专题06 交变电流 电磁振荡和电磁波 传感器（考题猜想）-2024-2025学年高二物理下学期期中考点大串讲（粤教版2019）

专题06 交变电流 电磁振荡和电磁波 传感器 考点1 交变电流的四值 考点2 变压器 考向1　变压器的基本规律 考向2　多个副线圈的变压器问题求解 考向3　几种特殊的变压器 考向4 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 考点3 电能的输送 考向1　远距离输电 考向2　动态分析问题的求解方法 考点4　电磁波的特性与应用 考点5　日常生活中的传感器原理 考点6 利用传感器制作简单的自动控制装置 考点1 交变电流的四值 交变电流的四值比较 1． 比较 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsinωt i＝Imsinωt 计算线圈某一时刻的受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω Im＝ 确定电容器的耐压值 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值、电压值 E＝， U＝， I＝ 凡涉及能量的问题、交变电流的电功、电功率问题、计算交变电流通过导体产生的热量及确定保险丝的熔断电流时都用有效值 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 ＝n， ＝ 计算通过电路横截面的电荷量 2． 注意： (1) 交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同． (2) 平均电动势不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即 ＝n. (3) 研究电功、电功率和电热时，只能用有效值． (4) 研究通过导体某横截面的电荷量时，要用平均值． 　交变电流有效值的计算 1． 正弦式交变电流： E＝，U＝，I＝. 2． 对非正弦式交变电流，必须根据电流的热效应来求解有效值，且时间一般取一个周期．其具体做法是：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)，其中热量Q用相应的物理量的有效值表示，进而求出相应的有效值． 3． 当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解．求解步骤如下： 1．(2024年佛山期末)如图甲为按压式发电手电筒．以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流．已知发电机内阻r＝2 Ω，与其串联的白炽灯泡额定电压为9 V、阻值为18 Ω．若该灯泡恰好正常发光，则此时发电机(　　) 　　 A．输出电流的有效值为0.5 A B．输出电流的最大值为0.5 A C．输出的交流电频率为10 Hz D．输出的交流电频率为50 Hz 2．(2024年北京通州期末)图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是(　　) 　　　 A．t＝0.01 s时线圈平面与中性面垂直 B．每秒内电流方向改变100次 C．灯泡两端电压有效值为20 V D．0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0 3．图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，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 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是10 V．图乙是穿过矩形线圈磁通量Φ随时间t变化的图像．则下列说法正确的是(　　) 　 A．电阻R的电功率为20 W B．0．02 s时R两端的电压瞬时值为零 C．R两端的电压随时间变化的规律是u＝14.1cos (100πt) V D．通过R的电流随时间变化的规律是i＝cos (50πt) A 4．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为(　　) A．1∶ B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6 5．图甲为一小型发电机的示意图，发电机线圈内阻为1 Ω，灯泡L的电阻为9 Ω，电压表为理想交流电压表．发电机产生的电动势e随时间t按图乙的正弦规律变化，则(　　) A．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零 B．线圈转动的角速度为50 rad/s C．电压表的示数为9 V D．灯泡L的电功率为10 W 考点2 变压器 考向1　变压器的基本规律 1． 功率关系 理想变压器的输入、输出功率的关系为P入＝P出，或P1＝P2. 2． 电压与匝数的关系 ＝ (1) 无论副线圈一端是空载还是有负载，上述关系都是适用的． (2) 若n2＞n1，U2＞U1，这种变压器为升压变压器；若n2＜n1，U2＜U1，这种变压器为降压变压器． 3． 电流关系 由I1U1＝I2U2，得＝＝. 4． 原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同． 5． 考查分析：理想变压器的电压、电流与匝数的关系是考查重点，重要关系是P入＝P出．关注四点说明： (1) 变压器不能改变直流电压． (2) 变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率． (3) 理想变压器本身不消耗能量． (4) 理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值． 6．如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡均正常发光，则串联在原线圈上的灯泡L(　　) A．比正常发光时的亮度更大 B．也能正常发光 C．比正常发光时的亮度暗 D．无法判断其亮度变化情况 7．(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上．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 W B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 8．如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，交流电源电压u1＝311sin (100πt) V，F为熔断电流为I0＝1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻． (1)当电阻R＝100 Ω时，保险丝能否被熔断？ (2)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？ 考向2　多个副线圈的变压器问题求解 1． 当有多个副线圈且绕在同一“□”字形铁芯上时： (1) 电压比等于匝数比仍然成立．如右图，当原线圈中磁通量变化时，整个闭合铁芯中，处处相等，可推得 ＝，＝，＝，或电压与匝数的关系 ＝＝＝…，总是成立的． (2) 电流比不再与匝数比成反比．由功率关系得到的表达式是：I1U1＝I2U2＋I3U3…，或I1n1＝I2n2＋I3n3… 2． 对于磁感线回路不唯一的如“□□”形变压器．不同位置可能不同，此时有＝＋，要具体问题具体分析． 3．(1) 理想变压器的电压关系 eq \f(U1,U2)＝，对于一个或多个副线圈均适用，而电流关系＝，适用于只有一个副线圈的变压器． (2) 处理含有多个副线圈的变压器问题时，首选P入＝P出，从输出端的P出打开突破口． 9．广州地铁供电的变电站，将35 kV的高压电送到变压器(可视为理想变压器)，变为1 180 V和220 V后供机车牵引和照明使用，其部分电路可简化为如图所示．图中M为牵引机车的电机，其电流恒定，则( ) A. n1∶n2∶n3 ＝175∶59∶11 B. S闭合后与闭合前相比，n2两端的电压会减小 C. S闭合后与闭合前相比，原线圈的电流会增大 D. S闭合后与闭合前相比，变压器的输入功率保持不变 10．