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第4講　傳感器　實(shí)驗(yàn)：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
目標(biāo)要求　1.掌握制作傳感器常用元件：光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、電阻應(yīng)變片、霍爾元件的基本特性及工作原理.2.探究傳感器的工作原理及傳感器應(yīng)用的一般模式.3.能利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置．
考點(diǎn)一　常見的傳感器
一、傳感器及其工作原理
1．傳感器的工作原理：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出．通常轉(zhuǎn)換成的可用信號(hào)是電壓、電流等______量，或轉(zhuǎn)換為電路的________．把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、________、處理和________．
傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示：
2．傳感器的核心元件
(1)敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)非電學(xué)量的部分．
(2)轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成____________的部分．
(3)信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路：能把輸出的微弱的電信號(hào)放大的部分．
3．傳感器的分類
工作原理 舉例
物理傳感器 利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息 力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等
化學(xué)傳感器 利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 離子傳感器、氣體傳感器等
生物傳感器 利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì) 酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鳌⒓?xì)胞傳感器等
二、常見敏感元件
1．光敏電阻
(1)特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻________．
(2)原因：光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能________；隨著光照的______，載流子增多，導(dǎo)電性______．
(3)作用：把________________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為________這個(gè)電學(xué)量．
2．熱敏電阻和金屬熱電阻
(1)熱敏電阻
熱敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻________，如圖甲所示為某一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性曲線．
(2)金屬熱電阻
有些金屬的電阻率隨溫度的升高而________，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導(dǎo)線電阻的溫度特性曲線．
(3)作用：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．
注意：在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器．
3．電阻應(yīng)變片
(1)電阻應(yīng)變片的作用：電阻應(yīng)變片能夠把物體________這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為________這個(gè)電學(xué)量．
(2)電子秤的組成及敏感元件：由__________和電阻__________組成，敏感元件是__________．
(3)電子秤的工作原理

1．傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件．(　　)
2．傳感器只能感受溫度和光兩個(gè)物理量．(　　)
3．隨著光照的增強(qiáng)，光敏電阻的電阻值逐漸增大．(　　)
4．電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)．(　　)
霍爾元件的應(yīng)用
霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏元件．一般用于電機(jī)中測(cè)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，如錄像機(jī)的磁鼓、電腦中的散熱風(fēng)扇等．
(1)霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B時(shí)，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)．
(2)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受靜電力和洛倫茲力二力平衡．
(3)霍爾電壓：UH＝k(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù))．其中UH與B成正比，所以霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量．
例1　(2022·重慶卷·11)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時(shí)，其阻值隨溫度的變化關(guān)系．實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)定恒定電流為50.0 μA，主要實(shí)驗(yàn)器材有：恒壓直流電源E、加熱器、測(cè)溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V.
(1)用加熱器調(diào)節(jié)RT的溫度后，為使電流表的示數(shù)仍為50.0 μA，須調(diào)節(jié)________________(選填一種給定的實(shí)驗(yàn)器材)．當(dāng)RT兩端未連接電壓表時(shí)，電流表示數(shù)為50.0 μA；連接電壓表后，電流表示數(shù)顯著增大，須將原電壓表更換為內(nèi)阻____________(選填“遠(yuǎn)大于”“接近”或“遠(yuǎn)小于”)RT阻值的電壓表．
(2)測(cè)得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示，由圖可得溫度從35.0 ℃變化到40.0 ℃的過程中，RT的阻值隨溫度的平均變化率是________ kΩ·℃－1(保留2位有效數(shù)字)．
例2　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)，光控開關(guān)可用光敏電阻控制，如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線，照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為：勒克斯(lx)．
(1)如圖乙所示，電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)控制開關(guān)兩端電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)．要求當(dāng)天色漸暗照度降至1.0 lx時(shí)控制開關(guān)接通照明系統(tǒng)，則R1＝________ kΩ.
(2)某同學(xué)為了測(cè)量光敏電阻在不同照度下的阻值，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路進(jìn)行測(cè)量，電源(E＝3 V，內(nèi)阻未知)，電阻箱(0～99 999 Ω)．實(shí)驗(yàn)時(shí)將電阻箱阻值置于最大，閉合S1，將S2與1相連，減小電阻箱阻值，使靈敏電流計(jì)的示數(shù)為I，圖丁為實(shí)驗(yàn)時(shí)電阻箱的阻值，其讀數(shù)為________ kΩ；然后將S2與2相連，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖戊所示，此時(shí)電流表的示數(shù)恰好為I，則光敏電阻的阻值為________ kΩ(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)．
例3　如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說法不正確的是(工作面是指較大的平面)(　　)
A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大
B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化
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考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
一、門窗防盜報(bào)警裝置
1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾T窗防盜報(bào)警裝置，會(huì)組裝門窗防盜報(bào)警裝置．
2．電路如圖所示．
3．工作原理：閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)．當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作．繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)．當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電．繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警．干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)．
4．實(shí)驗(yàn)器材
干簧管SA、繼電器、發(fā)光二極管LED、蜂鳴器H、電源、導(dǎo)線若干、開關(guān)、電阻R、小磁體．
5．實(shí)驗(yàn)步驟
(1)連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作．用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常工作．
(2)確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路．
(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．
二、光控開關(guān)
1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饪亻_關(guān)電路及控制原理，會(huì)組裝光控開關(guān)．
2．電路如圖所示．
3．工作原理：當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮．當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流， 點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L.
4．實(shí)驗(yàn)器材
發(fā)光二極管LED、晶體三極管VT、可調(diào)電阻R1、限流電阻R2、光敏電阻RG、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源、導(dǎo)線若干、黑紙、小燈泡L.
5．實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源．
(2)讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光．
(3)遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光．
(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅．
6．注意事項(xiàng)
(1)安裝前，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝．
(2)光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中，二極管連入電路的極性不能反接．
(3)如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察．
例4　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：
(1)圖(a)為某自動(dòng)恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1＝2 kΩ，R2＝1.5 kΩ，R3＝4 kΩ，Rt為熱敏電阻，其電阻隨溫度變化的圖像如圖(b)所示．當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢(shì)φa<φb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)φa≥φb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變化的圖像如圖(c)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________ ℃；
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．20～24 ℃ B．32～36 ℃
C．48～52 ℃ D．60～64 ℃
例5　為了建設(shè)安全校園，某校物理教師帶領(lǐng)興趣小組的學(xué)生，利用光敏電阻和電磁繼電器，為學(xué)校教學(xué)樓內(nèi)所有樓梯口的照明燈安裝了亮度自動(dòng)控制裝置．如圖甲所示為他們?cè)O(shè)計(jì)的原理圖，R0為光敏電阻(阻值隨亮度的增加而減小)，R1為滑動(dòng)變阻器，電磁繼電器的銜鐵由軟鐵(容易磁化和消磁)制成，R2為電磁鐵的線圈電阻，K為單刀雙擲開關(guān)．
(1)為使樓內(nèi)亮度降低到一定程度照明燈自動(dòng)點(diǎn)亮，亮度升高到一定程度照明燈自動(dòng)熄滅，單刀雙擲開關(guān)應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)．
(2)為了提升校園安全系數(shù)，使照明燈在不太暗的時(shí)候就點(diǎn)亮，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)________(選填“調(diào)大”或“調(diào)小”)．
(3)已知直流電路中的電流達(dá)到10 mA時(shí)電磁繼電器的銜鐵正好會(huì)被吸下，R0從正午最亮到夜晚最暗的阻值變化范圍為50～200 Ω，R2約為5 Ω，直流電源電動(dòng)勢(shì)E＝3 V，內(nèi)阻r約為1 Ω，現(xiàn)有三個(gè)最大電阻阻值分別為100 Ω、300 Ω、3 000 Ω的滑動(dòng)變阻器，為實(shí)現(xiàn)調(diào)控目標(biāo)R1最好應(yīng)選擇最大阻值為________ Ω的滑動(dòng)變阻器．
(4)興趣小組同學(xué)想要對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使亮度降低到一定程度觸發(fā)銜鐵吸下，請(qǐng)你在圖乙的虛線框中用筆畫線代替導(dǎo)線重新連接直流電路中c、d、e、f、g、h各點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)這一改進(jìn)目標(biāo)．
第4講　傳感器　實(shí)驗(yàn)：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
目標(biāo)要求　1.掌握制作傳感器常用元件：光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、電阻應(yīng)變片、霍爾元件的基本特性及工作原理.2.探究傳感器的工作原理及傳感器應(yīng)用的一般模式.3.能利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置．
考點(diǎn)一　常見的傳感器
一、傳感器及其工作原理
1．傳感器的工作原理：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出．通常轉(zhuǎn)換成的可用信號(hào)是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷．把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制．
傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示：
2．傳感器的核心元件
(1)敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)非電學(xué)量的部分．
(2)轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分．
(3)信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路：能把輸出的微弱的電信號(hào)放大的部分．
3．傳感器的分類
工作原理 舉例
物理傳感器 利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息 力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等
化學(xué)傳感器 利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 離子傳感器、氣體傳感器等
生物傳感器 利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì) 酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鳌⒓?xì)胞傳感器等
二、常見敏感元件
1．光敏電阻
(1)特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻越小．
(2)原因：光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好．
(3)作用：把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．
2．熱敏電阻和金屬熱電阻
(1)熱敏電阻
熱敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻減小，如圖甲所示為某一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性曲線．
(2)金屬熱電阻
有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導(dǎo)線電阻的溫度特性曲線．
(3)作用：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．
注意：在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器．
3．電阻應(yīng)變片
(1)電阻應(yīng)變片的作用：電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．
(2)電子秤的組成及敏感元件：由金屬梁和電阻應(yīng)變片組成，敏感元件是應(yīng)變片．
(3)電子秤的工作原理

1．傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件．(　√　)
2．傳感器只能感受溫度和光兩個(gè)物理量．(　×　)
3．隨著光照的增強(qiáng)，光敏電阻的電阻值逐漸增大．(　×　)
4．電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)．(　√　)
霍爾元件的應(yīng)用
霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏元件．一般用于電機(jī)中測(cè)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，如錄像機(jī)的磁鼓、電腦中的散熱風(fēng)扇等．
(1)霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B時(shí)，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)．
(2)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受靜電力和洛倫茲力二力平衡．
(3)霍爾電壓：UH＝k(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù))．其中UH與B成正比，所以霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量．
例1　(2022·重慶卷·11)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時(shí)，其阻值隨溫度的變化關(guān)系．實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)定恒定電流為50.0 μA，主要實(shí)驗(yàn)器材有：恒壓直流電源E、加熱器、測(cè)溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V.
