2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十 交變電流 變壓器 傳感器的簡單應(yīng)用對對練（含解析）

交變電流 變壓器 傳感器的簡單應(yīng)用2020年高考必備2015年2016年2017年2018年2019年卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生及其描述2116考點(diǎn)二理想變壓器、電能的輸送161619考點(diǎn)三傳感器的簡單應(yīng)用23考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生及其描述 命題角度 交變電流的產(chǎn)生及其描述高考真題體驗(yàn)·對方向1.(2018全國·16)一電阻接到方波交流電源上,在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方;若該電阻接到正弦交流電源上,在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正.該電阻上電壓的峰值均為u0,周期均為T,如圖所示.則Q方Q正等于()A.12B.21C.12D.21答案D解析對于方波交流電源,電壓的有效值和最大值相等,即u方=u0,在周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方=u02R·T,對于正弦交流電源,電壓的有效值u正=u02,在周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正=(u02) 2R·T,整理可得Q方Q正=21,選項(xiàng)D正確.2.(多選)(2016全國·21)如圖,M為半圓形導(dǎo)線框,圓心為OM;N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框,圓心為ON;兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi);兩圓弧半徑相等;過直線OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面.現(xiàn)使線框M、N在t=0時(shí)從圖示位置開始,分別繞垂直于紙面且過OM和ON的軸,以相同的周期T逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則()A.兩導(dǎo)線框中均會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流B.兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC.在t=T8時(shí),兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等D.兩導(dǎo)線框的電阻相等時(shí),兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等答案BC解析因半徑、周期相同,故兩線框進(jìn)入磁場過程產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為e0=12BR2=12B2T·R2=BR2T,兩線框中產(chǎn)生的電動(dòng)勢瞬時(shí)值隨時(shí)間關(guān)系分別如圖甲、乙.所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B、C正確.由有效值定義可知M、N線圈中電流的有效值不相等,D項(xiàng)錯(cuò)誤.1.明確交變電流“四值”的應(yīng)用特點(diǎn)(1)最大值:分析電容器的耐壓值;(2)瞬時(shí)值:計(jì)算閃光電器的閃光時(shí)間、線圈某時(shí)刻的受力情況;(3)有效值:電表的讀數(shù)及計(jì)算電熱、電功、電功率及保險(xiǎn)絲的熔斷電流;(4)平均值:計(jì)算通過電路截面的電荷量.2.掌握交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本書寫思路(1)確定正、余弦交變電流的峰值,根據(jù)已知圖象或公式Em=NBS,求出相應(yīng)最大值.(2)明確線圈的初始位置,找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式.線圈從中性面開始計(jì)時(shí),e=Emsin t.線圈從垂直于中性面開始計(jì)時(shí),e=Emcos t.典題演練提能·刷高分1.一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦圖象如圖甲所示.已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 ,現(xiàn)外接一只電阻為95.0 的燈泡,如圖乙所示,則()A.電壓表的示數(shù)為220 VB.電路中的電流方向每秒鐘改變50次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484 WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J答案D解析由甲圖可知Em=2202 V,所以有效值E=220 V,電壓表示數(shù)U=RR+rE=209 V,故A錯(cuò)誤;由甲圖可知周期T=0.02 s,每個(gè)周期交流電方向改變兩次,則1 s內(nèi)電流方向改變的次數(shù)為n=2×1T次=100次,故B錯(cuò)誤;燈泡實(shí)際消耗的功率P=U2R=209295 W484 W,故C錯(cuò)誤;發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為Q=(E-U)2rt=1125×1 J=24.2 J,故D正確.2.