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1、第十一单元交变电流传感器第28讲交变电流的产生及描述【教材知识梳理】一、1.方向二、1.nBS2.大小方向3.热量4.nt辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()【考点互动探究】考点一例1C解析 电阻R上的电功率为P=U2R=10 W,选项A错误;由图像可知,t=0.02 s时磁通量变化率最大,R两端的电压瞬时值最大,选项B错误;R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos 100t(V),选项C正确;通过R的电流i随时间t变化的规律是i=uR=1.41cos 100t(A),选项D错误.变式题BCD解析 由图像可知,t=0时刻线圈均在中性面,穿过线圈的磁通
2、量最大,A错误;由图像可知TATB=23,故nAnB=32,B正确;由图像可知,交流电a电压的最大值为10 V,角速度为=2T=20.4 rad/s=5 rad/s,所以交流电a电压的瞬时值表达式为u=10sin 5t(V),C正确;交流电电压最大值Um=NBS,则UmaUmb=32,故Umb=23Uma=203 V,D正确.考点二例2D解析 电阻上产生的热量等于每段时间内产生的热量之和,由Q=I2Rt得,Q=1210.2 J+2210.3 J+2210.3 J+1210.2 J=2.8 J,D正确.变式题D解析 方波交流电的电压有效值等于u0,正弦交流电的电压有效值等于u02,由Q=U有效2
3、Rt得Q方=u02RT,Q正=u022RT,所以Q方Q正=21,选项D正确.考点三例3B解析 设交变电流的有效值为I,根据有效值的定义,有I2RT=(42 A)2RT2+(32 A)2RT2,解得I=5 A,选项B正确.变式题1220解析 由有效值的定义式得31122RT22=U2RT,解得U=220 V.变式题25510 V解析 由有效值的定义式得15622RT2+31122RT2=U2RT解得U=5510 V.变式题3Um2解析 从u-t图像可看出,每个周期的前半周期是正弦图形,其有效值为U1=Um2;后半周期电压为零.根据有效值的定义,有U2RT=Um22RT2+0解得U=Um2.1.如
4、图28-1所示,面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度匀速转动,能产生正弦式交变电动势e=BSsin t的是()图28-1解析 A线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)从中性面开始匀速转动时,产生的正弦式交变电动势为e=BSsin t,由这一原理可判断,A图中感应电动势为e=BSsin t,选项A正确;B图中的转动轴不在线圈所在平面内,C、D图中的转动轴与磁场方向平行,而不是垂直,线圈转动过程中穿过线圈的磁通量均为零且保持不变,不能产生感应电动势.2.2015四川卷 小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为
5、匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动,如图28-2所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压()图28-2A.峰值是e0B.峰值是2e0C.有效值是22Ne0D.有效值是2Ne0解析 D由“磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动”知线圈产生正弦交流电.矩形线圈产生感应电动势的最大值为2Ne0,又“不计线圈电阻”,故发电机输出电压的最大值等于2Ne0,有效值是最大值的12,D正确.图28-33.如图28-3所示电路,电阻R1与电阻R2阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,
6、反向电阻可看作无穷大),在A、B间加一正弦式交流电u=202sin 100t(V),则加在R2上的电压有效值为()A.10 VB.20 VC.15 VD.510 V解析 D电压值取正值时,即在前半个周期内,二极管电阻为零,R2上的电压等于输入电压值,电压值取负值时,即在后半周期内,二极管电阻无穷大,可看作断路,R2上的电压等于输入电压值的一半,因此可设加在R2上的电压有效值为U,根据电流的热效应,在一个周期内满足U2RT=(20V)2RT2+(10V)2RT2,解得U=510 V,选项D正确.图28-44.(多选)如图28-4所示,某玩具电磁驱动发电机可简化为在匀强磁场中的一匝闭合金属线圈,线