(1)用加熱器調(diào)節(jié)RT的溫度后，為使電流表的示數(shù)仍為50.0 μA，須調(diào)節(jié)________________(選填一種給定的實(shí)驗(yàn)器材)．當(dāng)RT兩端未連接電壓表時(shí)，電流表示數(shù)為50.0 μA；連接電壓表后，電流表示數(shù)顯著增大，須將原電壓表更換為內(nèi)阻____________(選填“遠(yuǎn)大于”“接近”或“遠(yuǎn)小于”)RT阻值的電壓表．
(2)測(cè)得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示，由圖可得溫度從35.0 ℃變化到40.0 ℃的過程中，RT的阻值隨溫度的平均變化率是____________ kΩ·℃－1(保留2位有效數(shù)字)．
答案　(1)可變電阻R1　遠(yuǎn)大于　(2)－1.2
解析　(1)由題知恒壓直流電源E的電動(dòng)勢(shì)不變，而用加熱器調(diào)節(jié)RT的溫度后，導(dǎo)致整個(gè)回路的總電阻改變．而要確保電流表的示數(shù)仍為50.0 μA，則需控制整個(gè)回路的總電阻不變，故須調(diào)節(jié)可變電阻R1.
連接電壓表后，電流表示數(shù)顯著增大，則說明電壓表與RT并聯(lián)后R總減小，則根據(jù)并聯(lián)電阻的關(guān)系有R總＝＝，則要保證R總不變，須將原電壓表更換為內(nèi)阻遠(yuǎn)大于RT阻值的電壓表．
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)定恒定電流為50.0 μA，由題圖可得溫度為35.0 ℃時(shí)電壓表的電壓為1.6 V，則根據(jù)歐姆定律可知此時(shí)熱敏電阻RT1＝32 kΩ；溫度為40.0 ℃時(shí)電壓表的電壓為1.3 V，則根據(jù)歐姆定律可知此時(shí)熱敏電阻RT2＝26 kΩ，則溫度從35.0 ℃變化到40.0 ℃的過程中，RT的阻值隨溫度的平均變化率是k＝＝－1.2 kΩ·℃－1，負(fù)號(hào)表示隨著溫度升高RT的阻值減小．
例2　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)，光控開關(guān)可用光敏電阻控制，如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線，照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為：勒克斯(lx)．
(1)如圖乙所示，電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)控制開關(guān)兩端電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)．要求當(dāng)天色漸暗照度降至1.0 lx時(shí)控制開關(guān)接通照明系統(tǒng)，則R1＝________ kΩ.
(2)某同學(xué)為了測(cè)量光敏電阻在不同照度下的阻值，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路進(jìn)行測(cè)量，電源(E＝3 V，內(nèi)阻未知)，電阻箱(0～99 999 Ω)．實(shí)驗(yàn)時(shí)將電阻箱阻值置于最大，閉合S1，將S2與1相連，減小電阻箱阻值，使靈敏電流計(jì)的示數(shù)為I，圖丁為實(shí)驗(yàn)時(shí)電阻箱的阻值，其讀數(shù)為________ kΩ；然后將S2與2相連，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖戊所示，此時(shí)電流表的示數(shù)恰好為I，則光敏電阻的阻值為________ kΩ(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)．
答案　(1)10　(2)62.5　40.0
解析　(1)電阻R1和R0串聯(lián)，有＝，U0＝2 V，U1＝3 V－2 V＝1 V，當(dāng)照度為1.0 lx時(shí)，電阻R0＝20 kΩ，則R1＝10 kΩ.
(2)題圖丁所示電阻箱讀數(shù)為R2＝62.5 kΩ，題圖戊所示電阻箱讀數(shù)R2′＝22.5 kΩ，本題采用等效替代法測(cè)電阻，前后兩次電路中的電流相等，則電路中的總電阻相等，則有R2＝R0′＋R2′，所以R0′＝40.0 kΩ.
例3　如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說法不正確的是(工作面是指較大的平面)(　　)
A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大
B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化
答案　C
解析　將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH將變大，選項(xiàng)A正確；地球兩極的磁場(chǎng)方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，選項(xiàng)B正確；地球赤道上的磁場(chǎng)沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北方向時(shí)，B才與工作面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B垂直工作面分量的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，選項(xiàng)D正確．
考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
一、門窗防盜報(bào)警裝置
1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾T窗防盜報(bào)警裝置，會(huì)組裝門窗防盜報(bào)警裝置．
2．電路如圖所示．
3．工作原理：閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)．當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作．繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)．當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電．繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警．干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)．
4．實(shí)驗(yàn)器材
干簧管SA、繼電器、發(fā)光二極管LED、蜂鳴器H、電源、導(dǎo)線若干、開關(guān)、電阻R、小磁體．
5．實(shí)驗(yàn)步驟
(1)連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作．用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常工作．
(2)確定各元件可以正常工作后，按照電路圖連接電路．
(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．
二、光控開關(guān)
1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饪亻_關(guān)電路及控制原理，會(huì)組裝光控開關(guān)．
2．電路如圖所示．
3．工作原理：當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮．當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流， 點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L.
4．實(shí)驗(yàn)器材
發(fā)光二極管LED、晶體三極管VT、可調(diào)電阻R1、限流電阻R2、光敏電阻RG、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源、導(dǎo)線若干、黑紙、小燈泡L.
5．實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源．
(2)讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光．
(3)遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光．
(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅．
6．注意事項(xiàng)
(1)安裝前，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝．
(2)光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中，二極管連入電路的極性不能反接．
(3)如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察．
例4　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：
(1)圖(a)為某自動(dòng)恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1＝2 kΩ，R2＝1.5 kΩ，R3＝4 kΩ，Rt為熱敏電阻，其電阻隨溫度變化的圖像如圖(b)所示．當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢(shì)φa<φb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)φa≥φb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變化的圖像如圖(c)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________ ℃；
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．20～24 ℃ B．32～36 ℃
C．48～52 ℃ D．60～64 ℃
答案　(1)25　Rt>3 kΩ　(2)70(68～72均可)　B
解析　(1)由電路圖可知，當(dāng)滿足＝時(shí)，即Rt＝3 kΩ時(shí)φa＝φb ，此時(shí)由題圖(b)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 kΩ；
(2)PQ＝0.1(t－t0) (W)，PQ與溫度t之間關(guān)系的圖像如圖；
由圖可知，當(dāng)溫度為70 ℃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；由圖可知，四個(gè)選項(xiàng)中，32～36 ℃時(shí)PR－PQ最大，即該過程用時(shí)最短，故選B.
例5　為了建設(shè)安全校園，某校物理教師帶領(lǐng)興趣小組的學(xué)生，利用光敏電阻和電磁繼電器，為學(xué)校教學(xué)樓內(nèi)所有樓梯口的照明燈安裝了亮度自動(dòng)控制裝置．如圖甲所示為他們?cè)O(shè)計(jì)的原理圖，R0為光敏電阻(阻值隨亮度的增加而減小)，R1為滑動(dòng)變阻器，電磁繼電器的銜鐵由軟鐵(容易磁化和消磁)制成，R2為電磁鐵的線圈電阻，K為單刀雙擲開關(guān)．
(1)為使樓內(nèi)亮度降低到一定程度照明燈自動(dòng)點(diǎn)亮，亮度升高到一定程度照明燈自動(dòng)熄滅，單刀雙擲開關(guān)應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)．
(2)為了提升校園安全系數(shù)，使照明燈在不太暗的時(shí)候就點(diǎn)亮，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)____________(選填“調(diào)大”或“調(diào)小”)．
(3)已知直流電路中的電流達(dá)到10 mA時(shí)電磁繼電器的銜鐵正好會(huì)被吸下，R0從正午最亮到夜晚最暗的阻值變化范圍為50～200 Ω，R2約為5 Ω，直流電源電動(dòng)勢(shì)E＝3 V，內(nèi)阻r約為1 Ω，現(xiàn)有三個(gè)最大電阻阻值分別為100 Ω、300 Ω、3 000 Ω的滑動(dòng)變阻器，為實(shí)現(xiàn)調(diào)控目標(biāo)R1最好應(yīng)選擇最大阻值為________ Ω的滑動(dòng)變阻器．
(4)興趣小組同學(xué)想要對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使亮度降低到一定程度觸發(fā)銜鐵吸下，請(qǐng)你在圖乙的虛線框中用筆畫線代替導(dǎo)線重新連接直流電路中c、d、e、f、g、h各點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)這一改進(jìn)目標(biāo)．
答案　(1)b　(2)調(diào)大　(3)300　(4)見解析圖
解析　(1)亮度降低R0變大，電流減小，電磁繼電器力減小，銜鐵被放開，此時(shí)照明燈應(yīng)被點(diǎn)亮，所以單刀雙擲開關(guān)應(yīng)接b.
