全品复习方案2020届高考物理一轮复习第11单元交变电流传感器听课正文含解.doc
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1、交变电流 传感器高考热点统计要求2015年2016年2017年2018年高考基础要求及冷点统计交变电流、交变电流的图像16远距离输电()远距离输电涉及问题较为复杂,属于高考冷点.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值1616161916理想变压器16161619考情分析交变电流是电磁感应现象的应用,高考着重考查的知识点有:交变电流的产生、交变电流的图像及表述(峰值、有效值、瞬时值)、理想变压器原理及远距离输电,理想变压器电路中原、副线圈各物理量之间的制约关系是复习重点.第28讲交变电流的产生及描述一、交变电流1.定义:随时间做周期性变化的电流.2.图像:如图28-1(a)、(b)、(c)、(d
2、)所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,如图(a)所示.图28-1二、描述交变电流的物理量1.峰值:Em=(n:线圈的匝数;S:线圈处于磁场中的有效面积;:线圈转动的角速度;B:磁场的磁感应强度).2.瞬时值:反映某一时刻交变电流的和.3.有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流值,即让交流电和直流电通过相同阻值的电阻,如果在相同时间内产生的相等,则直流电的数值就是交流电的有效值.4.平均值:用法拉第电磁感应定律E=求解.【辨别明理】(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,一定会产生正弦式交变电流.()(2)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动经过中性面时
3、,线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变.()(3)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值.()(4)交变电流的峰值总是有效值的倍.()(5)线圈经过垂直于中性面的位置时,磁通量为0,磁通量的变化率为0.()(6)可以用平均值计算交变电流产生的热量.()考点一交变电流的产生及规律正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量=mcos t=BScos t电动势e=Emsin t=nBSsin t电压u=Umsin t=sin t电流i=Imsin t=sin t例1 图28-2甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中
4、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电刷与R=10 的电阻连接,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变化的图像,则()图28-2A.电阻R上的电功率为20 WB.t=0.02 s时,R两端的电压瞬时值为零C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos 100t(V)D.通过R的电流i随时间t变化的规律是i=14.1cos 50t(A)图28-3变式题 (多选)2018湖南模拟 如图28-3所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像,当调整线圈转速后,其在同一磁场中匀速转动过程中所产生正弦交流电的
5、图像如图线b所示.以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为32C.交流电a电压的瞬时值表达式为u=10sin 5t(V)D.交流电b电压的最大值为 V 要点总结(1)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次.(2)交变电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关.考点二交变电流“四值”的理解和应用物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e=Emsin ti=Imsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em=nBSIm
6、=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值用于正(余)弦式电流:E= U=I=(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”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值E=nI=计算通过导线截面的电荷量例2 人教版选修3-2改编 阻值为1 的电阻上通以交变电流,其i-t关系如图28-4所示,则在01 s内电阻上产生的热量为()图28-4A.1 JB.1.5 JC.2 JD.2.8 J图28-5变式题 2018全国卷 一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻
7、接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图28-5所示.则Q方Q正等于()A.1B.1C.12D.21 要点总结(1)明确交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的意义,有效值是与交变电流的热效应等效的恒定电流值,一般情况下交流电的电压、电流指的是有效值,电容器的击穿电压应大于交流电的峰值;(2)计算线圈某时刻的受力情况时应使用电流的瞬时值;计算电功、电功率、电热等与电流的热效应有关的量时应使用有效值,保险丝的熔断电流为有效值;计算通过导线截面的电荷量时应使用电流在一段时间内的平均值.考点三特殊交变电流的有效值计算例3 图28-6为交变电流随时
8、间变化的图像,则交变电流有效值为()图28-6A.5 AB.5 AC. AD.3.5 A 题根分析本题通过矩形波交流电有效值的计算,考查了对有效值定义的理解和计算方法,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. 变式网络变式题1 正弦式交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的.线圈中感应电动势随时间变化的规律如图28-7所示,则此感应电动势的有效值为V.图28-7变式题2 一电压u随时间t
9、的变化情况如图28-8所示,求电压的有效值.图28-8变式题3 家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可调,比过去用变压器调压方便且体积小.某电子调光灯经调整后电压波形如图28-9所示,求灯泡两端的电压的有效值.图28-9完成课时作业(二十八)第29讲变压器远距离输电一、变压器1.变压器的构造:变压器由原线圈、副线圈和闭合组成.2.理想变压器:不考虑铜损(线圈电阻产生的热量)、铁损(涡流产生的热量)和漏磁的变压器,即理想变压器原、副线圈的电阻均为,变压器的输入功率和相等.3.基本关系(1)功率关系:;(2)
10、电压关系:;(3)电流关系:.二、远距离输电1.输电导线上的能量损失:输电线的电阻R发热产生热量,表达式为.2.减小输电线电能损失的主要途径:(1)减小输电线的;(2)采用输电.3.高压输电过程:如图29-1所示.图29-1(1)输电线电压损失:U=;(2)输电线功率损失:P=.【辨别明理】(1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用.()(2)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率.()(3)正常工作的变压器,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压.()(4)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小.()(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程
11、中的电能损失.()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗.()考点一理想变压器基本关系功率关系P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比:=电流关系只有一个副线圈时,电流和匝数成反比:=频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U2功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1例1 2017北京卷 如图29-2所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是 ()图2
12、9-2A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 VD.副线圈输出交流电的周期为50 s变式题 (多选)2018武汉联考 如图29-3甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为31,L1、L2、L3为三只规格均为“9 V,6 W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,输入端接入如图乙所示的交变电压,则以下说法中正确的是()图29-3A.电流表的示数为2 AB.电压表的示数为27 VC.副线圈两端接入耐压值为8 V的电容器能正常工作D.变压器副线圈中交变电流的频率为50 Hz考点二变压器电路的动态分析常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种:匝数比不变的情况和负
13、载电阻不变的情况.匝数比不变的情况负载电阻不变的情况(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都不变.(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P1=P2,可以判断P1的变化.(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P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化.例2 2016天津卷 如图29-4所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是()图29-4A.