如圖所示,一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中,并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO'以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng).已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T,線圈匝數(shù)N=100匝,邊長Lab=0.20 m,Lbc=0.10 m,轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min.若以線圈平面與磁場夾角=30°時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),電動(dòng)勢的瞬時(shí)值的表達(dá)式為()A.e=314sin100t+3 VB.e=314sin100t-3 VC.e=3142sin100t+3 VD.e=3142sin100t-3 V答案B解析=2n=100 rad/s;交變電流的最大值Em=NBS=100×0.5×100×0.20×0.10 V=100 V,則電動(dòng)勢的瞬時(shí)值的表達(dá)式為e=314sin100t-3 V,故選B.3.(2019重慶4月調(diào)研)圖甲為小型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖,通過線圈在兩磁極間轉(zhuǎn)動(dòng)給小燈泡供電,已知小燈泡獲得的交變電壓如圖乙.則下列說法正確的是()A.甲圖中電壓表的示數(shù)為62 VB.乙圖中的0時(shí)刻就是甲圖所示時(shí)刻C.乙圖中0.5×10-2 s時(shí)刻,穿過甲圖中線圈的磁通量最小D.乙圖中1.0×10-2 s時(shí)刻,穿過甲圖中線圈的磁通量最小答案C解析甲圖中電壓表的示數(shù)為交變電流的有效值:U=622 V=6 V,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;乙圖中的0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零,而甲圖所示時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢最大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;乙圖中0.5×10-2 s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢最大,則此時(shí)穿過甲圖中線圈的磁通量最小,選項(xiàng)C正確;乙圖中1.0×10-2 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零,則此時(shí)穿過甲圖中線圈的磁通量最大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.4.(2019山東聊城二模)如圖甲所示,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化曲線如圖乙所示,若外接電阻R=70 ,線圈電阻r=10 ,則下列說法正確的是()A.線圈的角速度為100 rad/sB.0.01 s末穿過線圈的磁通量最大C.通過線圈的最大電流為1.25 AD.電壓表的示數(shù)為87.5 V答案C解析由圖乙知,交流電的周期T=4×10-2 s,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度=2T=24×10-2 rad/s=50 rad/s.故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖乙知,0.01 s末線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大,則0.01 s末線圈平面與磁場平行,線圈的磁通量為0.故B項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖乙知,線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em=100 V,則線圈的最大電流Im=Emr+R=10010+70 A=1.25 A.故C項(xiàng)正確;線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值E=Em2=1002 V=502 V,電壓表的示數(shù)U=Er+R·R=50210+70×70 V61.9 V.故D項(xiàng)錯(cuò)誤.考點(diǎn)二理想變壓器、電能的輸送命題角度1理想變壓器原理理解高考真題體驗(yàn)·對方向1.(2016全國·16)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3 、1 和4 ,A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(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()A.2B.3C.4D.5答案B解析理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等,當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),有(U-IR1)I=n1n2I2(R2+R3),即(U-3 ×I)I=n1n2I2×5 ;當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),有(U-4IR1)·4I=n1n2·4I2×R2,即(U-12 ×I)·4I=n1n2·4I2×1 .÷得U=48 ×I,代入可解得n1n2=3,選項(xiàng)B正確.2.(多選)(2016全國·19)如圖,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b.