7、圈平面与磁场方向垂直,磁场的磁感应强度大小为B,线圈面积为S,电阻为R.当线圈以右边为轴,由图示位置开始以恒定的角速度匀速转动时,下列叙述中正确的是()A.产生的感应电流的有效值为2BS2RB.转过30时,线圈中的电流方向为逆时针C.转过90的过程中,通过线圈导线某一横截面的电荷量为BSRD.线圈转动一周产生的热量为2B2S2R解析 AC线圈中产生的感应电动势最大值为Em=BS,电动势有效值为E=22Em=22BS,则电流的有效值为I=ER=2BS2R,选项A正确;根据楞次定律可知,转过30时,线圈中感应电流方向为顺时针,选项B错误;由E=t,I=ER,q=It,解得电荷量q=R=BSR,故选
8、项C正确;线圈转动一周的过程中,产生的热量为Q=I2Rt=B2S2R,选项D错误.图28-55.如图28-5所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边长为L=10 cm的正方形线圈abcd共N=100匝,线圈电阻r=1 .线圈绕垂直于磁感线的轴OO匀速转动,转动的角速度=2 rad/s,外电路电阻R=4 .(1)求交流电压表的示数以及由图示位置转过60角时的感应电动势的值;(2)取2=10,求线圈转动一周电路产生的总热量;(3)由图示位置开始,求在线圈转过14周期的时间内通过电阻R的电荷量.答案 (1)1.76 V1.57 V(2)1 J(3)0.1 C解析 (1)感应电动势的最大值Em=N
9、BL2=1000.50.122 V=3.14 V电流的最大值Im=EmR+r=0.63 A电流的有效值I=Im2=0.44 A交流电压表的示数U=IR=1.76 V转过60时的瞬时感应电动势e=Emcos 60=3.140.5 V=1.57 V.(2)周期T=2=1 s线圈转动一周产生的热量Q=I2(R+r)T联立解得Q=1 J.(3)t=14T内通过电阻R的电荷量q=It其中I=ER+r,E=Nt,=BL2-0联立解得q=0.1 C.第29讲变压器远距离输电【教材知识梳理】一、1.铁芯2.零输出功率3.(1)P1=P2(2)U1U2=n1n2(3)I1I2=n2n1二、1.Q=I2Rt2.(
10、1)电阻(2)高压3.(1)U2-U3I2R(2)P2-P3I22R辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()【考点互动探究】考点一例1B解析 原线圈输入电压的有效值是220 V,由U1U2=n1n2,可得U2=110 V,则电压表读数应为110 V,选项C错误.由欧姆定律可得I2=U2R=2 A,由I1I2=n2n1,可得I1=1 A,选项B正确.由功率P1=U1I1可知,P1=220 W,选项A错误.由电源电压瞬时值表达式u=2202sin 100t (V),可知=100 rad/s,由T=2可知,T=0.02 s,选项D错误.变式题AD解析 由输入端交变电压u-
11、t图像知,输入电压的有效值为2722 V=27 V,由原、副线圈匝数之比为31,可得原、副线圈的电压之比为31,电流之比为13,设灯泡两端电压为U,所以U=9 V,副线圈两端电压的有效值为9 V,三只灯泡均能正常发光,电流表的读数I=369 A=2 A,A正确;电压表的示数为有效值27 V,B错误;副线圈两端电压的最大值为92 V,C错误;变压器副线圈两端交变电流的频率为50 Hz,D正确.考点二例2B解析 滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,总电阻也变大,而副线圈两端的电压没有变化,所以干路中的电流减小,R1消耗的功率变小,A错误;干路中的电流变小,R1两端的电压
12、变小,并联电路的电压变大,即电压表 V示数变大,B正确;由于变压器副线圈干路中的电流变小,所以原线圈中的电流变小,即电流表A1的示数变小,C错误;闭合开关S后,并联电路的阻值变小,总电阻也变小,干路中的电流变大,R1两端的电压变大,并联电路的电压变小,通过R2的电流变小,即电流表A2示数变小,因变压器的功率变大,故电流表A1示数变大,D错误.变式题C解析 S闭合时,变压器副线圈电路电流增大,两端电压不变,电压表读数不变,选项A错误;由于变压器输出功率增大,则输入功率增大,输入电流增大,电流表读数增大,选项B错误;由于输电线中电流增大,所以输电线等效电阻R两端电压增大,选项C正确;为使灯泡L正常
13、发光,应该增大变压器输出电压,滑片P应向上滑动,选项D错误.考点三例3C解析 设升压变压器副线圈的电压为U,对升压变压器,有Um2U=n1n2,解得U=n2Um2n1,则输电线上损失的电功率为P损=PU2R线=Pn2Um2n12(2r)=4n1n22PUm2r.变式题C解析 由P=UI得I=PU,再由P损=I2r得P损=PU2r,可知选项C正确.考点四例4B解析 对理想变压器,原、副线圈功率相同,故通过原线圈的电流I1=PU1=2000220 A9.1 A,负载两端电压即为副线圈电压,由U1n1=U2n2,即220V1100=U21900,可得U2=380 V,故选项B正确.例5A解析 通过变