(2)電磁繼電器的銜鐵被吸下或放開有一個(gè)電流的臨界值，對(duì)應(yīng)一個(gè)總電阻的臨界值，所以滑動(dòng)變阻器調(diào)得越大，對(duì)應(yīng)R0的觸發(fā)值越小，能使照明燈在不太暗的時(shí)候就點(diǎn)亮．
(3)電動(dòng)勢(shì)為3 V，觸發(fā)電流為10 mA，可得對(duì)應(yīng)總電阻為300 Ω.滑動(dòng)變阻器選100 Ω，R0可觸發(fā)的阻值范圍約為194～200 Ω，范圍太小，對(duì)應(yīng)亮度太低；300 Ω的阻值足夠調(diào)控，對(duì)應(yīng)R0觸發(fā)值范圍足夠大；3 000 Ω阻值太大，對(duì)于某一亮度對(duì)應(yīng)阻值的調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)．
(4)為了實(shí)現(xiàn)“亮度降低到一定程度觸發(fā)銜鐵吸下”可讓R0與電磁繼電器并聯(lián)，這樣亮度降低時(shí)R0增大，電磁繼電器中的電流增大，可觸發(fā)銜鐵被吸下，電路圖如圖．第十三章　交變電流　電磁波　傳感器
考情分析 交流電及四值 2022·浙江1月選考·T9　2022·廣東卷·T4　2022·河北卷·T3　2021·遼寧卷·T5 2021·江蘇卷·T12　2021·天津卷·T3　2021·北京卷·T5 2021·浙江1月選考·T16　2021·浙江6月選考·T5
變壓器綜合問題 2022·山東卷·T4　2022·湖北卷·T9　2022·湖南卷·T6　2022·北京卷·T4 2022·重慶卷·T3　2021·廣東卷·T7　2021·河北卷·T8　2021·湖南卷·T6 2021·湖北卷·T6　2021·福建卷·T3　2020·江蘇卷·T2　2020·山東卷·T5
遠(yuǎn)距離輸電 2020·浙江7月選考·T11
電磁波 2021·浙江6月選考·T8　2021·福建卷·T5　2020·北京卷·T3 2020·江蘇卷·T13B(1)
傳感器 2022·河北卷·T12　2022·北京卷·T13　2022·重慶卷·T11
試題情境 生活實(shí)踐類 發(fā)電機(jī)、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、X射線管、電子秤、煙霧報(bào)警器等
學(xué)習(xí)探究類 探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，探究家用小型發(fā)電機(jī)的原理，探究負(fù)載增加對(duì)供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
第1講　交變電流的產(chǎn)生和描述
目標(biāo)要求　1.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生過程，能正確書寫交變電流的函數(shù)表達(dá)式.2.理解并掌握交變電流圖像的意義.3.理解描述交變電流的幾個(gè)物理量，會(huì)計(jì)算交變電流的有效值.4.知道交流電“四值”在具體情況下的應(yīng)用．
考點(diǎn)一　正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律
1．產(chǎn)生
在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中線圈繞__________磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．
2．兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)
(1)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí)，S⊥B，Φ______，＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)_______．
(2)線圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，________，e最大，i最大，電流方向________．
3．一個(gè)周期內(nèi)線圈中電流的方向改變______次．
4．描述交變電流的物理量
(1)最大值
Em＝________，與轉(zhuǎn)軸位置________，與線圈形狀________(均選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．
(2)周期和頻率
①周期(T)：交變電流完成________________變化所需的時(shí)間．單位是秒(s)，公式T＝.
②頻率(f)：交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的________．單位是赫茲(Hz)．
③周期和頻率的關(guān)系：T＝______或f＝________.
5．交變電流的變化規(guī)律(線圈從中性面開始計(jì)時(shí))
函數(shù)表達(dá)式 圖像
磁通量 Φ＝__________＝____________
電動(dòng)勢(shì) e＝____________＝____________
1．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流．(　　)
2．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中穿過線圈的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大．(　　)
3．線圈經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電流方向發(fā)生改變．(　　)
4．當(dāng)線圈從垂直中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，即e＝Emsin ωt.(　　)
書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的技巧
(1)確定正弦交變電流的峰值：根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應(yīng)峰值．
(2)明確線圈的初始位置：
①若線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsin ωt.
②若線圈從垂直中性面位置開始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imcos ωt.
例1　(2023·廣西柳州市模擬)為研究交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，某研究小組把長(zhǎng)60 m導(dǎo)線繞制成N＝100匝的矩形閉合線圈，如圖所示．現(xiàn)把線圈放到磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.1 T、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈可以繞其對(duì)稱軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)讓線圈從圖示位置開始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10π rad/s轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說法正確的有(　　)
A．t＝0時(shí)，線圈位于中性面位置
B．t＝0.05 s時(shí)，感應(yīng)電流達(dá)到最大值
C．當(dāng)bc＝2ab時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝2πsin 10πt (V)
D．當(dāng)ab＝ad時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值最大
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例2　(2023·江蘇省高三月考)兩人在赤道上站立，各自手握金屬繩OPO′的一端，繞東西方向的水平軸沿順時(shí)針方向勻速搖動(dòng)，周期為T，將金屬繩連入電路，閉合回路如圖所示，取金屬繩在圖示的最高位置時(shí)為t＝0時(shí)刻，則下列說法正確的是(　　)
A．電路中存在周期為T的變化電流
B．t＝0時(shí)刻，回路中磁通量最大，電路中電流最大
C．t＝時(shí)刻，電流向左通過靈敏電流計(jì)
D．t＝時(shí)刻，回路磁通量最大，電路中電流最大
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例3　一手搖交流發(fā)電機(jī)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)阻不計(jì)．轉(zhuǎn)軸位于線圈平面內(nèi)，并與磁場(chǎng)方向垂直．產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，則(　　)
A．該交變電流的頻率是0.4 Hz
B．t＝0時(shí)刻，線圈恰好與中性面重合
C．t＝0.1 s時(shí)，穿過線圈的磁通量最大
D．該交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式是e＝10cos 5πt (V)
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考點(diǎn)二　交變電流有效值的求解
1．有效值
讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們________________相等，則這個(gè)恒定電流的電流I與電壓U就是這個(gè)交變電流的有效值．
2．正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系
I＝__________，U＝__________，E＝______.
1．有效值等于峰值的，這一關(guān)系適用于所有交變電流．(　　)
2．交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值．(　　)
例4　阻值為R的電阻上通以如圖所示的交變電流，則此交變電流的有效值為(　　)
A．1 A B. A
C．2 A D．3 A
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例5　(2023·江蘇南京市高三檢測(cè))如圖所示為一交流電壓隨時(shí)間變化的圖像．每個(gè)周期內(nèi)，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得此交流電壓的有效值為(　　)
A．7.5 V B．2 V
C．8 V D．3 V
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　　　　　　 有效值的計(jì)算
1．計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，先分段計(jì)算熱量，求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量，然后根據(jù)Q總＝I2RT或Q總＝T列式求解．
2．若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的周期(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(yīng)用正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系I＝、U＝求解．
考點(diǎn)三　交變電流“四值”的理解和計(jì)算
物理量 物理含義 重要關(guān)系 適用情況及說明
瞬時(shí)值 交變電流某一時(shí)刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況
峰值 最大的瞬時(shí)值 Em＝NBSω Im＝ 討論電容器的________電壓
有效值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值 E＝ U＝ I＝ 適用于正(余)弦式交變電流 (1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù) (2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(如額定電壓、額定電流等) (3)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱、保險(xiǎn)絲的熔斷電流等) (4)沒有特別加以說明的
平均值 交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值 ＝N ＝ 計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的________________________________________________________________________
1．交流電壓表和電流表測(cè)量的是交流電的峰值．(　　)
2．可以用平均值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量．(　　)
3．求通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q＝It，其中的I指的是有效值．(　　)
例6　如圖甲所示，標(biāo)有“220 V　40 W”的燈泡和標(biāo)有“20 μF　220 V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)．下列判斷正確的是(　　)
A．t＝時(shí)刻，的示數(shù)為零
B．燈泡恰好正常發(fā)光
C．電容器不可能被擊穿
D.的示數(shù)保持110 V不變
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例7　(2023·江蘇無錫市模擬)如圖所示，電阻為r的金屬直角線框abcd放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、d兩點(diǎn)連線與磁場(chǎng)垂直，ab、cd長(zhǎng)均為l，bc長(zhǎng)為2l，定值電阻阻值為R.線框繞ad連線以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，則(　　)
A．線框每轉(zhuǎn)一圈，回路電流方向改變一次
B．a(chǎn)、d兩點(diǎn)間的電壓為Bl2ω
C．電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為i＝
D．半個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量為
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例8　(2023·江蘇省常熟中學(xué)模擬)圖甲是某發(fā)電機(jī)的示意圖，正方形金屬框邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，其兩端與兩個(gè)半圓環(huán)相連，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定角速度繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)．阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示，Um為已知，其他電阻不計(jì)，則金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周(　　)
A．框內(nèi)電流方向不變
B．電動(dòng)勢(shì)的有效值大于Um
C．流過電阻的電荷量為
D．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為
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第十三章　交變電流　電磁波　傳感器
考情分析 交流電及四值 2022·浙江1月選考·T9　2022·廣東卷·T4　2022·河北卷·T3　2021·遼寧卷·T5 2021·江蘇卷·T12　2021·天津卷·T3　2021·北京卷·T5 2021·浙江1月選考·T16　2021·浙江6月選考·T5
變壓器綜合問題 2022·山東卷·T4　2022·湖北卷·T9　2022·湖南卷·T6　2022·北京卷·T4 2022·重慶卷·T3　2021·廣東卷·T7　2021·河北卷·T8　2021·湖南卷·T6 2021·湖北卷·T6　2021·福建卷·T3　2020·江蘇卷·T2　2020·山東卷·T5
遠(yuǎn)距離輸電 2020·浙江7月選考·T11
電磁波 2021·浙江6月選考·T8　2021·福建卷·T5　2020·北京卷·T3 2020·江蘇卷·T13B(1)
傳感器 2022·河北卷·T12　2022·北京卷·T13　2022·重慶卷·T11
試題情境 生活實(shí)踐類 發(fā)電機(jī)、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、X射線管、電子秤、煙霧報(bào)警器等
學(xué)習(xí)探究類 探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，探究家用小型發(fā)電機(jī)的原理，探究負(fù)載增加對(duì)供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置
第1講　交變電流的產(chǎn)生和描述
目標(biāo)要求　1.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生過程，能正確書寫交變電流的函數(shù)表達(dá)式.2.理解并掌握交變電流圖像的意義.3.理解描述交變電流的幾個(gè)物理量，會(huì)計(jì)算交變電流的有效值.4.知道交流電“四值”在具體情況下的應(yīng)用．
考點(diǎn)一　正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律
　　　　　　　　　　　　　　　　
1．產(chǎn)生
在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．
2．兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)
(1)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí)，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變．
(2)線圈平面與中性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變．
3．一個(gè)周期內(nèi)線圈中電流的方向改變兩次．
4．描述交變電流的物理量
(1)最大值
Em＝NBSω，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，與線圈形狀無關(guān)(均選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．
(2)周期和頻率
①周期(T)：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間．單位是秒(s)，公式T＝.