當(dāng)輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí),兩燈泡均能正常發(fā)光.下列說法正確的是()A.原、副線圈匝數(shù)比為91B.原、副線圈匝數(shù)比為19C.此時(shí)a和b的電功率之比為91D.此時(shí)a和b的電功率之比為19答案AD解析設(shè)燈泡的額定電壓為U0,當(dāng)U=10U0時(shí),因兩燈泡均正常發(fā)光,故變壓器原線圈的輸入電壓為U1=U-U0=9U0,副線圈的輸出電壓U2=U0.因U1U2=n1n2,故n1n2=91,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由變壓器電流關(guān)系,I1I2=n2n1得I1I2=19,則此時(shí)a、b的電功率之比為PaPb=U0I1U0I2=19,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確.1.抓住理想變壓器問題中的兩個(gè)“弄清”(1)弄清變量和不變量.如原線圈電壓不變,原、副線圈的匝數(shù)比不變,其他物理量可隨電路的變化而發(fā)生變化.(2)弄清動(dòng)態(tài)變化過程中的決定關(guān)系,如U2由U1決定,P1、I1由P2、I2決定.2.掌握理想變壓器問題的分析流程(1)由U1U2=n1n2分析U2的情況.(2)由I2=U2R分析I2的情況.(3)由P1=P2=I2U2判斷輸入功率的情況.(4)由P1=I1U1分析I1的變化情況.3.記準(zhǔn)輸電線路功率損失的計(jì)算方法(1)P損=P-P',P為輸送的功率,P'為用戶所得功率.(2)P損=I線2R線,I線為輸電線路上的電流,R線為線路電阻.(3)P損=U2R線,U為在輸電線路上損失的電壓,R線為線路電阻.(4)P損=UI線,U為在輸電線路上損失的電壓,I線為輸電線路上的電流.4.對于變壓器需要掌握公式U1U2=n1n2、I1I2=n2n1,知道副線圈的電流以及功率決定了原線圈中的電流和功率.理想變壓器是理想化模型:一是不計(jì)線圈內(nèi)阻;二是沒有出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象.當(dāng)電路中有變壓器時(shí),只要將變壓器的有效值求出,就相當(dāng)于一個(gè)新的恒定電源.典題演練提能·刷高分1.(2018天津卷·4)教學(xué)用發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生正弦式交變電流.利用該發(fā)電機(jī)(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電,電路如圖所示,理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U,R消耗的功率為P.若發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?2,則()A.R消耗的功率變?yōu)?2PB.電壓表V的讀數(shù)變?yōu)?2UC.電流表A的讀數(shù)變?yōu)?ID.通過R的交變電流頻率不變答案B解析本題考查交變電流的產(chǎn)生和變壓器原理,清楚感應(yīng)電動(dòng)勢的決定因素是解題的關(guān)鍵,另外要知道交流電表測的是交變電流的有效值.發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉硪话霑r(shí),產(chǎn)生電動(dòng)勢的最大值和有效值均變?yōu)樵瓉淼囊话?變壓器匝數(shù)比不變,故副線圈上的電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?選項(xiàng)B正確;對負(fù)載電阻R,由P=U2R可得,R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?4,即副線圈消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?4,故原線圈消耗的功率也變?yōu)樵瓉淼?4,而原線圈電壓變?yōu)樵瓉淼囊话?故原線圈中的電流(電流表示數(shù))變?yōu)樵瓉淼囊话?選項(xiàng)A、C均錯(cuò)誤;發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉硪话霑r(shí),線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)橐话?由f=2可得交變電流的頻率變?yōu)樵瓉淼?倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.2.(2019陜西漢中二模)有4個(gè)完全相同的燈泡連接在理想變壓器的原、副線圈中,電源輸出電壓U恒定不變,如圖所示.若將該線路與交流電源接通,且開關(guān)S接在位置1時(shí),4個(gè)燈泡發(fā)光亮度相同;若將開關(guān)S接在位置2時(shí),燈泡均未燒壞.則下列說法正確的是()A.該變壓器是降壓變壓器,原、副線圈匝數(shù)比為41B.該變壓器是升壓變壓器,原、副線圈匝數(shù)比為14C.當(dāng)開關(guān)接位置2時(shí)副線圈中的燈泡仍能發(fā)光,只是亮度變亮D.當(dāng)開關(guān)接位置2時(shí)副線圈中的燈泡仍能發(fā)光,只是亮度變暗答案C解析四個(gè)燈泡亮度相同,所以原線圈電流與副線圈電流之比為13,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比知原副線圈的匝數(shù)比為31,可知該變壓器是降壓變壓器,故A、B錯(cuò)誤;開關(guān)接到2位置,原線圈輸入電壓變大,根據(jù)電壓與匝數(shù)的關(guān)系可知副線圈電壓變大,所以燈泡的電流變大,燈泡仍能發(fā)光,但亮度變大,故C正確,D錯(cuò)誤.3.