14、压器测量L1和L2之间的电压,变压器原线圈应并联在L1和L2之间,由于电压表量程较小,变压器应为降压变压器,原线圈匝数应大于副线圈匝数,选项A正确.例6C解析 由原线圈中交流电的电压瞬时值表达式可知,交流电的频率f=1T=2=50 Hz,A错误;由理想变压器变压规律U1U2=n1n2可知,输出电压U2=50 V,由理想二极管单向导电性可知,交变电流每个周期只有一半时间有电流通过R2,由电流的热效应得U22RT2=U2RT,解得U=22U2=252 V,由欧姆定律可知,通过R2的电流为2 A,B错误,C正确;电阻R2的功率P2=UI=50 W,而电阻R1的电功率P1=U22R1=100 W,由理
15、想变压器输入功率等于输出功率可知,变压器的输入功率为P=P1+P2=150 W,D错误.图29-11.(多选)某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个近似理想的小变压器给一个灯泡供电,电路如图29-1所示,当线圈由图示位置开始以较大的转速n匀速转动时,额定电压为U0的灯泡正常发光,电压表示数是U1.已知线圈电阻是r,灯泡电阻是R,则()A.变压器输入电压的瞬时值表达式是u=U1sin 2ntB.变压器的原、副线圈匝数比是U1U0C.电流表的示数是U02RU1D.线圈中产生的感应电动势最大值是Em=2U1解析 BC线圈以较大的转速n匀速转动时,有=2n,所以变压器输入电压的瞬时值表达式是u=2U1s
16、in 2nt,故A错误;原、副线圈两端电压与匝数成正比,所以变压器的原、副线圈的匝数比是U1U0,故B正确;理想变压器的输入功率和输出功率相等,灯泡正常发光时电功率为P=U02R,所以输入功率为P1=U02R,电流表的示数是I1=P1U1=U02RU1,故C正确;由于线圈有内阻r,故线圈中产生的电动势有效值大于U1,最大值也就大于2U1,故D错误.2.2015安徽卷 如图29-2所示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A
17、,则下列说法正确的是()图29-2A.电压表V1示数增大B.电压表V2、V3示数均增大C.该变压器起升压作用D.变阻器滑片是沿cd的方向滑动解析 D由图可知,电压表V1与V2分别测量原、副线圈电压,由理想变压器工作原理可知,原线圈电压由电源决定,副线圈电压与负载工作状态无关,故电压表V1与V2示数均不变,A、B错误;由能量守恒定律知,负载变化时,原、副线圈功率增量应相同,即I1U1=I2U2,又I1U2 ,即该变压器起降压作用,C错误;由电流增大知,负载R的阻值应减小,D正确.3.(多选)如图29-3所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确
18、的是()图29-3A.P向下滑动时,灯L变亮B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大解析 BD由于理想变压器输入电压不变,则副线圈电压U2不变,滑片P滑动时,对灯泡两端的电压没有影响,故灯泡亮度不变,则选项A错误;滑片P下滑,电阻变大,但副线圈电压由原线圈电压决定,则副线圈电压不变,故选项B正确;滑片P上滑,电阻减小,副线圈输出电流I2增大,则原线圈输入电流I1也增大,此时变压器输出功率P2=U2I2将变大,故选项C错误,选项D正确.图29-44.(多选)2015天津卷 如图29-4所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交
19、流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头.在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则()A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小解析 BC保持Q的位置不动,将P上滑时,副线圈电路中电阻变大,所以副线圈的电流变小,原线圈中电流也变小,A错误,B正确;保持P的位置不动,将Q上滑时,副线圈两端的电压变大,所以副线圈电路中电流变大,原线圈中电流也变大,C正确,D错误
20、.5.(多选)2015海南卷 如图29-5所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为41,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为R0,负载电阻的阻值R=11R0,V是理想电压表,现将负载电阻的阻值减小为R=5R0,保持变压器输入电流不变,此时电压表的读数为5.0 V,则()图29-5A.此时原线圈两端电压的最大值约为34 VB.此时原线圈两端电压的最大值约为24 VC.原线圈两端原来的电压有效值约为68 VD.原线圈两端原来的电压有效值约为48 V解析 AD负载电阻减小为5R0时,有U2R0+5R0=5V5R0,可得U2=6 V,由U1U2=n1n2可得U1=2