②頻率(f)：交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．單位是赫茲(Hz)．
③周期和頻率的關(guān)系：T＝或f＝.
5．交變電流的變化規(guī)律(線圈從中性面開始計(jì)時(shí))
函數(shù)表達(dá)式 圖像
磁通量 Φ＝Φmcos_ωt＝BScos_ωt
電動(dòng)勢(shì) e＝Emsin_ωt＝NBSωsin_ωt
1．矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流．(　×　)
2．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中穿過線圈的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大．(　×　)
3．線圈經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電流方向發(fā)生改變．(　√　)
4．當(dāng)線圈從垂直中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，即e＝Emsin ωt.(　×　)
書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的技巧
(1)確定正弦交變電流的峰值：根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝NBSω求出相應(yīng)峰值．
(2)明確線圈的初始位置：
①若線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imsin ωt.
②若線圈從垂直中性面位置開始計(jì)時(shí)，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達(dá)式為i＝Imcos ωt.
例1　(2023·廣西柳州市模擬)為研究交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，某研究小組把長(zhǎng)60 m導(dǎo)線繞制成N＝100匝的矩形閉合線圈，如圖所示．現(xiàn)把線圈放到磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.1 T、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈可以繞其對(duì)稱軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)讓線圈從圖示位置開始(t＝0)以恒定的角速度ω＝10π rad/s轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說法正確的有(　　)
A．t＝0時(shí)，線圈位于中性面位置
B．t＝0.05 s時(shí)，感應(yīng)電流達(dá)到最大值
C．當(dāng)bc＝2ab時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝2πsin 10πt (V)
D．當(dāng)ab＝ad時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值最大
答案　D
解析　t＝0時(shí)，線圈位于與中性面垂直的位置，故A錯(cuò)誤；線圈的周期為T＝＝0.2 s，t＝0.05 s時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過90°，到達(dá)中性面位置，此時(shí)磁通量最大，感應(yīng)電流為零，故B錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)最大值為Em0＝NBS0ω，S0＝ab·bc，N(ab＋bc)×2＝60 m,2ab＝bc，聯(lián)立可得Em0＝2π V，線圈從題中圖示位置(平行于磁場(chǎng)方向)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝2πcos 10πt (V)，故C錯(cuò)誤；線圈周長(zhǎng)為0.6 m，當(dāng)ab＝ad時(shí)，邊長(zhǎng)相等，此時(shí)線圈面積最大，又Em＝NBSω，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值最大，故D正確．
例2　(2023·江蘇省高三月考)兩人在赤道上站立，各自手握金屬繩OPO′的一端，繞東西方向的水平軸沿順時(shí)針方向勻速搖動(dòng)，周期為T，將金屬繩連入電路，閉合回路如圖所示，取金屬繩在圖示的最高位置時(shí)為t＝0時(shí)刻，則下列說法正確的是(　　)
A．電路中存在周期為T的變化電流
B．t＝0時(shí)刻，回路中磁通量最大，電路中電流最大
C．t＝時(shí)刻，電流向左通過靈敏電流計(jì)
D．t＝時(shí)刻，回路磁通量最大，電路中電流最大
答案　A
解析　金屬繩在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速搖動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生周期性變化的電流，所以這個(gè)電路中存在周期為T的變化電流，故A正確；在t＝時(shí)刻，金屬繩向下運(yùn)動(dòng)，由右手定則可知，電流向右通過靈敏電流計(jì)，故C錯(cuò)誤；在t＝0時(shí)刻和t＝時(shí)刻，磁通量的變化率最小，則電路中電流最小，故B、D錯(cuò)誤．
例3　一手搖交流發(fā)電機(jī)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)阻不計(jì)．轉(zhuǎn)軸位于線圈平面內(nèi)，并與磁場(chǎng)方向垂直．產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，則(　　)
A．該交變電流的頻率是0.4 Hz
B．t＝0時(shí)刻，線圈恰好與中性面重合
C．t＝0.1 s時(shí)，穿過線圈的磁通量最大
D．該交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式是e＝10cos 5πt (V)
答案　C
解析　由題圖可知電動(dòng)勢(shì)隨著時(shí)間變化的周期為T＝0.4 s，故頻率為f＝＝ Hz＝2.5 Hz，故A錯(cuò)誤；在t＝0時(shí)刻，電動(dòng)勢(shì)最大，所以此時(shí)穿過線圈的磁通量為0，線圈和中性面垂直，故B錯(cuò)誤；在t＝0.1 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為0，穿過線圈的磁通量最大，故C正確；該交變電動(dòng)勢(shì)最大值為Um＝10 V，ω＝＝ rad/s＝5π rad/s，因從垂直中性面開始計(jì)時(shí)，所以電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式是 e＝Emcos ωt＝10cos 5πt (V)，故D錯(cuò)誤．
考點(diǎn)二　交變電流有效值的求解
1．有效值
讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流的電流I與電壓U就是這個(gè)交變電流的有效值．
2．正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系
I＝，U＝，E＝.
1．有效值等于峰值的，這一關(guān)系適用于所有交變電流．(　×　)
2．交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值．(　×　)
例4　阻值為R的電阻上通以如圖所示的交變電流，則此交變電流的有效值為(　　)
A．1 A　　　　　 B. A
C．2 A　　　　　 D．3 A
答案　B
解析　根據(jù)焦耳定律以及有效值的概念得I2RT＝(2 A)2×R×＋(1 A)2×R×，解得I＝ A，B正確．
例5　(2023·江蘇南京市高三檢測(cè))如圖所示為一交流電壓隨時(shí)間變化的圖像．每個(gè)周期內(nèi)，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得此交流電壓的有效值為(　　)
A．7.5 V B．2 V
C．8 V D．3 V
答案　B
解析　在0～1 s內(nèi)是正弦式電流，則電壓的有效值等于3 V．在1～3 s內(nèi)是恒定電流，則有效值等于9 V．則在0～3 s內(nèi)，產(chǎn)生的熱量為×1 s＋×2 s＝×3 s，解得U＝2 V，故選B.
　　　　　　 有效值的計(jì)算
1．計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”，先分段計(jì)算熱量，求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量，然后根據(jù)Q總＝I2RT或Q總＝T列式求解．
2．若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的周期(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(yīng)用正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系I＝、U＝求解．
考點(diǎn)三　交變電流“四值”的理解和計(jì)算
物理量 物理含義 重要關(guān)系 適用情況及說明
瞬時(shí)值 交變電流某一時(shí)刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況
峰值 最大的瞬時(shí)值 Em＝NBSω Im＝ 討論電容器的擊穿電壓
有效值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值 E＝ U＝ I＝ 適用于正(余)弦式交變電流 (1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù) (2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(如額定電壓、額定電流等) (3)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱、保險(xiǎn)絲的熔斷電流等) (4)沒有特別加以說明的
平均值 交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值 ＝N ＝ 計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量
1．交流電壓表和電流表測(cè)量的是交流電的峰值．(　×　)
2．可以用平均值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量．(　×　)
3．求通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q＝It，其中的I指的是有效值．(　×　)
例6　如圖甲所示，標(biāo)有“220 V　40 W”的燈泡和標(biāo)有“20 μF　220 V”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)．下列判斷正確的是(　　)
A．t＝時(shí)刻，的示數(shù)為零
B．燈泡恰好正常發(fā)光
C．電容器不可能被擊穿
D.的示數(shù)保持110 V不變
答案　B
解析　的示數(shù)應(yīng)是交流電壓的有效值，即為220 V，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；交流電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，選項(xiàng)B正確；交流電壓的峰值Um＝220 V≈311 V，大于電容器的耐壓值，故電容器將被擊穿，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．
例7　(2023·江蘇無錫市模擬)如圖所示，電阻為r的金屬直角線框abcd放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、d兩點(diǎn)連線與磁場(chǎng)垂直，ab、cd長(zhǎng)均為l，bc長(zhǎng)為2l，定值電阻阻值為R.線框繞ad連線以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，則(　　)
A．線框每轉(zhuǎn)一圈，回路電流方向改變一次
B．a(chǎn)、d兩點(diǎn)間的電壓為Bl2ω
C．電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為i＝
D．半個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量為
答案　D
解析　線框產(chǎn)生的是正弦式交流電，正弦式交流電在一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變2次，故 A錯(cuò)誤；回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為E＝＝＝Bl2ω，a、d兩點(diǎn)間的電壓為路端電壓U＝E＝，故B錯(cuò)誤；線框從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，電流瞬時(shí)值表達(dá)式i＝
sin ωt＝sin ωt，C錯(cuò)誤；半個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量q＝Δt＝＝，故D正確．
例8　(2023·江蘇省常熟中學(xué)模擬)圖甲是某發(fā)電機(jī)的示意圖，正方形金屬框邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，其兩端與兩個(gè)半圓環(huán)相連，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定角速度繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)．阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示，Um為已知，其他電阻不計(jì)，則金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周(　　)
A．框內(nèi)電流方向不變
B．電動(dòng)勢(shì)的有效值大于Um
C．流過電阻的電荷量為
D．電阻產(chǎn)生的焦耳熱為
答案　D
解析　金屬框每次經(jīng)過中性面時(shí)框內(nèi)電流方向都會(huì)改變，故A錯(cuò)誤；由題圖乙可知，金屬框產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的圖像應(yīng)為完整的正弦曲線，所以電動(dòng)勢(shì)的有效值等于Um，故B錯(cuò)誤；金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，流過電阻的電荷量為q＝××4＝××4＝×4＝，故C錯(cuò)誤；設(shè)金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，則有Um＝BL2ω，金屬框轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T＝，根據(jù)焦耳定律可得電阻產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝2，聯(lián)立上述三式解得Q＝，故D正確．第3講　電磁振蕩與電磁波
目標(biāo)要求　1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程及電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化情況.2.掌握電磁振蕩的周期公式和頻率公式.3.理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程．
考點(diǎn)一　電磁振蕩
1．振蕩電路：產(chǎn)生大小和方向都做____________迅速變化的電流(即________________)的電路．由電感線圈L和電容C組成最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為________振蕩電路．
2．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器不斷地________和________，就會(huì)使電容器極板上的電荷量q、電路中的________、電容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈內(nèi)的________________發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩．
3．電磁振蕩中的能量變化
(1)放電過程中電容器儲(chǔ)存的________能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的________能．
(2)充電過程中線圈中的________能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的________能．
(3)在電磁振蕩過程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生________的轉(zhuǎn)化．
4．電磁振蕩的周期和頻率
(1)周期T＝________.