如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6 V　2 W”的小灯泡，L2是“12 V　4 W”的小灯泡，当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为(　　) A. A B. A C. A D. A 11.如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，其中B、C的匝数分别为n2、n3，理想电压表的示数为U，理想电流表的示数为I，L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件不能计算出的物理量是(忽略温度对电阻的影响)(　　) A．线圈A的匝数 B．灯泡L2两端的电压 C．变压器的输入功率 D．通过灯泡L1的电流 考向3　几种特殊的变压器 1． 自耦变压器 图甲所示是自耦变压器的示意图．这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈．如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压． 甲 　 乙 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2. 2． 互感器 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在待测大电流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 关系式 ＝ I1n1＝I2n2 (1) 电压互感器是降压变压器，据 ＝，知 n1＞n2；电流互感器是升压变压器，据 ＝，知n1＜n2. (2) 区分电压互感器与电流互感器的三个标志 ①测量仪器不同，前者电压表，后者电流表． ②原、副线圈匝数关系不同． ③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上． (3) 使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地． 12．如图所示，一自耦变压器(可看作理想变压器)输入端A、B间加一正弦式交流电压，在输出端C、D间接灯泡和滑动变阻器，转动滑片P可以改变副线圈的匝数，移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值，则(　　) A．只将P顺时针转动，灯泡变亮 B．只将P逆时针转动，灯泡变亮 C．只将Q向上移动，灯泡变亮 D．只将Q向下移动，灯泡变亮 13.如图所示的理想变压器，b是原线圈的中点接头，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上正弦交变电压，现将单刀双掷开关与a连接，下列说法正确的是(　　) A．滑动变阻器触头P向上移动时，电压表、电流表示数均变小 B．滑动变阻器触头P向上移动时，原线圈中电流增大 C．单刀双掷开关由a掷向b，电压表、电流表示数均变大 D．单刀双掷开关由a掷向b，变压器输入功率将变小 14．(多选)如图所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，使电灯L变暗，下列哪些措施可以使电灯L重新变亮(　　) A．其他条件不变，P1下移，同时P2上移 B．其他条件不变，P1上移，同时P2下移 C．其他条件不变，滑动变阻器滑片P向下移动 D．其他条件不变，断开开关S 考向4 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系． 2．实验器材 多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图2所示) 图2 3．物理量的测量 (1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．实物接线如图3所示． 图3 表格一　U1＝5 V，n1＝400匝 实验次数 1 2 3 n2/匝 U2/V ①选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上． ②将选择开关调至5 V挡，使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示． ③将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示．读出副线圈两端的电压U2. ④将n2、U2记录在表格一中． ⑤保持n1＝400匝，U1＝5 V不变．将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中． ⑥保持n1＝400匝，U1＝5 V不变．将多用电表与副线圈n2＝1 400匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中． (2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响． 表格二　U1＝5 V，n2＝400匝 实验次数 1 2 3 n1/匝 U2/V ①将(1)中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈． ②选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈n1＝200匝接在学生电源的交流输出接线柱上． ③将选择开关拨至5 V挡． ④将多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2. ⑤将U2、n1记录在表格二中． ⑥保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800匝和n1＝1 400匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中． ⑦拆除实验线路，整理好实验器材． 4．数据分析与结论 分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论： (1)当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比．当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比． (2)原、副线圈的电压之比等于匝数之比. 15．(2024年大连八中月考)某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验．他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干． (1)实验需要以下哪种电源________． A．低压直流电源 B．高压直流电源 C．低压交流电源 D．高压交流电源 (2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数．分别测出相应的原、副线圈电压值．由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的________(填“有效”或“最大”)值．其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为________V． 　　 (3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成________(填“正比”或“反比”)． (4)由于实验中变压器的铜损和铁损导致变压器并非理想．实验中，下图中变压器的原线圈接“0，8”接线柱，副线圈接“0，4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则原线圈所接电源电压可能为________． A．16.0 V B．10.0 V C．5．0 V D．2.5 V 16．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示． (1)下列说法正确的是______． A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源 B．