21、4 V,原线圈两端电压的最大值为2U1=242 V34 V,选项A正确;保持变压器输入电流不变即I1不变,由I1I2=n1n2知,负载电阻变化前后副线圈电流I2不变,则5V5R0=U2R0+11R0,可得U2=12 V,根据U1U2=n1n2可得原线圈两端电压U1=48 V,选项D正确.图29-66.(多选)如图29-6所示,将额定电压为60 V的用电器,通过一理想变压器接在正弦式交变电源上.闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A.以下判断正确的是()A.变压器输入功率为484 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副
22、线圈的电流的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1n2=113解析 BD将额定电压为60 V的用电器接在理想变压器的输出端,在闭合开关后,用电器正常工作,已知交流电压表和交流电流表(均为理想电表)读数分别为220 V和2.2 A,用电器消耗的功率等于输入功率,为132 W,选项A错误;根据变压器变压公式和变流公式U1U2=n1n2和I1I2=n2n1,可求得通过原线圈的电流的有效值为0.6 A,选项B正确;由于电流表显示的是有效值,因此通过副线圈电流的最大值不是2.2 A,选项C错误;根据变压器的变压公式可知,变压器原、副线圈的匝数比为n1n2=113,选项D正确.图29-77.如图
23、29-7所示,理想变压器的原、副线圈匝数比n1n2=12,副线圈与阻值R=10 的电阻相连,原线圈两端所加的电压u=102sin 100t(V),下列说法正确的是()A.交流电压表的示数为14.1 VB.原线圈中的电流为4 AC.电阻R消耗的电功率为400 WD.副线圈中交流电的频率为100 Hz解析 B由交变电压的瞬时值表达式可得电压的最大值为102 V,所以电压的有效值为10 V,交流电压表的示数为电压的有效值,所以电压表的示数为10 V,选项A错误.根据电压与匝数成正比可得,副线圈的电压为20 V,所以电阻R上消耗的电功率为P=U2R=20210 W=40 W,选项C错误.副线圈的电流为
24、I2=UR=2010 A=2 A,根据电流与匝数成反比可得,原线圈中的电流为4 A,选项B正确.变压器不会改变交流电的频率,所以副线圈输出交流电的频率为f=1T=2=1002 Hz=50 Hz,选项D错误.图29-88.如图29-8所示,用理想变压器为一个“6 V12 W”的小灯泡供电,变压器原线圈中的输入电压的有效值为220 V.闭合开关S,小灯泡恰好正常发光.下列说法中错误的是()A.变压器原、副线圈的匝数之比为1103B.变压器原线圈中的输入电流为2 AC.变压器原线圈中的输入功率为12 WD.变压器副线圈中的输出功率为12 W解析 B因为原线圈的电压为220 V,副线圈的电压为6 V,
25、故原、副线圈的匝数比为n1n2=U1U2=2206=1103,选项A正确;变压器原线圈中的输入电流为I=12W220 V2 A,选项B错误;变压器原线圈中的输入功率为12 W,选项C正确;变压器副线圈中的输出功率为12 W,选项D正确.图29-99.如图29-9所示为一个原、副线圈分别是200匝和100匝的理想变压器.副线圈的两端串联两个阻值均为20 的电阻,原线圈接频率为50 Hz的正弦式交流电源,电压表的示数为5 V.电流表、电压表均为理想交流电表.下列说法正确的是()A.电流表的读数为0.5 AB.流过电阻的交流电频率为100 HzC.交流电源的输出电压的最大值为202 VD.交流电源的
26、输出功率为5 W解析 C副线圈的电流为I2=520 A=0.25 A,设原线圈的电流为I1,由I1I2=n2n1得I1=n2n1I2=0.125 A,故A错误;流过电阻的交流电的频率为50 Hz,故B错误;副线圈的电压为U2=25 V=10 V,由U1U2=n1n2得,U1=n1n2U2=20 V,则其最大值为202 V,故C正确;P入=P出=U2I2=100.25 W=2.5 W,故D错误.10.如图29-10甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为21,与副线圈相连的两个灯泡完全相同,电表都为理想电表.原线圈接上如图乙所示的正弦式交流电,电路正常工作.闭合开关后,则()图29-10A.电压表
27、示数增大B.电流表示数增大C.变压器的输入功率增大D.经过灯泡的电流频率为25 Hz解析 C原线圈输入电压不变,原、副线圈匝数不变,则副线圈电压不变,即电压表示数不变,灯泡电阻不变,则电流表示数不变,故A、B错误;当S闭合后,两灯泡并联,增加一个负载,则副线圈输出功率增大,所以变压器的输入功率增大,故C正确;根据图像可知,周期T=0.02 s,则频率f=50 Hz,故D错误.实验十二传感器的简单应用【实验热点探究】热点一例1(1)b(2)如图所示(3)450(4)620.033.0解析 (1)在闭合开关前,为了保护电路,滑动变阻器R1的滑片应处在阻值最大位置,故应在b端.(2)将t=60 和t