(2)頻率f＝.
1．LC振蕩電路中，電容器放電完畢時(shí)，回路中電流最小．(　　)
2．LC振蕩電路中，回路中的電流最大時(shí)回路中的磁場(chǎng)能最大．(　　)
3．電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)．(　　)
1．振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像
2．LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法
根據(jù)電流流向判斷 當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過程
根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷 當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)減小時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程
根據(jù)能量判斷 電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電
例1　(2023·北京八十中模擬)如圖甲所示為某一LC振蕩電路，圖乙i－t圖像為L(zhǎng)C振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像．在t＝0時(shí)刻，回路中電容器的M板帶正電，下列說法中正確的是(　　)
A．O～a階段，電容器正在充電，電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化
B．a(chǎn)～b階段，電容器正在放電，磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化
C．b～c階段，電容器正在放電，回路中電流沿順時(shí)針方向
D．c～d階段，電容器正在充電，回路中電流沿逆時(shí)針方向
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例2　如圖所示，表示LC振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說法正確的是(　　)
A．電容器正在充電
B．電感線圈中的磁場(chǎng)能正在減小
C．電感線圈中的電流正在減小
D．此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增大
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例3　某LC電路的振蕩頻率為520 kHz，為能提高到1 040 kHz，以下說法正確的是(　　)
A．調(diào)節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4倍
B．調(diào)節(jié)可變電容，使電容減小為原來的
C．調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍
D．調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?br/>聽課記錄：_______________________________________________________________________
例4　(2023·江蘇南京市模擬)如圖所示，一平行金屬板AB與一線圈組成理想的LC振蕩電路，E為電源，當(dāng)開關(guān)S從1擲向2的同時(shí)，有一電子恰從極板中央飛入AB間，電子重力可忽略，射入方向與極板平行．則電子(　　)
A．可能從上極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能一定增大
B．可能從下極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能可能不變
C．可能從上極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能可能不變
D．可能從下極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能一定減小
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考點(diǎn)二　電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用
1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論
2．電磁波
(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成__________．
(2)電磁波的傳播不需要________，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度________(都等于光速)．
(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速________．
(4)v＝________，f是電磁波的頻率．
3．電磁波的發(fā)射
(1)發(fā)射條件：________電路和______________信號(hào)，所以要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制．
(2)調(diào)制方式
①調(diào)幅：使高頻電磁波的________隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變．
②調(diào)頻：使高頻電磁波的________隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變．
4．無線電波的接收
(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率________時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流________，這就是電諧振現(xiàn)象．
(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作______，能夠調(diào)諧的接收電路叫作________電路．
(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過程，叫作________．檢波是________的逆過程，也叫作________．
5．電磁波譜：按照電磁波的______大小或______高低的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜．
按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、__________、紫外線、X射線、γ射線．
1．振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大．(　　)
2．要將傳遞的聲音信號(hào)向遠(yuǎn)距離發(fā)射，必須以高頻電磁波作為載波．(　　)
3．只有接收電路發(fā)生電諧振時(shí)，接收電路中才有振蕩電流．(　　)
4．解調(diào)是調(diào)制的逆過程．(　　)
1．電磁波譜分析及應(yīng)用
電磁波譜 頻率/ Hz 真空中波長(zhǎng)/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律
無線電波 ＜3×1011 ＞10－3 波動(dòng)性強(qiáng)，易發(fā)生衍射 無線電技術(shù) 衍射能力減弱，直線傳播能力增強(qiáng)
紅外線 1011～1015 10－7～10－3 熱效應(yīng) 紅外遙感
可見光 1015 10－7 引起視覺 照明、攝影
紫外線 1015～1016 10－8～10－7 化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒 醫(yī)用消毒、防偽
X射線 1016～1019 10－11～10－8 穿透本領(lǐng)強(qiáng) 檢查、醫(yī)用透視
γ射線 ＞1019 ＜10－11 穿透本領(lǐng)更強(qiáng) 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療
2.各種電磁波產(chǎn)生機(jī)理
無線電波 振蕩電路中電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生
紅外線、可見光和紫外線 原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
X射線 原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
γ射線 原子核受激發(fā)后產(chǎn)生
3.對(duì)電磁波的兩點(diǎn)說明
(1)不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長(zhǎng)越短，穿透能力越強(qiáng)．
(2)同頻率的電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不同，不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率越高，折射率越大，速度越小．
例5　某電路中電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的是(　　)
例6　(2023·上海市模擬)以下關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波的說法中正確的是(　　)
A．電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)存在的，統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)
B．電磁波是機(jī)械波，傳播需要介質(zhì)
C．電磁波的傳播速度是3×108 m/s
D．電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播
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例7　關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是(　　)
A．在真空中各種電磁波的傳播速度不同
B．γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高
C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射
D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線
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例8　(2020·江蘇卷·13B(1)改編)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中．下列不屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有(　　)
A．殺菌用的紫外燈
B．拍胸片的X光機(jī)
C．測(cè)量體溫的紅外線測(cè)溫槍
D．檢查血流情況的“彩超”機(jī)
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第3講　電磁振蕩與電磁波
目標(biāo)要求　1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程及電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化情況.2.掌握電磁振蕩的周期公式和頻率公式.3.理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程．
考點(diǎn)一　電磁振蕩
1．振蕩電路：產(chǎn)生大小和方向都做周期性迅速變化的電流(即振蕩電流)的電路．由電感線圈L和電容C組成最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C振蕩電路．
2．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器不斷地充電和放電，就會(huì)使電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩．
3．電磁振蕩中的能量變化
(1)放電過程中電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能．
(2)充電過程中線圈中的磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能．
(3)在電磁振蕩過程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化．
4．電磁振蕩的周期和頻率
(1)周期T＝2π.
(2)頻率f＝.
1．LC振蕩電路中，電容器放電完畢時(shí)，回路中電流最小．(　×　)
2．LC振蕩電路中，回路中的電流最大時(shí)回路中的磁場(chǎng)能最大．(　√　)
3．電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)．(　×　)
1．振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像
2．LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法
根據(jù)電流流向判斷 當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過程
根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷 當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)減小時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程
根據(jù)能量判斷 電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電
例1　(2023·北京八十中模擬)如圖甲所示為某一LC振蕩電路，圖乙i－t圖像為L(zhǎng)C振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像．在t＝0時(shí)刻，回路中電容器的M板帶正電，下列說法中正確的是(　　)
A．O～a階段，電容器正在充電，電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化
B．a(chǎn)～b階段，電容器正在放電，磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化
C．b～c階段，電容器正在放電，回路中電流沿順時(shí)針方向
D．c～d階段，電容器正在充電，回路中電流沿逆時(shí)針方向
答案　C
解析　O～a階段，電容器正在放電，電流不斷增加，電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；a～b階段，電容器正在充電，電流逐漸減小，磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；b～c階段，電容器正在放電，回路中電流沿順時(shí)針方向，選項(xiàng)C正確；c～d階段，電容器正在充電，回路中電流沿順時(shí)針方向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．
例2　如圖所示，表示LC振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說法正確的是(　　)
A．電容器正在充電
B．電感線圈中的磁場(chǎng)能正在減小
C．電感線圈中的電流正在減小
D．此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增大
答案　D
解析　根據(jù)磁感線的方向可以判斷電流方向是逆時(shí)針，再根據(jù)電容器極板上帶電的性質(zhì)可以判斷電容器在放電，A錯(cuò)誤；電容器在放電，所以電流在增大，磁場(chǎng)能在增大，自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增大，B、C錯(cuò)誤，D正確．
例3　某LC電路的振蕩頻率為520 kHz，為能提高到1 040 kHz，以下說法正確的是(　　)
A．調(diào)節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4倍
B．調(diào)節(jié)可變電容，使電容減小為原來的
C．調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍
D．調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?br/>答案　B
解析　由振蕩頻率公式f＝可知，要使頻率提高到原來的2倍，則可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼模驕p小電感使之變?yōu)樵瓉淼模蔅正確，A、C、D錯(cuò)誤．
例4　(2023·江蘇南京市模擬)如圖所示，一平行金屬板AB與一線圈組成理想的LC振蕩電路，E為電源，當(dāng)開關(guān)S從1擲向2的同時(shí)，有一電子恰從極板中央飛入AB間，電子重力可忽略，射入方向與極板平行．則電子(　　)
A．可能從上極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能一定增大
B．可能從下極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能可能不變
C．可能從上極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能可能不變
D．可能從下極板邊緣飛出，飛出時(shí)動(dòng)能一定減小
答案　C