在如圖所示的理想變壓器的電路中,變壓器原副線圈的匝數(shù)比為21,電阻R1=R2,電流表和電壓表均為理想電表,若電流表的示數(shù)為0.5 A,電壓表的示數(shù)為5 V,則電阻R1的大小為()A.10 B.15 C.20 D.25 答案D解析電壓表的示數(shù)為5 V,則次級電流I2=5R1;初級電流I1=12I2=52R1;初級電壓U1=n1n2U2=10 V;R1的電流IR1=10R1;由題意可知10R1+52R1=0.5 A,解得R1=25 .故選D.4.(多選)如圖所示,圖乙中理想變壓器的原線圈接如圖甲所示的交變電流.理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為203,定值電阻的阻值為11 ,滑動(dòng)變阻器的總阻值為22 .下列說法中正確的是()A.副線圈輸出電壓的頻率為50 HzB.滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí),電阻R兩端的電壓不變C.滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端時(shí),通過電阻R的電流為8.45 AD.滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最左端時(shí),理想變壓器的輸入功率為132 W答案AD解析由交變電流的圖象可知,加在原線圈中電流的周期T=0.02 s,頻率f=50 Hz,由于變壓器不能改變電源的頻率,副線圈輸出電壓的頻率為50 Hz,故A正確;滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí),電路總電阻變小,電流變大,由U=IR可知,電阻R兩端的電壓變大,故B錯(cuò)誤;原線圈電壓的有效值U1=Um2=440 V,根據(jù)U1n1=U2n2可得副線圈的電壓U2=66 V,滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端時(shí),通過電阻R的電流為I2=U2R=6 A,故C錯(cuò)誤;滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最左端時(shí),理想變壓器的輸入功率為P2=U22R+RP=132 W,故D正確.故選AD.5.如圖所示,理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的白熾燈泡a、b和c,燈泡b、c規(guī)格相同,當(dāng)原線圈輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時(shí),三只燈泡均能正常發(fā)光,下列說法正確的是()A.原、副線圈匝數(shù)比為101B.此時(shí)a燈和b燈的電流比為29C.此時(shí)a燈和b燈的電功率之比為19D.此時(shí)a燈和b燈的電阻比為91答案B解析設(shè)三個(gè)燈泡的額定電壓為UL,由題知U=10UL,則原線圈兩端的電壓為U1=U-UL=9UL,副線圈兩端的電壓U2=UL,故原副線圈匝數(shù)比為n1n2=U1U2=91,故A錯(cuò)誤;設(shè)b燈的電流為Ib,b燈與c燈并聯(lián),且規(guī)格相同,故c燈的電流也為Ib,則副線圈的電流為I2=2Ib,根據(jù)I1I2=n2n1,得原線圈的電流為I1=n2n1I2=19I2,而流過a燈的電流即為I1=19I2,故此時(shí)a燈和b燈的電流比為I1Ib=19I2Ib=19×2IbIb=29,故B正確;根據(jù)P=UI,因a燈與b燈的電壓都為UL,故兩燈的電功率之比等于電流之比為29,故C錯(cuò)誤;根據(jù)R=UI,因a燈與b燈的電壓都為UL,故兩燈的電阻之比等于電流的反比,即92,故D錯(cuò)誤.故選B.命題角度2(儲(chǔ)備)理想變壓器中的動(dòng)態(tài)分析問題【典題】 (多選)如圖所示,電源電壓保持不變,若將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向左滑動(dòng),關(guān)于兩電表示數(shù)的變化,下列判斷中正確的是()A.電流表的示數(shù)變大B.電流表的示數(shù)變小C.電壓表的示數(shù)變大D.電壓表的示數(shù)變小答案AC解析若將滑動(dòng)變阻器觸頭向左滑動(dòng),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小,則滑動(dòng)變阻器分得的電壓減小,原線圈兩端電壓增大,而匝數(shù)比不變,所以副線圈兩端電壓增大,電壓表示數(shù)增大;負(fù)載兩端電壓增大,則副線圈電流增大;根據(jù)匝數(shù)比不變,則原線圈的電流增大,電流表示數(shù)增大.故AC正確,BD錯(cuò)誤.故選AC.理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負(fù)載電阻不變兩種情況.1.匝數(shù)比不變的情況(如圖甲所示)(1)U1不變,根據(jù)U1U2=n1n2,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負(fù)載電阻R如何變化,U2不變.(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化.(3)I2變化引起P2變化,P1=P2,故P1發(fā)生變化.2.負(fù)載電阻不變的情況(如圖乙所示)(1)U1不變,n1n2發(fā)生變化,故U2變化.(2)R不變,U2變化,故I2發(fā)生變化.(3)根據(jù)P2=U22R,P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1=P2,故P1變化,P1=U1I1,U1不變,故I1發(fā)生變化.典題演練提能·刷高分1.如圖所示,理想變壓器原線圈接有交流電源,當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時(shí),燈泡能發(fā)光,若將滑片P上移(電壓表和電流表均為理想電表),則()A.