【精品试卷】专题09交变电流与传感器-高考物理备考艺体生文化课百题突围系列(原卷版)复习专用试卷

高中物理学习材料（精心收集**整理制作）第一部分特点描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。

其知识特点是了解识记的基本概念较多，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，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。

另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。

本章知识的另一个特点是与科学技术和生活实际联系密切，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。

复习时应特别注意的内容为：1.交变电流的产生及描述（e、u、i的瞬时值表达式、峰值、有效值、周期、频率），特别是交流电的图象和有效值的计算是考查的热点.2.变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，远距离输电问题等是考查的重点.3.将本章知识与电磁感应知识结合的力、电综合题以计算题为主.4.掌握传感器的一些简单使用和一些敏感元件的基本原理.第二部分知识背一背一、交变电流的产生和变化规律2．正弦交流电的产生和变化规律（1）产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． （2）中性面：①定义：与磁场方向垂直的平面．②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．b.线圈转动一周，两次经过中性面．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．（3）图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为正弦曲线．如上图（a ）所示． 二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率（1）周期T ：交变电流完成一次周期性变化（线圈转一周）所需的时间，单位是秒（s ）．公式：T ＝2πω. （2）频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz ）． （3）周期和频率的关系：fT 12．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 （1）瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数． （2）峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值．（3）有效值：让交流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的热量相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交流的有效值．（4）正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系：有效值为峰值除以2（5）平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值. 三、理想变压器2．变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流．互感现象是变压器工作的基础． 3．理想变压器：没有能量损失的变压器，即输入功率等于输出功率．4．基本关系式（1）功率关系：出入P P =.（2）电压关系：U 1n 1＝U 2n 2；有多个副线圈时，U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3.（3）电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1由P 入＝P 出及P ＝UI 推出有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 四、远距离输电1．根据R I P 2=损，降低输电损耗有两种方法（1）减小输电线的电阻．（2）减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下，根据P ＝UI ，要减小电流，必须提高输电电压．2．远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流I ＝P U ，输电线上的损失功率P 损＝I 2R 线＝P 2R 线U 2，可知P 损∝1U 2.远距离输电中的功率关系：P 输＝P 损＋P 用户.第三部分 技能+方法考点一 正弦交流电的变化规律1．正弦式电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计时）规律 物理量函数图像磁通量Φ＝Φm cos ωt ＝BS cos ωt电动势e ＝E m sin ωt ＝nBSωsin ωt电压u ＝U m sin ωt＝RE mR ＋rsin ωt电流i ＝I m sin ωt＝E mR ＋rsin ωt2.两个特殊位置的特点（1）线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变．（2）线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．3．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路（1）确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式E m ＝nBSω求出相应峰值．（2）明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．如：①线圈从中性面位置开始转动，则i －t 图像为正弦函数图像，函数式为i ＝I m sin ωt . ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i －t 图像为余弦函数图像，函数式为i ＝I m cos ωt .【例1】如图（a ）所示，一矩形线圈abcd 放置在匀强磁场中，并绕过ab 、cd 中点的轴OO ′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时如图（b ）为计时起点，并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是（ ）考点二交变电流“四值”的比较与理解交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较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＝E m sin ωti＝I m sin ωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值E m＝nBSωI m＝E mR＋r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的值E＝E m2U＝U m2I＝I m2适用于正（余）弦式电流（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象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值E ＝Bl vE ＝n ΔΦΔtI ＝ER ＋r 计算通过电路截面的电荷量【例2】电阻为1Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图所示．现把交流电加在电阻为9Ω的电热丝上，下列判断正确的是（ ）．A ．线圈转动的角速度ω＝100rad/sB ．在t ＝0.01s 时刻，穿过线圈的磁通量最大C ．电热丝两端的电压U ＝1002VD ．电热丝此时的发热功率P ＝1800W考点三 理想变压器原、副线圈基本量的关系理想 变压器 ①没有能量损失（铜损、铁损）②没有磁通量损失（磁通量全部集中在铁芯中）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，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流 关系 只有一个副线圈时，电流和匝数成反比有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系 频率原、副线圈中电流的频率相等关系 制约关系电压 副线圈电压U 2由原线圈电压U 1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P 1由副线圈的输出功率P 2决定电流原线圈电流I 1由副线圈电流I 2和匝数比决定【例3】如图所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2，初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源，电压表V 的示数为220 V ，负载电阻R ＝44 Ω，电流表A 1的示数为0.20A ．下列判断中正确的是（ ）．A ．初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1B ．初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1C ．电流表A 2的示数为1.0 AD ．电流表的示数为0.4 A考点四 远距离输电问题 1．远距离输电的处理思路对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析． 2．远距离高压输电的几个基本关系（以下图为例）：（1）功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3.（2）电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3，U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线．（3）输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线.（4）输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线ΔU ＝I 2线R 线＝（P 2U 2）2R 线．当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的1n2.【例4】随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U 1，输电导线总电阻为R ，在某一时段用户需求的电功率为P 0，用户的用电器正常工作的电压为U 2.在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的 （ ）A ． 输电线上损耗的功率为2220U RPB ． 输电线上损耗的功率为2120U RPC ．若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D ．采用更高的电压输电会降低输电的效率第四部分 基础练+测1．一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所示。