28、=70 对应的两组数据点画在坐标纸上,然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2-t图像.(3)由R2-t曲线可知,当t=44时,RT=450 .(4)图中电阻箱读数为(6100+210+01+00.1) =620.0 ;根据R2-t曲线可知,当电阻为620.0 时,温度为33.0 .变式题(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)解析 (1)由于继电器的电流超过15 mA时,衔铁才能被吸合,若电源E取E1=3 V时,由闭合电路欧姆定律得I1=E1R总=15 mA=0.015 A,即R总=E1I1=3V0.015A=200 ,而在30 时,热敏电阻的阻值为199.5 ,再加上继电器的电阻20
29、,总电阻为219.5 ,已超过200 ,则无法使温度控制在30 ,故E1=3 V不能选择,只能选择E2;E2=6 V,由闭合电路欧姆定律得I2=E2R总=0.015 A,则R总=400 ,此时若要使温度能控制在80 ,热敏电阻Rt与继电器的总电阻为49.1 +20 =69.1 400 ,为使衔铁不至于在低于80 时被吸合,需串联一个滑动变阻器,且最大阻值不能小于400 -69.1 =330.9 ,而R1最大阻值为200 ,不符合要求,故选R2.(2)要测直流电压,选择开关只能旋至C.(3)测a、b间电压时,由于b、c间断路,电路中电流为0,故a、b间电压为0,因此多用电表指针不偏转;测a、c间
30、电压就相当于测电源两极间电压,因此多用电表指针将会偏转.(4)为了使在设计电路时方便,这里用电阻箱临时代替热敏电阻.查出50 时热敏电阻的阻值,将电阻箱调至相同阻值,断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,合上开关,调节滑动变阻器,使衔铁刚好被吸合.再断开开关,将电阻箱移除,换成热敏电阻.因此其合理顺序为.热点二例2(1)如图甲所示光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小(2)如图乙所示解析 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示,阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小.(2)电源电动势为3 V,当光敏电阻阻值为20 k时,其两端电压为2 V,则U=RR+RxE,解得Rx=10
31、 k,故选择电阻R1,实验电路原理图如图乙所示.变式题如图所示解析 因变阻器最大阻值100 远小于臭氧发生器P的电阻10 k,应该采用滑动变阻器的分压式连接,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作,电路如图所示.热点三例3见解析解析 (1)设计电路如图所示(2)测量步骤如下:调节滑动变阻器,使转换器空载时的输出电压为零.将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0,则可求k=U0m0g.将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1.因为U0=km0g、U1=kmg,所以可求m=m0U1U0变式题(1)如图所示(2)2.00(3)1.510360解析 (1)根据题述对实验电路的要
32、求,应该采用分压式接法、电流表内接的电路,原理图如图所示.(2)根据电压表读数规则,电压表读数为2.00 V.(3)由欧姆定律,此时压敏电阻的阻值为RF=UI-RA1.5103 ,R0RF=4,由图像可知,对应的待测压力F=60 N.【课时巩固训练】1.ABC解析 当照射光强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,电压表的示数增大,同时内电压增大,故电路路端电压减小,A正确,D错误;路端电压减小,R1两端电压增大,则R2两端电压减小,R2中电流减小,故B正确;干路电流增大,R2中电流减小,则流过小灯泡的电流增大,小灯泡的功率增大,故C正确.2.B
33、解析 某次膜片振动时,膜片与极板的距离减小,它们组成的电容器的电容增大,选项A错误;由C=QU知,U不变的情况下,电容增大,则电容器所带电荷量Q增大,选项B正确;由E=Ud知,U不变,d减小,则场强E增大,选项C错误;极板的带电荷量增大,电容器充电,电阻R中有电流通过,选项D错误.3.BD解析 当乙传感器接入电路进行实验时,若F变小,电容器两极板间的距离增大,根据电容的决定式C=rS4kd得知,电容减小,而电压不变,则由Q=CU可知,电容器所带的电荷量减少,电容器放电,电路中有顺时针方向的电流,则电流表指针向左偏转,选项A错误;当乙传感器接入电路进行实验时,若F变大,电容器两极板间的距离减小,