電容器的容抗增大B.電流表的示數(shù)減小C.變壓器的輸入功率減小D.燈泡L變亮答案D解析變壓器不改變電流的頻率,所以頻率不變,電容器的容抗不變,故A錯(cuò)誤;滑片P向上移,副線圈的匝數(shù)增加,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比,知副線圈兩端的電壓變大,電壓表的示數(shù)變大,電流表的示數(shù)變大,故B錯(cuò)誤;根據(jù)P=IU可知,變壓器的輸出功率變大,則輸入功率變大,故C錯(cuò)誤;因電容器的容抗不變,而燈泡和電容器兩端電壓之和變大,則燈泡的電流變大,燈泡變亮,選項(xiàng)D正確.故選D.2.如圖所示,理想變壓器原線圈輸入電壓u=Umsin t,副線圈電路中R0為定值電阻,R是滑動(dòng)變阻器.V1和V2是理想交流電壓表,示數(shù)分別用U1和U2表示;A1和A2是理想交流電流表,示數(shù)分別用I1和I2表示.下列說法正確的是()A.t=2時(shí),U1=UmB.滑片P向下滑動(dòng)過程中,U1變小C.滑片P向下滑動(dòng)過程中,U2增大D.滑片P向下滑動(dòng)過程中,I1變大答案D解析V1和V2是理想交流電壓表,示數(shù)U1和U2表示電壓的有效值,故A錯(cuò)誤;滑片P向下滑動(dòng)過程中,總電阻減小,副線圈的電壓只與輸入電壓和匝數(shù)有關(guān),所以U1、U2不變,流過R0的電流I2變大,根據(jù)變壓器原理得I1變大,故D正確,BC錯(cuò)誤.故選D.3.如圖所示為一理想變壓器,原線圈接在輸出電壓為u=U0 sin t的交流電源兩端.電路中R0為定值電阻,V1、V2為理想交流電壓表,A1、A2為理想交流電流表.現(xiàn)使滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng),下列說法正確的是()A.電壓表V1與V2示數(shù)的比值將變大B.電流表A1與A2示數(shù)的比值將變小C.電壓表V1與電流表A1示數(shù)的比值變大D.電壓表V2與電流表A2示數(shù)的比值變小答案C解析由于變壓器電壓之比等于線圈匝數(shù)之比,因此電壓表之比一定等于線圈匝數(shù)之比,故A錯(cuò)誤;由于只有一個(gè)副線圈,因此電流之比一定等于線圈匝數(shù)的反比,故兩電流表的比值不變,故B錯(cuò)誤;滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng),則滑動(dòng)變阻器接入電阻增大,由歐姆定律可知,電流表A2示數(shù)減小,電流表A1示數(shù)也減小,而電壓表V1示數(shù)不變,與電流表A1示數(shù)的比值變大,故C正確;滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng),則滑動(dòng)變阻器接入電阻增大,由歐姆定律可知,電壓表V2與電流表A2示數(shù)的比值變大,故D錯(cuò)誤.故選C.命題角度3(儲(chǔ)備)變壓器與交變電流的綜合問題【典題】 (多選)如圖,一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2.原線圈通過一理想電流表A接正弦交流電源,一個(gè)二極管和阻值為R的負(fù)載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端.假設(shè)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.UabUcd=n1n2B.增大負(fù)載電阻的阻值R,電流表的讀數(shù)變小C.負(fù)載電阻的阻值越小,cd間的電壓Ucd越大D.將二極管短路,電流表的讀數(shù)加倍答案BD解析設(shè)副線圈兩端電壓為U2,則有UabU2=n1n2,由于二極管具有單向?qū)щ娦?根據(jù)有效值定義可知,U22R·T2=Ucd2RT,則Ucd=U22,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;增大負(fù)載電阻,則變壓器的輸出功率減小,輸入功率也減小,由P1=UabI1可知,電流表讀數(shù)減小,選項(xiàng)B正確;cd間的電壓Ucd與R大小無關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;將二極管短路,變壓器的輸出功率P2=U22R=2Ucd2R,為原來的2倍,由P2=P1=UabI1可知,電流表的讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍,選項(xiàng)D正確.1.解決變壓器問題的三種切入法(1)電壓切入法:變壓器原、副線圈的電壓之比為U1U2=n1n2;當(dāng)變壓器有多個(gè)副線圈時(shí)U1n1=U2n2=U3n3=(2)功率切入法:理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出,當(dāng)變壓器有多個(gè)副線圈時(shí),P1=P2+P3+(3)電流切入法:由I=PU知,對只有一個(gè)副線圈的變壓器有I1I2=n2n1;當(dāng)變壓器有多個(gè)副線圈時(shí)有n1I1=nI2+n3I3+注意:對于電源,原線圈相當(dāng)于用電器;對于用電器,副線圈相當(dāng)于電源.2.解遠(yuǎn)距離輸電問題必備技巧(1)正確畫出輸電過程示意圖,并在圖上標(biāo)出各物理量.(2)抓住變壓器變壓前、后各量間關(guān)系,求出輸電線上的電流.(3)計(jì)算電路功率問題時(shí)常用關(guān)系式:P=I2R=PU2R,注意輸電線上的功率損失和電壓損失.(4)電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則,說明原線圈電流由副線圈電流決定.典題演練提能·刷高分1.