2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题12交变电流与传感器含解析.doc
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1、专题12 交变电流与传感器第一部分名师综述本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用,在学习的过程中,要注意理论联系实际,要善于知识的迁移、综合和应用,本章主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开,复习时需要注意的问题有:1.区分瞬时值、有效值、最大值、平均值.瞬时值随时间做周期性变化,表达式为(从中性面开始计时).有效值是利用电流的热效应定义的,即如果交流电通过电阻时产生的热量与直流电通过同一电阻在相同时间内产生的热量相等,则直流电的数值就是该交流电的有效值.用来计算电路中的电功率和电热.最大值用来计算,是穿过线圈平面的磁通量为零时的感应电动势.平均值
2、是利用来进行计算的,计算电量时用平均值.2.理想变压器的有关问题,要注意掌握电流比的应用,当只有一原一副时电流比,当理想变压器为一原多副时,电流比关系则不适用,只能利用输入功率与输出功率相等来进行计算.同时掌握输入功率与输出功率的决定与被决定的关系.3.要了解远距离输电的基本模式,弄清输电的基本规律,正确设计出输电方案,更好地传送电能.4.对传感器部分:应知道求解传感器问题的思路:传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点,而传感器的形式又多种多样,有的原理甚至较难理解.但不管怎样,搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键.因此,求解时必须结合题目提供的所有信息,认真分析传感器
3、所在的电路结构,这样才能对题目的要求作出解释或回答.另外,平时应多注意实际生产、生活中的一些实例,多一些思考,多动手,多查资料,开阔自己的视野,丰富自己的经验,达到学以致用、活学活用的目的.特别注意加速度计与加速度传感器:加速度传感器实际上是变式加速度计,它将加速度信号转换为电压信号输出,该传感器可以制作成振动传感器(因为振动物体的加速度一般不为零),振动传感器可以广泛地应用在报警、测量等领域(如汽车、摩托车防盗报警器等).第二部分精选试题一、单选题1如图所示的变压器中,原副线圈的匝数比为n1n2=21,图中定值电阻R1与原线圈串联后再与一有效值为44 V的交变电源连在一起。阻值为16 的定值
4、电阻R2与标有“12 V 6 W”的灯泡L串联后接在副线圈中,电路稳定后灯泡L恰好正常发光。则变压器原线圈的输入功率与R1消耗的功率之比为A1:1B2:1C10:1D3:5【答案】 C【解析】【详解】在副线圈中,小灯泡正常发光,根据“12 V 6 W”可求得副线圈中的电流为I2=0.5 A,进而可求出R2两端的电压为8 V,故副线圈两端的电压为20 V;由U1U2=n1n2和I1I2=n2n1,可知原线圈两端的电压为40 V,电流为0.25 A,故加在R1两端的电压为44 V40 V=4 V,故R1消耗的功率为PR1=UR1I1=1 W,变压器原线圈的输入功率为P1=U1I1=10 W,故变压
5、器原线圈的输入功率与R1消耗的功率之比为10:1,故选项C正确。2如图所示,理想变压器原线圈两端A、B接在电动势E8V、内阻r2的交流电源上,理想变压器的副线圈两端与滑动变阻器R相连,滑动变阻器阻值可在010范围内变化,变压器原、副线圈的匝数比为12 ,下列说法正确的是A副线圈两端输出电压U2=16VB副线圈中的电流I22AC当电源输出功率最大时,滑动变阻器接入电路中的阻值R8D当电源输出功率最大时,滑动变阻器接入电路中的阻值R4【答案】 C【解析】【详解】设原副线圈中的匝数分别为n1和n2,电流分别为I1和I2,电压分别为U1和U2,则有:U1=E-I1r,电阻R消耗的功率为:P=U2I2=
6、U1I1,即为:P=(E-I1r)I1=-I12r-EI1,可见电流为:I1=E2r=822A=2A时,P有最大值,此时U1=4V,副线圈两端输出电压U2=2U1=8V,副线圈中的电流I2122A=1A,此时滑动变阻器接入电路中的阻值R=U2I2=8,故C正确、ABD错误。3用正弦式交变电流通过一理想变压器给距离较远的用户供电, 电路图可等效为图示电路。副线圈与用户之间导线的电阻为r,其余部分导线与电流表的电阻均不计。已知开关S闭合前后用户消耗的电功率相等,变压器输入电压有效值不变,则下列说法正确的是( )A开关闭合前后变压器的输入功率不变B开关闭合前后输电线上损失的功率之比为1:2CR: r
7、 = 2:1D开关闭合前后电流表的读数之比为1:2【答案】 B【解析】【分析】和闭合电路中的动态分析类似,可以根据R的变化,确定出总电路的电阻的变化,进而可以确定总电路的电流的变化的情况,再根据电压不变,结合题目的条件来分析其他元件的电流、电压及功率的变化情况。【详解】A变压器输入电压有效值U1不变,由U1U2=n1n2知,在副线圈所在电路中,U2保持不变,开关闭合前,P1=P2=U22R+r,开光闭合后,用户电阻变为R=R2,P1=P2=U22R2+r,故开关闭合前后变压器的输入功率变化,A错误;BC根据开关S闭合前后用户消耗的电功率相等,有P用=(U2R+r)2R,P用=(U2R2+r)2