变压器中铁芯是整块硅钢 C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 (2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下表，由数据可知N1一定是________(填“原”或“副”)线圈的匝数． 根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系：__________． N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 (3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为______线圈．(填“原”或“副”) 17.(1)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压________________(填“交流电源”或“直流电源”)；先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(填“增大”“减小”或“不变”)． (2)如图是自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮．电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦式交变电流，给车头灯供电．已知自行车车轮半径r＝35 cm，摩擦小轮半径r0＝1.00 cm，线圈匝数n＝800匝，线圈横截面积S＝20 cm2，总电阻R1＝40 Ω，旋转磁极的磁感应强度B＝0.01 T，车头灯电阻R2＝10 Ω．当车轮转动的角速度ω＝8 rad/s时．发电机磁极转动的角速度为________rad/s；车头灯中电流的有效值为________mA． 考点3 电能的输送 考向1　远距离输电 1． 示意图 2． 远距离输电的几个基本关系式 (1) 功率关系： P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4. (2) 电压关系： ＝，U2＝ΔU＋U3，＝. (3) 电流关系： ＝，I2＝I线＝I3，＝. (4) 输电电流： I线＝＝＝＝. (5) 输电导线上损耗的电功率： P损＝P2－P3＝IR线＝＝ΔU I线． (6) 输电导线上的电压损失： ΔU＝I线R线＝U2－U3. 3． 三个回路 (1) 在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1. (2) 在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝IR线. (3) 在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户． 4． 处理远距离输电的方法技巧： (1) 画好一张图——远距离输电示意图 (2) 抓住电两端——发电站和用户 (3) 分析一条线——输电线 (4) 研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压 (5) 区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率) 5． 输电线上的电功率损失 (1) 原因：输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失． (2) 计算式： ①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P线＝. 6． 输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线. 7． 电压损失与输电电压的关系 如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝2R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的 . 18.(多选)如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)．对整个送电过程，下列说法正确的是(　　) A．输电线上的损失功率为300 W B．升压变压器的匝数比为1∶100 C．降压变压器的输入电压为4 970 V D．降压变压器的匝数比为100∶1 19.(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则(　　) A．用户端的电压为 B．理想变压器的输入功率为I12r C．输电线路上损失的电功率为I1U D．当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降 20.发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器． (1)画出全过程的线路示意图； (2)求用户得到的电压和功率； (3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率． 考向2　动态分析问题的求解方法 1． 明确“不变量”和“变化量”，对变化量要把握它们之间的制约关系，依据程序分析的思想，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况． (1) 原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 ： R→I2→P出→P入→I1. (2) 负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是： n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1. 2． 需要注意的几点 (1) 负载增多，不等于电阻变大．并联的负载增多对应用电器增多，消耗功率增大，其总电阻减小． (2) 负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断：先要由 ＝ 判断U2是否变化，再根据U2及负载电阻变大或变小的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I2的变化情况，最后再由P入＝P出判断原线圈中电流的变化情况． 3． 动态问题的分析思路可表示为： 21.理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片．原线圈两端接在电压为U的交流电源上．则(　　) A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小 22．如图甲，理想变压器原、副线圈匝数比为22∶1，接线柱a、b所接正弦交变电压u随时间t变化规律如图乙所示．变压器副线圈接有一火警报警系统，其中R1为定值电阻，R2为热敏电阻，其电阻随温度升高而增大．电压表、电流表均为理想电表，下列说法中正确的是(　　) A．电压表示数为10 V B．此交变电源的频率为0.5 Hz C．出现火警时，电流表示数增大 D．出现火警时，电压表示数增大 23.如图所示，变压器为理想变压器，原线圈一侧接在交流电源上，副线圈中电阻变化时变压器输入电压不会有大的波动．R0为定值电阻，R为滑动变阻器，A1和A2为理想电流表，V1和V2为理想电压表．若将滑动变阻器的滑片向下移动，则(　　) A．A1示数不变 B．A2示数变大 C．V1示数变大 D．V2示数变小 考点4　电磁波的特性与应用 1． 各种电磁波的共性 (1) 在本质上都是电磁波，遵循相同的物理规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义． (2) 都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是 c＝3×108m/s. (3) 传播都不需要介质. (4) 都具有反射、折射、衍射和干涉的特性． 2． 电磁波的特性： (1) 不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强、观察干涉、衍射现象越困难．