(多選)如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n2=101,電阻R=10 ,兩只相同小燈泡L1、L2的規(guī)格均為(3 V,1.5 W),S1為單刀雙擲開關(guān).原線圈接正弦交流電源.當(dāng)S1接1、S2閉合時(shí),L2正常發(fā)光.設(shè)小燈泡的電阻值恒定.下列說法正確的是()A.原線圈所接正弦交流電源的電動(dòng)勢最大值為30 VB.只斷開S2后,變壓器的輸出功率為0.75 WC.將S1換接到2后,原線圈的輸入功率為90 WD.將S1換接到2后,R的電功率為0.9 W答案BD解析當(dāng)S1接1、S2閉合時(shí),L2正常發(fā)光,副線圈的電壓為U2=3 V,根據(jù)原副線圈電壓比等于匝數(shù)比即U1U2=n1n2,解得原線圈的電壓為U1=30 V,原線圈所接正弦交流電源的電動(dòng)勢最大值為Em=302 V,故A錯(cuò)誤;兩只相同小燈泡阻值為RL=UL2PL=6 ,只斷開S2后,變壓器的輸出功率為P2=U222RL=322×6 W=0.75 W,故B正確;將S1換接到2后,R的電功率為P=U22R=0.9 W,原線圈的輸入功率為P入=P出=U22R=0.9 W,故C錯(cuò)誤,D正確.2.(多選)如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2=101,原線圈輸入交變電壓u=502sin 100t(V),在副線圈中接有理想交流電流表、阻值為25 的定值電阻R和電容器C.下列說法中正確的是()A.電阻R中電流方同1 s內(nèi)變化100次B.電流表示數(shù)是2 AC.電阻R消耗的電功率為1 WD.電容器的耐壓值至少是52 V答案ACD解析交變電流的周期為T=2=0.02 s,則頻率為50 Hz,因一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化2次,則電阻R中電流方向1 s內(nèi)變化100次,選項(xiàng)A正確;變壓器初級電壓有效值U1=Um2=50 V,變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2=101,則次級電壓有效值為U2=5 V,電流表示數(shù)是I2=U2R=525 A=0.2 A,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電阻R消耗的電功率為PR=I2U2=1 W,選項(xiàng)C正確;電容器的耐壓值是次級電壓最大值,則至少是52 V,選項(xiàng)D正確.故選ACD.3.(多選)(2019廣東深圳二模)中國特高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)已成為國際標(biāo)準(zhǔn),使“煤從空中走、電送全中國”成為現(xiàn)實(shí).如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,發(fā)電廠輸出電壓U1=104 V,輸出功率P1=109 W,兩個(gè)理想變壓器的匝數(shù)比分別為n1n2=1100、n3n4=1001,輸電線總電阻r=50 .則()A.U4=U1B.I4=I1C.通過電阻r的電流I2=2×104 AD.電阻r損耗的電功率為5×107 W答案BD解析根據(jù)I1I2=n2n1可得,I2=n1n2I1=1100×105 A=103 A,則通過電阻r的電流為103 A,故C錯(cuò)誤;電阻r兩端的電壓為Ur=I2r=103 A×50 =5×104 V,則U3=U2-Ur=106 V-5×104 V=9.5×105 V,可得U4=n4n3U3=1100×9.5×105 V=9.5×103 V,則U4U1,故A錯(cuò)誤;由于I2=I3,可得I4=n3n4I3=1001×103 A=105 A,則I4=I1,故B正確;電阻r損耗的功率Pr=I22r=(103)2×50 W=5×107 W,故D正確.考點(diǎn)三傳感器的簡單應(yīng)用 命題角度 傳感器的簡單應(yīng)用高考真題體驗(yàn)·對方向(2016全國·23)現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 時(shí),系統(tǒng)報(bào)警.提供的器材有:熱敏電阻,報(bào)警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警),電阻箱(最大阻值為999.9 ),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計(jì)),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 ),滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2 000 ),單刀雙擲開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干.在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié).已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報(bào)警器的電流超過20 mA時(shí),報(bào)警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 時(shí)阻值為650.0 .(1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線.(2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器(填“R1”或“R2”). (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng):電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,這一阻值為 ;滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是. 