34、同理可知,电容器所带的电荷量增加,电容器充电,电路中有逆时针方向的电流,则电流表指针向右偏转,选项B正确;当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变大,两电极正对面积增大,电容增大,而电压不变,则电容器充电,电路中有逆时针方向的电流,则电流表指针向右偏转,选项C错误;当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变小,两电极正对面积减小,电容减小,而电压不变,则电容器放电,电路中有顺时针方向的电流,则电流表指针向左偏转,选项D正确.4.(1)如图所示(2)R2(3)650.0b接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏c报警器开始报警解析 (1)电路如图所示.(2)在室
35、温下对系统进行调节,已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏,可知外电阻的取值范围是182010-3=900 R181010-3=1800 .报警器的电阻是650.0 ,所以滑动变阻器阻值的取值范围在250 到1150 之间,所以滑动变阻器应该选R2.(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻,阻值应为650.0 ,滑动变阻器刚开始应置于b端,若置于另一端,接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏;实验调试时,将开关置于c端,缓慢调节滑动变阻器,直至报警器开始报警.5.(1)如图所示(2)I1r1I2-I1(3)压力反向,阻值不变
36、17-2F解析 (1)利用伏安法测量电阻阻值,但所给器材缺少电压表,可以用内阻已知的电流表A1代替,另一个电流表A2测量电流.电路图如图所示.(2)电阻Rx两端电压为Ux=I1r1,流经的电流为Ix=I2-I1,电阻Rx=I1r1I2-I1.(3)由图像可知,图像是一次函数图线,即Rx=kF+b,k=RxF=-94.5=-2,b=17,则有Rx=17-2F;由图线关于纵轴对称可知,力F反向,Rx不变.1.如图S12-1所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻.当照射光强度增大时,下列说图S12-1法错误的是()A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.路端电压
37、增大解析 D当照射光强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,电压表的示数增大,同时内电压增大,故路端电压减小,A正确,D错误;由路端电压减小而R1两端电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小,故B正确;结合干路电流增大知,流过小灯泡的电流必增大,则小灯泡的功率增大,C正确.图S12-22.如图S12-2所示,由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中,当闭合开关S后,小灯泡正常发光,若用酒精灯加热电阻丝时,发现小灯泡亮度变暗,发生这一现象的主要原因是()A.小灯泡的电阻发生了变化B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C.电阻丝的电阻率随温
38、度发生了变化D.电源的电压随温度发生了变化解析 C温度升高,金属电阻丝电阻率增大,电阻增大,电路中电流减小,灯泡亮度减弱.3.利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图S12-3甲为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线.图S12-3(1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围010 )、滑动变阻器B(阻值范围0100 )、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时,滑动变阻器选用的是(选填“A”或“B”);请在图乙的方框中画出该实验的电路图.(2)如果将该小灯泡接入如图丙所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3 A
39、,电源电动势为3 V,则此时小灯泡的电功率为W,电源的内阻为.(保留2位有效数字)答案 (1)A如图S12-4所示(2)0.69(0.660.72均可)2.3(2.02.6均可)图S12-4解析 (1)通过小灯泡的电流应由零开始逐渐增大,所以控制电路应采用分压接法,实验电路图如图S12-4所示;由图甲知,电流为0.4 A时,小灯泡电阻约为10 ,采用滑动变阻器分压接法时,滑动变阻器宜选用010 的滑动变阻器A.(2)由图甲知,电流为0.3 A对应的电压约为2.3 V,则此时小灯泡的电功率约为P=UI=0.69 W,电源内阻r=E-UI=2.3 .4.热电传感器利用了热敏电阻对温度变化很敏感的特