14、当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大图29-5变式题 2018唐山统考 如图29-5所示,理想变压器的原、副线圈分别接理想电流表A、理想电压表V,副线圈上通过输电线接有一个灯泡L、一个电吹风M,输电线的等效电阻为R,副线圈匝数可以通过调节滑片P改变.S断开时,灯泡L正常发光,滑片P位置不动,当S闭合时,以下说法正确的是()A.电压表读数增大B.电流表读数减小C.等效电阻R两端电压增大D.为使灯泡L正常发光,滑片P
15、应向下滑动考点三远距离输电问题远距离输电问题的“三、二、一”(1)理清三个回路在回路2中,U2=U+U3,I2=I线=I3.图29-6(2)抓住两个联系理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得,线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是=,=,P1=P2.理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得,线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是=,=,P3=P4.(3)掌握一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P4.例3 图29-7为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入
16、一电压u=Umsin t的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为()图29-7A.B.C.4rD.4r变式题 2018江苏卷 采用220 kV高压向远方的城市输电.当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的,输电电压应变为()A.55 kVB.110 kVC.440 kVD.880 kV 要点总结输电线路功率损失的计算方法(1)P损=P-P,P为输送的功率,P为用户得到的功率.(2)P损=R线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻.(3)P损=,U为输电线路上损失的电压,不要与U2、U3相混.(4)P损=UI线.考点四特殊变
17、压器的问题考向一自耦变压器图29-8例4 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图29-8所示,其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1900匝,原线圈为1100匝,接在有效值为220 V的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2 kW.设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想变压器,则U2和I1分别约为()A.380 V和5.3 AB.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 AD.240 V和9.1 A考向二互感器例5 L1和L2是高压输电的两条输电线,现要通过变压器测量L1和
18、L2之间的电压,图29-9的四种电路连接正确的是()图29-9考向三副线圈含二极管的变压器例6 2018西安八校联考 如图29-10所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=225,电阻R1=R2=25 ,D为理想二极管,原线圈接u=220sin 100t(V)的交流电,则()图29-10A.交流电的频率为100 HzB.通过R2的电流为1 AC.通过R2的电流为 AD.变压器的输入功率为200 W完成课时作业(二十九)实验十二传感器的简单应用一、实验目的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、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水
19、、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等.三、实验原理1.闭合电路的欧姆定律.2.应用多用电表的“欧姆挡”进行测量和观察.四、实验步骤(一)研究热敏电阻的热敏特性图S12-11.按图S12-1所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理.2.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.3.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.4.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.(二)研究光敏电阻的光敏特性图S12-21.将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图
20、S12-2所示连接好电路,其中多用电表置于“欧姆挡”.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.打开光源,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)遮光时观察表盘指针显示的电阻值,并记录.五、数据处理(一)研究热敏电阻的热敏特性在图S12-3的坐标系中粗略画出热敏电图S12-3阻的阻值随温度变化的图线.实验结论: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,半导体热敏电阻也可以用作温度传感器.(二)研究光敏电阻的光敏特性根据记录数据分析光敏电阻的特性.实验结论:光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻
21、值很小.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.六、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,温度测量存在误差.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,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光强度,电阻值改变不明显易造成误差.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零,测电阻时读数存在误差.热点一热敏电阻的理解及应用例1 2018全国卷 某实验小组利用如图S12-4甲所示的电路探究在2580 范围内某热敏电阻的温度特性.所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 时的阻值)为90
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