將開關(guān)向(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,直至. (4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用.答案(1)連線如圖所示.(2)R2(3)650.0b接通電源后,流過報(bào)警器的電流會(huì)超過20 mA,報(bào)警器可能損壞c報(bào)警器開始報(bào)警解析(1)先用電阻箱替代熱敏電阻,連接成閉合回路進(jìn)行調(diào)試.電路圖連接如答案所示.(2)當(dāng)電路中電流Ic=10 mA時(shí),根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic=UR總,解得R總=1 800 ,此時(shí)熱敏電阻的阻值為650 ,則滑動(dòng)變阻器的阻值為1 150 ,所以滑動(dòng)變阻器選R2.(3)當(dāng)熱敏電阻阻值小于650 時(shí),報(bào)警器就會(huì)報(bào)警,用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650 .若接通電源后電路中的電流過大(超過20 mA),報(bào)警器就會(huì)損壞,電流越小越安全,所以為了電路安全,閉合開關(guān)前滑片應(yīng)置于b端.用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)試,應(yīng)將開關(guān)向c端閉合,開關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報(bào)警器報(bào)警.金屬熱電阻和熱敏電阻金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,用金屬絲可以制作溫度傳感器,稱為熱電阻.與金屬不同的是有些半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強(qiáng),故可以用半導(dǎo)體材料制成熱敏電阻.與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,測溫范圍大,但靈敏度較差.典題演練提能·刷高分1.(2017江蘇單科)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)簡易的溫控裝置,實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖甲所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過15 mA時(shí),銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實(shí)現(xiàn)溫控.繼電器的電阻約20 ,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示.t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的實(shí)驗(yàn)器材有:電源E1(3 V,內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6 V,內(nèi)阻不計(jì))、滑動(dòng)變阻器R1(0200 )、滑動(dòng)變阻器R2(0500 )、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0999.9 )、開關(guān)S、導(dǎo)線若干.為使該裝置實(shí)現(xiàn)對3080 之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用(選填“E1”或“E2”),滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選用(選填“R1”或“R2”). 甲乙(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電路不工作.某同學(xué)為排查電路故障,用多用電表測量各接點(diǎn)間的電壓,則應(yīng)將如圖乙所示的選擇開關(guān)旋至(選填“A”“B”“C”或“D”). (3)合上開關(guān)S,用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查.在圖甲中,若只有b、c間斷路,則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時(shí)指針(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”),接入a、c時(shí)指針(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”). (4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50 時(shí)被吸合,下列操作步驟的正確順序是.(填寫各步驟前的序號(hào)) 將熱敏電阻接入電路觀察到繼電器的銜鐵被吸合斷開開關(guān),將電阻箱從電路中移除合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值斷開開關(guān),用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調(diào)至108.1 答案(1)E2R2(2)C(3)不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(4)解析(1)當(dāng)溫度控制在30 ,銜鐵被吸合時(shí),Rt兩端的電壓約為Ut=IRt=0.015×200 V=3 V,繼電器兩端的電壓U'=IR'=0.015×20 V=0.3 V,故需電源電動(dòng)勢大于3 V,選E2.