40、性.某学习小组的同学拟探究某种类型的热敏电阻的阻值如何随温度变化.从室温升到80 时,所提供的热敏电阻RT的阻值变化范围可能是由5 变到1 或由5 变到45 .除热敏电阻外,可供选用的器材如下:温度计(测温范围-10100 );电流表A1(量程03 A,内阻rA=0.1 );电流表A2(量程00.6 A,内阻约为0.2 );电压表V1(量程06 V,内阻rV=1.5 k);电压表V2(量程03 V,内阻约为1 k);标准电阻(阻值R1=100 );滑动变阻器R2(阻值范围05 );电源E(电动势3 V,内阻不计);开关及导线若干.(1)甲同学利用如图S12-5所示的电路测量室温下热敏电阻的阻值
41、.要使测量效果最好,应选下列(选填“A”“B”或“C”)组器材.图S12-5A.A1和V1B.A2和V2C.A1和V2(2)在测量过程中,随着倒入烧杯中的开水增多,热敏电阻的温度升高到80 时,甲同学发现电流表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好),这说明该热敏电阻的阻值随温度升高而(选填“增大”或“减小”).(3)学习小组的同学根据甲同学的实验,建议他在测量较高温度热敏电阻的阻值时重新设计电路,更换器材.请你在如图S12-6所示的虚线框内完成测量温度为80 时热敏电阻阻值的实验电路图.图S12-6答案 (1)B(2)增大(3)如图S12-7所示图S12-
42、7解析 (1)因电路中热敏电阻两端的电压不大于3 V,所以电压表选用量程为03 V的V2,电路电流不大于0.6 A,电流表选用量程为00.6 A的A2,则应选用B组电表;(2)温度升高到80 时,电流表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变,是由于热敏电阻的阻值远大于滑动变阻器的电阻,所以该热敏电阻的阻值随温度升高而增大;(3)因温度较高时热敏电阻的阻值较大,控制电路应改为分压接法,如图S12-7所示.5.如图S12-8所示为检测某传感器的电路图,传感器上标有“3 V0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 1 A”的字样,电流表的量程为00.
43、6 A,电压表的量程为03 V.图S12-8(1)根据传感器上的标注,讨论该传感器的电阻和额定电流;(2)若电路各元件均完好,检测时,为了确保电路各部分绝对安全,在a、b之间所加电源电压的最大值是多少?(3)根据技术资料可知,如果传感器的电阻变化超过1 ,则该传感器就失去了作用.实际检测时,将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间(该电源电压小于上述所求电压的最大值),闭合开关S,通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压.检测记录如下:电压表示数U/V电流表示数I/A第一次1.480.16第二次0.910.22若不计检测电路的变化对传感器电阻的影响.通过计算分析,你认为这个传感器是否仍可使
44、用?此时a、b间所加的电压是多少?答案 (1)10 0.3 A(2)6 V(3)仍可使用3 V解析 (1)传感器的电阻R传=U传2P传=10 传感器的额定电流I传=P传U传=0.3 A.(2)要求电路各部分绝对安全,则电路的最大电流I=I传=0.3 A此时电源电压为最大值Um=U传+U0U传为传感器的额定电压,U0=3 V为R0调至最大值Rm=10 时R0两端的电压所以电源电压的最大值Um=U传+U0=6 V.(3)传感器的电阻不变,但与额定电阻相比不同,设实际检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R传,根据第一次实验记录数据有U=I1R传+U1根据第二次实验记录数据有U=I2R传+
45、U2联立解得R传=9.5 ,U=3 V传感器的电阻变化R传=R传-R传=10 -9.5 =0.5 1 所以此传感器仍可使用,此时a、b间所加电压为3 V.6.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图S12-9甲所示,图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图.图S12-9(1)为了使温度过高时报警器铃响,开关S应接在(选填“a”或“b”)处.(2)若使启动报警器的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向(选填“左”或“右”)移动.答案 (1)a(2)左解析 温度升高时,热敏电阻阻值减小,图乙中通电螺线管的磁性增强,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警,开关S应接在a处.要实现温度更高时报警器才响铃,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应该将滑动变阻器连入电路的阻值调