解析　當(dāng)開關(guān)S從1擲向2后，兩板間將產(chǎn)生交變電場(chǎng)(設(shè)周期為T)，根據(jù)兩板間電壓的周期性可知，若電子在板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為的奇數(shù)倍，則電子在板間加速和減速的時(shí)間相等，根據(jù)對(duì)稱性可知電子從兩板間射出時(shí)的豎直分速度為零，此時(shí)電子的動(dòng)能不變，且電子的豎直分位移方向向上．因?yàn)殡娮右欢ㄏ认蛏霞铀伲湄Q直位移一定向上或等于零，所以電子不可能從兩板間中軸線的下方射出．綜上所述可知A、B、D錯(cuò)誤，C正確．
考點(diǎn)二　電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用
1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論
2．電磁波
(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波．
(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)．
(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小．
(4)v＝λf，f是電磁波的頻率．
3．電磁波的發(fā)射
(1)發(fā)射條件：開放電路和高頻振蕩信號(hào)，所以要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制．
(2)調(diào)制方式
①調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變．
②調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變．
4．無線電波的接收
(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這就是電諧振現(xiàn)象．
(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路．
(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過程，叫作檢波．檢波是調(diào)制的逆過程，也叫作解調(diào)．
5．電磁波譜：按照電磁波的波長(zhǎng)大小或頻率高低的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜．
按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．
1．振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大．(　√　)
2．要將傳遞的聲音信號(hào)向遠(yuǎn)距離發(fā)射，必須以高頻電磁波作為載波．(　√　)
3．只有接收電路發(fā)生電諧振時(shí)，接收電路中才有振蕩電流．(　×　)
4．解調(diào)是調(diào)制的逆過程．(　√　)
1．電磁波譜分析及應(yīng)用
電磁波譜 頻率/ Hz 真空中波長(zhǎng)/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律
無線電波 ＜3×1011 ＞10－3 波動(dòng)性強(qiáng)，易發(fā)生衍射 無線電技術(shù) 衍射能力減弱，直線傳播能力增強(qiáng)
紅外線 1011～1015 10－7～10－3 熱效應(yīng) 紅外遙感
可見光 1015 10－7 引起視覺 照明、攝影
紫外線 1015～1016 10－8～10－7 化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒 醫(yī)用消毒、防偽
X射線 1016～1019 10－11～10－8 穿透本領(lǐng)強(qiáng) 檢查、醫(yī)用透視
γ射線 ＞1019 ＜10－11 穿透本領(lǐng)更強(qiáng) 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療
2.各種電磁波產(chǎn)生機(jī)理
無線電波 振蕩電路中電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生
紅外線、可見光和紫外線 原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
X射線 原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
γ射線 原子核受激發(fā)后產(chǎn)生
3.對(duì)電磁波的兩點(diǎn)說明
(1)不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長(zhǎng)越短，穿透能力越強(qiáng)．
(2)同頻率的電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不同，不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率越高，折射率越大，速度越小．
例5　某電路中電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的是(　　)
答案　D
解析　由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論知，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如題圖A)，由于它不激發(fā)磁場(chǎng)，故無電磁波產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如題圖B、C)，會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng)，但磁場(chǎng)恒定，不會(huì)在較遠(yuǎn)處激發(fā)出電場(chǎng)，故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波；周期性變化的電場(chǎng)(如題圖D)，會(huì)激發(fā)出周期性變化的磁場(chǎng)，它又激發(fā)出周期性變化的電場(chǎng)……如此交替的產(chǎn)生磁場(chǎng)和電場(chǎng)，便會(huì)形成電磁波，故D正確．
例6　(2023·上海市模擬)以下關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波的說法中正確的是(　　)
A．電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)存在的，統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)
B．電磁波是機(jī)械波，傳播需要介質(zhì)
C．電磁波的傳播速度是3×108 m/s
D．電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播
答案　D
解析　變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系，它們統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁波不是機(jī)械波，傳播不需要介質(zhì)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電磁波在真空中的傳播速度是3×108 m/s，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播，選項(xiàng)D正確．
例7　關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是(　　)
A．在真空中各種電磁波的傳播速度不同
B．γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高
C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射
D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線
答案　B
解析　電磁波在真空中的傳播速度都為3.0×108 m/s，故A錯(cuò)誤；γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長(zhǎng)逐漸變短，頻率逐漸升高，而波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越強(qiáng)，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，電磁波譜中無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D錯(cuò)誤．
例8　(2020·江蘇卷·13B(1)改編)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中．下列不屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有(　　)
A．殺菌用的紫外燈
B．拍胸片的X光機(jī)
C．測(cè)量體溫的紅外線測(cè)溫槍
D．檢查血流情況的“彩超”機(jī)
答案　D第2講　變壓器　遠(yuǎn)距離輸電
實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
目標(biāo)要求　1.會(huì)用實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，體會(huì)控制變量法，了解實(shí)驗(yàn)誤差.2.知道變壓器的工作原理，掌握變壓器的特點(diǎn)，并能分析、解決實(shí)際問題.3.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理并會(huì)計(jì)算線路損失的電壓和功率．
考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
1．實(shí)驗(yàn)原理
(1)實(shí)驗(yàn)電路圖(如圖所示)：
(2)實(shí)驗(yàn)方法采用控制變量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的關(guān)系．
②n2、U1一定，研究n1和U2的關(guān)系．
2．實(shí)驗(yàn)器材
學(xué)生電源(低壓交流電源，小于12 V)1個(gè)、可拆變壓器1個(gè)、多用電表1個(gè)、導(dǎo)線若干．
3．實(shí)驗(yàn)過程
(1)保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響．
①估計(jì)被測(cè)電壓的大致范圍，選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程，若不知道被測(cè)電壓的大致范圍，則應(yīng)選擇交流電壓擋的最大量程進(jìn)行測(cè)量．
②組裝可拆變壓器：把兩個(gè)線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯，用交流電壓擋測(cè)量輸入、輸出電壓．
(2)保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響．重復(fù)(1)中步驟．
4．?dāng)?shù)據(jù)處理
由數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2之比的關(guān)系．
5．注意事項(xiàng)
(1)在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開電源開關(guān)，再進(jìn)行操作．
(2)為了人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12 V，通電時(shí)不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱．
(3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量．
例1　在“探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，可拆變壓器如圖所示．
(1)本實(shí)驗(yàn)要通過改變?cè)⒏本€圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是________；
A．控制變量法
B．等效替代法
C．整體隔離法
(2)為了減少渦流的影響，鐵芯應(yīng)該選擇________；
A．整塊硅鋼鐵芯 B．整塊不銹鋼鐵芯
C．絕緣的硅鋼片疊成 D．絕緣的銅片疊成
(3)以下給出的器材中，本實(shí)驗(yàn)需要用到的有哪些________；
(4)下列做法正確的是________；
A．為了人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過12 V
B．為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)
C．觀察兩個(gè)線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)多
D．變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈
(5)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中將電源接在原線圈的“0”和“800”兩個(gè)接線柱上，用電表測(cè)得副線圈的“0”和“400”兩個(gè)接線柱之間的電壓為3.0 V，則原線圈的輸入電壓可能為________．(填選項(xiàng)前字母)
A．1.5 V B．3.0 V
C．6.0 V D．7.0 V
考點(diǎn)二　理想變壓器的原理及應(yīng)用
1．構(gòu)造和原理
(1)構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由____________和繞在鐵芯上的________________組成的．
(2)原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象．
2．基本關(guān)系式
(1)功率關(guān)系：________________.
(2)電壓關(guān)系：________________.
(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)＝.
(4)頻率關(guān)系：________________.
1．變壓器只對(duì)交變電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用．(　　)
2．變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率．(　　)
3．在任何情況下，理想變壓器均滿足＝、＝、P入＝P出．(　　)
1．理想變壓器的制約關(guān)系
電壓 原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2，U2＝U1
功率 副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入，P入＝P出
電流 副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1，I1＝I2
2.含有多個(gè)副線圈的變壓器
計(jì)算具有兩個(gè)或兩個(gè)以上副線圈的變壓器問題時(shí)，需注意三個(gè)關(guān)系：
電壓關(guān)系：＝＝＝…＝
功率關(guān)系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn
電流關(guān)系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
考向1　變壓器基本物理量的分析與計(jì)算
例2　(2022·山東卷·4)如圖所示的變壓器，輸入電壓為220 V，可輸出12 V、18 V、30 V電壓，匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時(shí)間變化為u＝Umcos (100πt)．單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1 V．將阻值為12 Ω的電阻R接在BC兩端時(shí)，功率為12 W．下列說法正確的是(　　)
A．n1為1 100匝，Um為220 V
B．BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4 A
C．若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18 V，頻率為100 Hz
D．若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5 A，周期為0.02 s
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例3　(2022·北京卷·4)某理想變壓器的原線圈接在220 V的正弦交流電源上，副線圈輸出電壓為22 000 V，輸出電流為300 mA.該變壓器(　　)
A．原、副線圈的匝數(shù)之比為100∶1
B．輸入電流為30 A
C．輸入電流的最大值為15 A
D．原、副線圈交流電的頻率之比為1∶100
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考向2　原線圈接入用電器的變壓器問題分析
例4　(2023·江蘇省名校聯(lián)考)如圖，一理想變壓器ab端接交流電源，原線圈匝數(shù)為100匝，R1、R2、R3阻值相等．則當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)R1的功率為P1，當(dāng)S閉合時(shí)R1的功率為P2，且P1∶P2＝9∶25，則副線圈匝數(shù)為(　　)
A．25 B．50 C．200 D．400
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考點(diǎn)三　理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析
1．匝數(shù)比不變的分析思路
(1)U1不變，根據(jù)＝，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________.