當(dāng)溫度控制在80 時(shí),電路中的總電阻:R總=E2I=400 ,遠(yuǎn)大于熱敏電阻、繼電器以及滑動(dòng)變阻器R1的電阻的總和,故滑動(dòng)變阻器選R2.(2)A擋位測量電阻值,B擋位測量交流電壓,C擋位測量直流電壓,D擋位測量電流值,故為測量各接入點(diǎn)的電壓,應(yīng)將開關(guān)旋至C擋.(3)若bc間斷路,ab只與電源正極相連通,ab間無電壓,如圖故多用電表指針不偏轉(zhuǎn).若bc間斷路,a點(diǎn)與電源正極相連通,c點(diǎn)與電源負(fù)極相連通,a、c兩點(diǎn)間的電壓為電源電動(dòng)勢.如圖故多用電表指針偏轉(zhuǎn).(4)要想保證溫度控制在50 ,由題目表中可得Rt=108.1 ,因此我們要用電阻箱代替熱敏電阻,把電阻箱電阻調(diào)整到108.1 ,閉合電路調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,讓繼電器吸合(即讓電路中的電流為15 mA),再將電阻箱移除,將熱敏電阻接入電路,完成實(shí)驗(yàn).2.在實(shí)際應(yīng)用中有多種自動(dòng)控溫裝置,以下是其中兩種控溫裝置:甲乙丙(1)圖甲為某自動(dòng)恒溫箱原理圖,箱內(nèi)的電阻R1=2 k,R2=1.5 k,R3=4 k,Rt為熱敏電阻,其電阻隨溫度變化的圖象如圖乙所示.當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢a<b時(shí),電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度提高;當(dāng)ab時(shí),電壓鑒別器會(huì)使S斷開,停止加熱,則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為 ,恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時(shí)Rt的取值范圍為. (2)有一種由PTC元件做成的加熱器,它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫度t變化的圖象如圖丙所示.該加熱器向周圍散熱的功率為PQ=k(t-t0),其中t為加熱器的溫度,t0為室溫(本題中取20 ),k=0.1 W/.當(dāng)PR=PQ時(shí)加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定,則該加熱器工作的穩(wěn)定溫度為 ; (單選)某次工作中,該加熱器從室溫升高至穩(wěn)定溫度的過程中,下列溫度變化過程用時(shí)最短的是.(填選項(xiàng)前的字母序號(hào)) A.2024 B.3236 C.4852 D.6064 答案(1)25Rt>3 k(2)72(7074均可)(3)B解析(1)由電路圖可知,當(dāng)滿足R1R3=R2Rt時(shí),即Rt=3 k時(shí)a=b,此時(shí)由圖可知溫度為25 ,即恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為25 ;恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時(shí)Rt的取值范圍為Rt>3 k;(2)PQ=0.1(t-t0),PQ與溫度t之間關(guān)系的圖象如圖.由圖可知,當(dāng)溫度為72 左右時(shí),發(fā)熱功率和散熱功率相等,即此時(shí)物體的溫度不再變化;PR-PQ的值越大時(shí)溫度升高得越快,用時(shí)越短,由圖象可知,3236 時(shí)差值最大,故選B.3.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理如下:彈性體在外力作用下發(fā)生彈性形變,使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變片也發(fā)生形變,同時(shí)引起阻值的變化,再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào),從而將外力變換為電信號(hào).電阻應(yīng)變式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)如圖甲所示,彈性體的一端固定,另一端安裝測力鉤,在它的上下表面共粘貼4個(gè)應(yīng)變片R1、R2、R3、R4.測量電路圖如圖乙所示,未發(fā)生形變時(shí),應(yīng)變片的阻值均為R=800 ,當(dāng)彈性體受到向上的拉力作用發(fā)生形變時(shí),上表面壓縮,R1、R2阻值變小,下表面拉伸,R3、R4阻值增大.已知每個(gè)應(yīng)變片阻值的變化量R與拉力F的變化規(guī)律均為R=kF,其中k=5 /N,電路中電源電動(dòng)勢E=8.0 V,內(nèi)阻不計(jì).完成下列填空:(1)當(dāng)測力鉤不受拉力時(shí),圖乙中UAB=; (2)當(dāng)向上施加拉力時(shí),UAB0(選填“>”“<”或者“=”) (3)若電壓表的示數(shù)為1.0 V,則該傳感器受到的力的大小為 N. 答案(1)0(2)>(3)20解析(1)當(dāng)測力鉤不受拉力時(shí),四個(gè)電阻的阻值均相等,則題圖乙中UAB=0.(2)當(dāng)向上施加拉力時(shí),R1、R2阻值變小,R3、R4阻值增大,此時(shí)R1兩端的電壓減小,則A點(diǎn)電勢升高;R3兩端的電壓變大,則B點(diǎn)電勢降低,則UAB>0.(3)若電壓表的示數(shù)為1.0 V,則彈性體向上施加拉力,設(shè)此時(shí)R1和R2分別為800-R,則R3和R4分別為800+R,由電路可知I(800+R)-I(800-R)=1,其中I=8(800+R)+(800-R)=1200,解得R=100 ,則根據(jù)R=kF,可得受到的力的大小F=Rk=1005 N=20 N.- 20 -