由图可知该交变电流A ．周期为0.125sB ．电压的有效值为210VC ．电压的最大值为220VD ．电压瞬时值的表达式为t u π8sin 210=（V ）3．一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中，下列的哪个物理量不相等 A 、交变电流的频率 B 、电流的有效值 C 、电功率D 、磁通量的变化率4．如图所示，交流发电机的矩形线圈边长ab =cd =0.4 m ，ad =bc =0.2m ，线圈匝数N =100，电阻r =1 0Ω。

线圈在磁感应强度B =0. 2 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以100ωπ=rad/s 的角速度匀速转动，外接电阻R =9Ω，以图示时刻开始计时，则（ ）A ．电动势瞬时值160sin100e t ππ= VB ．t =0时线圈中磁通量变化率最大C ．12t =s 时线圈中感应电动势最大 D ．交变电流的有效值是82π A5．如图所示，变压器初级线圈接电压一定的交流电，在下列措施中能使电流表示数变小的是（ ）6．如图，理想变压器原、副线圈匝数 n 1: n 2∶n 3 = 3∶2∶1 ，副线圈 n 2接有 “8V 8 W ” 的灯泡 L l 、L 2，副线圈n 3上接有“6 V 9W ”的灯L 3 、L 4。

原线圈上接有电阻 R 1 = 3，当 a 、b 端接入交变电源后，L l 、L 2正常发光，则交变电源的输出功率为（ ）A.72WB.36 WC.34WD.24 W7．内阻不计的交流发电机产生的电动势10sin50e t π=V ，所接负载的电阻R =10Ω，现把发电机的转速提高一倍，则（ ）A ．负载两端电压的有效值将变为28.2 VB ．交流电的频率将变为100 HzC ．负载消耗的功率将变为20 WD ．负载消耗的功率将变为40 W8．如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压及输电线的电阻Ｒ均不变．在用电高峰期，发电厂输出功率将增大，下列说法正确的是9．将阻值为4 的电阻接到内阻不计的交流电源上，该电源电动势e随时间t变化的规律如图所示，下列说法正确的是（）A.电路中交变电流的频率为2.5HzB.通过电阻的电流为2AC.电阻消耗的电功率为2WD.电阻两端的电压是4VA．风扇电动机D两端的电压为B．理想变压器的输入功率为C．风扇电动机D输出的机械功率为D．若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为11．理想变压器原、副线圈匝数比为10:1，以下说法中正确的是（）A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10:1B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10:1D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为10:113．下列器件中应用光敏传感器的是（）A．光电鼠标器B．火灾报警器C．测温仪D．电子秤14．下列说法正确的是（）A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断C．电子秤所使用的测力装置是力传感器D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大16．小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场的固定轴转动．线圈匝数n=100．穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化，如图所示．发电机内阻r=5.0Ω，外电路电阻R=95Ω．求：（1）一个周期内，线圈发热产生的热量；（2）线圈从中性面起转动半周的过程中，流过R的电量．。