8、R2,P用=P用,可得R:r=2:1,输电线上损失的功率为输电线上电阻的发热功率,开始闭合前,Pr=(U2R+r)2r,开关闭合后,Pr=(U2R2+r)2r,结合R:r=2:1,可得Pr:Pr=1:2,故B正确,C错误。D由I1I2=n2n1知,电流表的示数I1=n2n1I2。则I1I1=I2I2;在副线圈电路中,闭合前电流I2=U2R+r,闭合后,电流I2=U2R2+r,结合R:r=2:1,得I1I1=I2I2=224如图所示,半径为r的金属圆环放在垂直纸面向外的匀强磁场中,环面与磁感应强度垂直,磁场的磁感应强度为B0,保持圆环不动,将磁场的磁感应强度随时间均匀增大经过时间t,磁场的磁感应
9、强度增大到B1,此时圆环中产生的焦耳热为Q;保持磁场的磁感应强度B1不变,将圆环绕对称轴(图中虚线)匀速转动,经时间2t圆环转过90,圆环中电流大小按正弦规律变化,圆环中产生的焦耳热也为Q,则磁感应强度B0和B1的比值为()A4-4B5-5C42-42D52-52【答案】 A【解析】【分析】当线圈不动时,根据E=t求解感应电动势,根据Q=E2Rt求解热量;当线圈转动时,根据E=BS求解最大值,然后根据交流电的有效值求解产生的热量,联立后即可求解.【详解】若保持圆环不动,则产生的感应电动势恒定为E1=(B1-B0)r2t,则Q=E12Rt=(B1-B0)22r4tR;若线圈转动:则产生的感应电动
10、势最大值:E2m=B1S=B122tr2=2r2B14t ,有效值E2=2r2B142t,产生的热量Q=E22R2t=4r4B1216tR,联立可得:B0B1=4-4,故选A.【点睛】此题关键是掌握求解电动势的两个公式:E=t和E=BS;知道求解交流电产生的热量时要用交流电的有效值。5如图所示,将带铁芯的电感器L与灯泡A串联,再与另一个完全相同的灯泡B并联,接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮,可以改变输出电压和信号的频率。闭合开关S,A、B两灯均发光。关于该实验,下列说法中正确的是 ( )A保持交流信号频率不变,适当提高输出电压,发现A灯始终比B灯亮B保持输出
11、电压不变,提高交流信号频率,发现A灯变暗,B灯不变C保持输出电压和信号频率不变,撤去铁芯后,发现A灯比原来暗D断开开关S,发现B灯闪亮一下,然后熄灭【答案】 B【解析】【详解】A项:提高输出电压,B端电压变大,A与L两端电压增大,由频率不变,所以A灯与B灯一样亮,故A错误;B项:提高交流信号频率,电压不变以,B灯亮度不变,根据xL=2fL可知线圈L中的感抗增大,所以A灯变暗,故B错误;C项:撤去铁芯后,L中的感抗减小,所以A灯变亮,故C正确;D项:由于稳定时A、B两灯亮度相同,所以当开关S断开时,A中的电流逐渐熄灭,故D错误。【点睛】解决本题关键理解线圈对交变电流的阻碍作用有两:1、线圈导线本
12、身的电阻(直流电阻),2、感抗即xL=2fL。6一个含有理想变压器的电路如图所示,其中R1、R3、R4为定值电阻,R2为滑动变阻器,电表为理想电表,u为正弦交流电源,其电压有效值恒定,当滑片P从左向右滑动的过程,下列说法正确的是()A理想变压器输出功率减小B电流表示数减小C电容器C所带电荷量始终不变D电压表示数不变【答案】 B【解析】AB、根据功率相等可知:UI1=I12R1+n1n22I12R2+R3当滑片P从左向右滑动的过程R2的阻值增大,所以I1减小,则理想变压器的输出功率为P=UI1-I12R1则变压器的输出功率时关于电流的一元二次函数,所以输出功率随电流I1的减小有可能增大也有可能减
13、小,故A错误;B正确;C、由于电流I1变小,变压器的匝数不变,所以副线圈上的电流也变小,所以电阻R3上的电压变小,根据Q=CU3可知电容器上的电荷量也在减小,故C错误;D、U1=U-I1R1,由于电流I1减小,所以电压U1增大,变压器匝数不变,根据U1U2=n1n2,所以U2也增大,故D错误;故选B7一个含有理想变压器的电路如图所示,图中L1、L2和L3是完全相同的三个灯泡,U为正弦交流电源。当开关S断开时,电路中的灯泡均能正常发光。下列说法正确的是A理想变压器原、副线圈匝数比为2:1B理想变压器原、副线圈匝数比为1:1C开关S闭合稳定后,灯泡L1和L2消耗的功率之比为1:4D开关S闭合稳定后
14、,灯泡L1能正常发光而L2无法正常发光【答案】 B【解析】A、B、设三个灯泡的电阻为R,正常发光的电流为I,电压为U0,有流过原线圈的电流,流过副线圈的电流也为,由变压器知识得,故A错误,B正确。C、开关S闭合稳定后,设流过副线圈的电流为,可知流过原线圈的电流,根据功率可知L1和L2的功率之比为1:1,故C错误。D、开关S闭合前,对原线圈电路有,而S闭合后有,解得可得三个灯泡均不能正常发光.D错误。故选B。【点睛】本题考查理想变压器原理及应用,要注意明确电路结构,知道开关通断时电路的连接方式;同时注意明确输入电压与总电压之间的关系。8如图,理想变压器的原线圈与二极管一起接在u=2202sin1
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