電阻率隨溫度的升高而減小,非常明顯.電阻率隨溫度的升高而增大.制作材料半導體金屬導體優點靈敏度好.化學穩定性好,測溫范圍大.作用能夠將溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量.

考法

解題能力提升考法2對光敏電阻的特性應用的考查示例2為了節能和環保,一些公共場所使用光控開關控制照明系統.光控開關可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度變化而發生變化的元件(照度可以反映光的強弱,光越強,照度越大,照度單位為lx).某光敏電阻RP在不同