(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，而P1＝P2，故P1發(fā)生變化．
2．負(fù)載電阻不變的分析思路
(1)U1不變，發(fā)生變化時(shí)，U2變化．
(2)R不變，U2變化時(shí)，I2發(fā)生變化．
(3)根據(jù)P2＝，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1＝________，故P1變化，P1＝U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化．
1．變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí)，原線圈輸入的電流隨之減小．(　　)
2．原線圈所加電壓恒定，當(dāng)原線圈的匝數(shù)增加時(shí)，副線圈兩端電壓增大．(　　)
3．變壓器副線圈接入負(fù)載越多，原線圈的輸入電流越小．(　　)
考向1　理想變壓器匝數(shù)不變問題的分析和計(jì)算
例5　(2023·江蘇南京市高三檢測(cè))如圖，理想變壓器原線圈接有效值保持不變的正弦交流電壓，電壓表和電流表均為理想交流電表，RT為熱敏電阻(溫度升高，電阻減小)，R0、R1為定值電阻，C為電容器，通電后隨著RT溫度升高，下列說法正確的是(　　)
A．V1表的示數(shù)和V2表的示數(shù)都不變
B．理想變壓器的輸入功率減小
C．通過R1的電流始終為零，R1不消耗電能
D．若電容器電容減小，則A2表的示數(shù)增大
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考向2　理想變壓器負(fù)載不變問題的分析和計(jì)算
例6　自耦變壓器在高鐵技術(shù)中被廣泛應(yīng)用．如圖所示，一理想自耦變壓器接在u＝Umsin 100πt的正弦交流電壓上，P為滑動(dòng)觸頭，初始位置位于線圈CD的中點(diǎn)G, A1和A2為理想交流電表，R為定值電阻，下列說法正確的是(　　)
A．將P向下滑動(dòng)，A1的示數(shù)將變小
B．將P向上滑動(dòng)，A2的示數(shù)將變大
C．將P下滑到GD的中點(diǎn)，電阻R的功率將變?yōu)樵瓉淼?倍
D．將P上滑到CG的中點(diǎn)，電阻R的功率將變?yōu)樵瓉淼?br/>聽課記錄：_______________________________________________________________________
考點(diǎn)四　遠(yuǎn)距離輸電
如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶端的電壓為U′，輸電電流為I，輸電線總電阻為R.
1．輸電電流
I＝________＝________.
2．電壓損失
(1)ΔU＝________；(2)ΔU＝IR.
3．功率損失
(1)ΔP＝________＝ΔU·I；
(2)ΔP＝________＝()2R
4．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑
(1)減小輸電線的電阻R.由R＝ρ知，可加大導(dǎo)線的______________、采用______________的材料做導(dǎo)線．
(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流．在輸電功率一定的情況下，根據(jù)P＝UI，要減小電流，必須____________________．
1．增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失．(　　)
2．高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的熱損耗．(　　)
3．若發(fā)電站輸出功率為P，輸電電壓為U，輸電線總電阻為R，如圖所示，則輸電線上損失的功率為P損＝.(　　)
1．理清輸電電路圖的三個(gè)回路(如圖)
(1)在電源回路中，P發(fā)電機(jī)＝U1I1＝P1.
(2)在輸送回路中，I2＝I線＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R線，ΔP＝I22R線．
(3)在用戶回路中，P4＝U4I4＝P用戶．
2．抓住兩組關(guān)聯(lián)式
(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著電源回路和輸送回路，由理想變壓器原理可得：＝，＝，P1＝P2.
(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著輸送回路和用戶回路，由理想變壓器原理可得：＝，＝，P3＝P4.
3．掌握一個(gè)守恒觀念
功率關(guān)系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I線＝I線2R線＝.
例7　如圖所示為遠(yuǎn)距離交流輸電的簡(jiǎn)化電路圖．發(fā)電廠的輸出電壓為U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1，在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為I2，則(　　)
A．用戶端的電壓為
B．輸電線上損失的電壓為U
C．理想變壓器的輸入功率為I12r
D．輸電線路上損失的電功率為I1U
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例8　(2021·山東卷·9改編)輸電能耗演示電路如圖所示．左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶3，輸入電壓為7.5 V的正弦交流電．連接兩理想變壓器的導(dǎo)線總電阻為r，負(fù)載R的阻值為10 Ω.開關(guān)S接1
時(shí)，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，R上的功率為10 W；接2時(shí)，匝數(shù)比為1∶2，R上的功率為P.以下判斷正確的是(　　)
A．r＝10 Ω B．r＝5 Ω
C．P＝45 W D．P＝25 W
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第2講　變壓器　遠(yuǎn)距離輸電
實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
目標(biāo)要求　1.會(huì)用實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，體會(huì)控制變量法，了解實(shí)驗(yàn)誤差.2.知道變壓器的工作原理，掌握變壓器的特點(diǎn)，并能分析、解決實(shí)際問題.3.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理并會(huì)計(jì)算線路損失的電壓和功率．
考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系
1．實(shí)驗(yàn)原理
(1)實(shí)驗(yàn)電路圖(如圖所示)：
(2)實(shí)驗(yàn)方法采用控制變量法
①n1、U1一定，研究n2和U2的關(guān)系．
②n2、U1一定，研究n1和U2的關(guān)系．
2．實(shí)驗(yàn)器材
學(xué)生電源(低壓交流電源，小于12 V)1個(gè)、可拆變壓器1個(gè)、多用電表1個(gè)、導(dǎo)線若干．
3．實(shí)驗(yàn)過程
(1)保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響．
①估計(jì)被測(cè)電壓的大致范圍，選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程，若不知道被測(cè)電壓的大致范圍，則應(yīng)選擇交流電壓擋的最大量程進(jìn)行測(cè)量．
②組裝可拆變壓器：把兩個(gè)線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯，用交流電壓擋測(cè)量輸入、輸出電壓．
(2)保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響．重復(fù)(1)中步驟．
4．?dāng)?shù)據(jù)處理
由數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2之比的關(guān)系．
5．注意事項(xiàng)
(1)在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開電源開關(guān)，再進(jìn)行操作．
(2)為了人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12 V，通電時(shí)不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱．
(3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，大致確定被測(cè)電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量．
例1　在“探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，可拆變壓器如圖所示．
(1)本實(shí)驗(yàn)要通過改變?cè)⒏本€圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是________；
A．控制變量法
B．等效替代法
C．整體隔離法
(2)為了減少渦流的影響，鐵芯應(yīng)該選擇________；
A．整塊硅鋼鐵芯 B．整塊不銹鋼鐵芯
C．絕緣的硅鋼片疊成 D．絕緣的銅片疊成
(3)以下給出的器材中，本實(shí)驗(yàn)需要用到的有哪些________；
(4)下列做法正確的是________；
A．為了人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過12 V
B．為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)
C．觀察兩個(gè)線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)多
D．變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈
(5)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中將電源接在原線圈的“0”和“800”兩個(gè)接線柱上，用電表測(cè)得副線圈的“0”和“400”兩個(gè)接線柱之間的電壓為3.0 V，則原線圈的輸入電壓可能為________．(填選項(xiàng)前字母)
A．1.5 V B．3.0 V
C．6.0 V D．7.0 V
答案　(1)A　(2)C　(3)BD　(4)B　(5)D
解析　(1)本實(shí)驗(yàn)要通過改變?cè)⒏本€圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是控制變量法，故選A.
(2)變壓器鐵芯的材料要選擇磁性材料，為防止出現(xiàn)渦流，選擇用絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．
(3)實(shí)驗(yàn)中需要交流電源和交流電壓表，不需要干電池和直流電壓表，故選B、D.
(4)變壓器改變的是交流電壓，因此為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不能超過12 V，若用直流電源，變壓器不能工作，故A錯(cuò)誤；使用多用電表測(cè)電壓時(shí)，先用最大量程擋試測(cè)，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量，故B正確；觀察兩個(gè)線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，由變壓器工作原理知＝，可知匝數(shù)少的電流大，則導(dǎo)線越粗，即導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)少，故C錯(cuò)誤；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，若不計(jì)各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能，在副線圈上將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場(chǎng)能的作用，不是鐵芯導(dǎo)電，傳輸電能，故D錯(cuò)誤．
(5)若是理想變壓器，則由變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系有＝，若變壓器的原線圈接“0”和“800”兩個(gè)接線柱，副線圈接“0”和“400”兩個(gè)接線柱，可知原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，副線圈的電壓為3 V，則原線圈的電壓為U1＝2×3 V＝6 V，考慮到不是理想變壓器，有漏磁等現(xiàn)象，則原線圈所接的電源電壓大于6 V，可能為7 V，故D正確．
考點(diǎn)二　理想變壓器的原理及應(yīng)用
1．構(gòu)造和原理
(1)構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的．
(2)原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象．
2．基本關(guān)系式
(1)功率關(guān)系：P入＝P出．
(2)電壓關(guān)系：＝.
(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)＝.
(4)頻率關(guān)系：f出＝f入．
1．變壓器只對(duì)交變電流起作用，對(duì)恒定電流不起作用．(　√　)
2．變壓器不但能改變交變電流的電壓，還能改變交變電流的頻率．(　×　)
3．在任何情況下，理想變壓器均滿足＝、＝、P入＝P出．(　×　)
1．理想變壓器的制約關(guān)系
電壓 原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2，U2＝U1
功率 副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入，P入＝P出
電流 副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1，I1＝I2
2.含有多個(gè)副線圈的變壓器
計(jì)算具有兩個(gè)或兩個(gè)以上副線圈的變壓器問題時(shí)，需注意三個(gè)關(guān)系：
電壓關(guān)系：＝＝＝…＝
功率關(guān)系：P1＝P2＋P3＋P4＋…＋Pn
電流關(guān)系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋…＋nnIn
考向1　變壓器基本物理量的分析與計(jì)算
例2　(2022·山東卷·4)如圖所示的變壓器，輸入電壓為220 V，可輸出12 V、18 V、30 V電壓，匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時(shí)間變化為u＝Umcos (100πt)．單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數(shù)為0.1 V．將阻值為12 Ω的電阻R接在BC兩端時(shí)，功率為12 W．下列說法正確的是(　　)
A．n1為1 100匝，Um為220 V
B．BC間線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為1.4 A
C．若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18 V，頻率為100 Hz
D．若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5 A，周期為0.02 s
答案　D
解析　變壓器的輸入電壓為220 V，原線圈的交流電的電壓與時(shí)間成余弦函數(shù)關(guān)系，故輸入交流電壓的最大值為220 V，根據(jù)理想變壓器原線圈與單匝線圈的匝數(shù)比為＝，解得原線圈為2 200匝，A錯(cuò)誤；根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時(shí)，BC間的電壓為UBC＝＝12 V，故BC間的線圈與單匝線圈匝數(shù)關(guān)系有＝，則BC間的線圈匝數(shù)為120匝，流過R的電流為IBC＝＝＝1 A，B錯(cuò)誤；若將R接在AB兩端，根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時(shí)，AB間的電壓應(yīng)該為18 V，根據(jù)交流電原線圈電壓的表達(dá)式可知，交流電的角速度為100π rad/s，故交流電的頻率為f＝＝＝50 Hz，C錯(cuò)誤；若將R接在AC兩端，根據(jù)題圖可知，當(dāng)原線圈輸入電壓為220 V時(shí)，AC間的電壓應(yīng)該為30 V，根據(jù)歐姆定律可知，流過電阻R的電流為IAC＝＝ A＝2.5 A，交流電的周期為T＝＝0.02 s，D正確．
例3　(2022·北京卷·4)某理想變壓器的原線圈接在220 V的正弦交流電源上，副線圈輸出電壓為22 000 V，輸出電流為300 mA.該變壓器(　　)
A．原、副線圈的匝數(shù)之比為100∶1
B．輸入電流為30 A
C．輸入電流的最大值為15 A
D．原、副線圈交流電的頻率之比為1∶100
答案　B
解析　原、副線圈的匝數(shù)之比為＝＝＝，故A錯(cuò)誤；根據(jù)＝可得輸入電流為I1＝I2＝100×300×10－3 A＝30 A，故B正確；輸入電流的最大值為Im＝I1＝30 A，故C錯(cuò)誤；變壓器不會(huì)改變交流電的頻率，故原、副線圈交流電的頻率之比為1∶1，故D錯(cuò)誤．
考向2　原線圈接入用電器的變壓器問題分析
例4　(2023·江蘇省名校聯(lián)考)如圖，一理想變壓器ab端接交流電源，原線圈匝數(shù)為100匝，R1、R2、R3阻值相等．則當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)R1的功率為P1，當(dāng)S閉合時(shí)R1的功率為P2，且P1∶P2＝9∶25，則副線圈匝數(shù)為(　　)
A．25 B．50 C．200 D．400
答案　B
解析　設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為n，開關(guān)斷開時(shí)原線圈電流為I1，開關(guān)閉合時(shí)原線圈電流為I2，由P1∶P2＝9∶25、P＝I2R可知I1∶I2＝3∶5；設(shè)開關(guān)斷開時(shí)副線圈電流為I1′，開關(guān)閉合時(shí)副線圈電流為I2′，設(shè)R1＝R2＝R3＝R，則開關(guān)斷開時(shí)副線圈電壓為U1′＝I1′R＝nI1R，此時(shí)原線圈輸出電壓為U1＝nU1′＝n2I1R，總電壓為U＝U1＋I(xiàn)1R＝n2I1R＋I(xiàn)1R，由歐姆定律可知開關(guān)閉合時(shí)副線圈電阻為R′＝0.5R，此時(shí)副線圈電壓為U2′＝I2′·0.5R＝0.5nI2R，此時(shí)原線圈輸出電壓為U2＝nU2′＝0.5n2I2R，總電壓為U＝U2＋I(xiàn)2R＝0.5n2I2R＋I(xiàn)2R，聯(lián)立解得n＝2，則副線圈的匝數(shù)為n′＝×100＝50，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤．
考點(diǎn)三　理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析
1．匝數(shù)比不變的分析思路
(1)U1不變，根據(jù)＝，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，而P1＝P2，故P1發(fā)生變化．
2．負(fù)載電阻不變的分析思路
(1)U1不變，發(fā)生變化時(shí)，U2變化．
(2)R不變，U2變化時(shí)，I2發(fā)生變化．
(3)根據(jù)P2＝，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．
1．變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí)，原線圈輸入的電流隨之減小．(　×　)
2．原線圈所加電壓恒定，當(dāng)原線圈的匝數(shù)增加時(shí)，副線圈兩端電壓增大．(　×　)
3．變壓器副線圈接入負(fù)載越多，原線圈的輸入電流越小．(　×　)
考向1　理想變壓器匝數(shù)不變問題的分析和計(jì)算
例5　(2023·江蘇南京市高三檢測(cè))如圖，理想變壓器原線圈接有效值保持不變的正弦交流電壓，電壓表和電流表均為理想交流電表，RT為熱敏電阻(溫度升高，電阻減小)，R0、R1為定值電阻，C為電容器，通電后隨著RT溫度升高，下列說法正確的是(　　)
A．V1表的示數(shù)和V2表的示數(shù)都不變
B．理想變壓器的輸入功率減小
C．通過R1的電流始終為零，R1不消耗電能
D．若電容器電容減小，則A2表的示數(shù)增大
答案　 A
解析　理想變壓器原線圈接有效值保持不變的正弦交流電壓，則V1表的示數(shù)和V2表的示數(shù)都不變，故 A正確；隨著RT溫度升高，電阻減小，輸出電流變大，輸入電流也變大，理想變壓器的輸入功率和輸出功率均增大，故B錯(cuò)誤；電容器電勢(shì)差等于RT兩端電壓，輸出電流變化的過程中，RT兩端電壓會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)C＝可知，電容器的電荷量改變，說明有電流通過R1，R1消耗電能，故C錯(cuò)誤；電容器的電容與 A2表的示數(shù)無關(guān)，故D錯(cuò)誤．
考向2　理想變壓器負(fù)載不變問題的分析和計(jì)算
例6　自耦變壓器在高鐵技術(shù)中被廣泛應(yīng)用．如圖所示，一理想自耦變壓器接在u＝
Umsin 100πt的正弦交流電壓上，P為滑動(dòng)觸頭，初始位置位于線圈CD的中點(diǎn)G, A1和A2為理想交流電表，R為定值電阻，下列說法正確的是(　　)
A．將P向下滑動(dòng)，A1的示數(shù)將變小
B．將P向上滑動(dòng)，A2的示數(shù)將變大
C．將P下滑到GD的中點(diǎn)，電阻R的功率將變?yōu)樵瓉淼?倍
D．將P上滑到CG的中點(diǎn)，電阻R的功率將變?yōu)樵瓉淼?br/>答案　C
解析　將P下滑時(shí)，電阻R兩端電壓變大， A1示數(shù)將變大，同理，將P向上滑動(dòng)，電阻R兩端電壓變小，A2的示數(shù)將變小，A、B錯(cuò)誤；若將P向下滑動(dòng)到GD的中點(diǎn)，原、副線圈的電壓比將由1∶2變?yōu)?∶4，電阻R兩端的電壓將變?yōu)樵瓉淼?倍，由P＝可知，功率將變?yōu)樵瓉淼?倍，C正確；若將P向上滑動(dòng)到CG的中點(diǎn)，原、副線圈的電壓比將從1∶2變?yōu)?∶4，電阻R兩端的電壓將變?yōu)樵瓉淼模娮鑂的功率將變?yōu)樵瓉淼模珼錯(cuò)誤．
考點(diǎn)四　遠(yuǎn)距離輸電
如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為P，輸電電壓為U，用戶得到的電功率為P′，用戶端的電壓為U′，輸電電流為I，輸電線總電阻為R.
1．輸電電流
I＝＝.
2．電壓損失
(1)ΔU＝U－U′；(2)ΔU＝IR.
3．功率損失
(1)ΔP＝P－P′＝ΔU·I；
(2)ΔP＝I2R＝()2R
4．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑
(1)減小輸電線的電阻R.由R＝ρ知，可加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線．
(2)減小輸電導(dǎo)線中的電流．在輸電功率一定的情況下，根據(jù)P＝UI，要減小電流，必須提高輸電電壓．
1．增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失．(　√　)
2．高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的熱損耗．(　√　)
3．若發(fā)電站輸出功率為P，輸電電壓為U，輸電線總電阻為R，如圖所示，則輸電線上損失的功率為P損＝.(　×　)
1．理清輸電電路圖的三個(gè)回路(如圖)
(1)在電源回路中，P發(fā)電機(jī)＝U1I1＝P1.
(2)在輸送回路中，I2＝I線＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R線，ΔP＝I22R線．
(3)在用戶回路中，P4＝U4I4＝P用戶．
2．抓住兩組關(guān)聯(lián)式
(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著電源回路和輸送回路，由理想變壓器原理可得：＝，＝，P1＝P2.
(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著輸送回路和用戶回路，由理想變壓器原理可得：＝，＝，P3＝P4.
3．掌握一個(gè)守恒觀念
功率關(guān)系：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔU·I線＝I線2R線＝.
例7　如圖所示為遠(yuǎn)距離交流輸電的簡(jiǎn)化電路圖．發(fā)電廠的輸出電壓為U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1，在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為I2，則(　　)
A．用戶端的電壓為
B．輸電線上損失的電壓為U
C．理想變壓器的輸入功率為I12r
D．輸電線路上損失的電功率為I1U
答案　A
解析　因?yàn)镻入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝，選項(xiàng)A正確；輸電線上損失的電壓為U線＝U－U1，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；理想變壓器的輸入功率P入＝I1U1，輸電線路上損失的電功率
P損＝I12r＝I1(U－U1)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．
例8　(2021·山東卷·9改編)輸電能耗演示電路如圖所示．左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶3，輸入電壓為7.5 V的正弦交流電．連接兩理想變壓器的導(dǎo)線總電阻為r，負(fù)載R的阻值為10 Ω.開關(guān)S接1時(shí)，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，R上的功率為10 W；接2時(shí)，匝數(shù)比為1∶2，R上的功率為P.以下判斷正確的是(　　)
A．r＝10 Ω B．r＝5 Ω
C．P＝45 W D．P＝25 W
答案　B
解析　左側(cè)變壓器副線圈兩端電壓U2＝3×7.5 V＝22.5 V，當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，電阻R上的電壓，即右側(cè)變壓器副線圈兩端電壓U4＝ V＝10 V，電流I4＝＝1 A，則右側(cè)變壓器原線圈兩端電壓U3＝×10 V＝20 V，電流I3＝×1 A＝0.5 A，則r＝＝5 Ω；當(dāng)開關(guān)S接2時(shí)，設(shè)輸電電流為I，則右側(cè)變壓器副線圈中的電流為0.5I；根據(jù)右側(cè)變壓器兩邊電壓與匝數(shù)的關(guān)系可知＝，解得I＝3 A，則R上的功率P＝(0.5I)2R＝22.5 W，故選B.

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