正是这些不同的特性决定了它们不同的用途． (2) 同频率的电磁波，在不同介质中速度不同．不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大，折射率越大，速度越小． (3) 产生机理不同 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 红外线、可见光 和紫外线 原子的外层电子受激发后产生 X射线 原子的内层电子受激发后产生 γ射线 原子核受激发后产生 (4) 用途不同 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 频率 由左向右，频率变化为由低到高 真空中 的波长 由左向右，波长变化为由长到短 特性 波动性强 热效应强 感光性强 化学作用、荧光效应强 穿透力强 穿透力最强 用途 通信、广播、天体物理研究等 遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导等 照明、照相等 杀菌、防伪、治疗皮肤病等 检查、探测、透视等 探测、治疗等 24.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况.地球大气中的水汽(H2O),二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射,即地面物体发出的某些波长的电磁波,只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收.下图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况,由图可知,在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为(　　) A．2．5~3．5 μm B.4~4.5 μm C.5~7 μm D.8~13 μm 25.红外体温计测量体温如图所示．下列说法正确的是(　　) A．当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线 B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线 C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的 D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的 26(多选)第5代移动通信技术(简称5G)，是新一代蜂窝移动通信技术，数据传输速率比4GLTE蜂窝网络快100倍．下表为5G使用的无线电波的频率范围．已知光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s,1MHz＝1×106Hz，下列说法正确的有(　　) 频率范围名称 对应的频率范围 FR1 450 MHz～6 000 MHz FR2 24 250 MHz～52 600 MHz A.FR1比FR2中的无线电波的衍射能力更强 B．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的波长更长 C．在真空中传播时，FR2中频率为28 000 MHz的无线电波波长约为10.7 mm D．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的传播速度更大 考点5　日常生活中的传感器原理 1． 干簧管：结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片．当磁体靠近干簧管时(如图)，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．干簧管是一种能够感知磁场的传感器． 　 2． 温度传感器 (1) 热双金属片温度传感器 原理：热胀冷缩，因为双金属片热膨胀系数不同． 作用：控制电路的通断，常温时，若触点接触，接通电路，受热则会使触点分离，断开电路． 应用：日光灯启动器、电机过热保护、电熨斗等． 电熨斗：常温下两触点接触；温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点断开． (2) 感温磁体(铁氧体)温度传感器 这是电饭锅中使用的温度传感器的主要元件． 特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引．温度达到约103℃(居里温度)时，失去铁磁性，不能被磁体吸引． 电饭锅工作原理： ①开始煮饭时，手压开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态． ②水沸腾后，由于锅内保持100 ℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，故锅内温度大致保持100 ℃不变． ③饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103 ℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热，之后进入保温状态． 说明：如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100 ℃不变，温度低于“居里点103 ℃”，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃才能自动断电． (3) 测温仪 可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输． 常见的测温元件如非接触式红外测温仪、热电偶等． 3． 光传感器 (1) 机械式鼠标器的光传感器是红外发射、接收管. (2) 烟雾散射式火灾报警器中的光传感器是光电三极管.烟雾对光的散射使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．电路检测出这种变化，就会发出警报． 27.(多选)如图所示是一种常见的身高体重测量仪.测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波遇障碍物经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收的时间间隔.测量仪底部有一质量为M0的测重面板置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比.当测重台没有站人时,测量仪记录的时间间隔为t0,此时输出电压为U0=kM0g (g是自由落体加速度,k是比例常数).当某同学站上测重台时,测量仪记录的时间间隔为t,输出电压为U,则 (　　) A.该同学的身高为v(t0-t) B.该同学的身高为v(t0-t) C.该同学的质量为 D.该同学的质量为(U-U0) 28．某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变．图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)．当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列说法中正确的是( ) 甲 　乙 A. A灯变亮，B灯变暗 B. 电源的效率变大 C. 电源内阻消耗的功率变大 D. R1上电流的变化量等于R0上电流变化量 29 .(多选)下图是用光敏电阻和灯泡制成的一种简易水污染指示器的原理示意图,下列说法正确的是 (　　) A.严重污染时,光敏电阻的阻值很大 B.轻度污染时,光敏电阻的阻值很大 C.无论污染程度如何,光敏电阻的电阻不变,电阻大小由材料本身因素决定 D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响 30．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是(　　) A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 31.下图为某种电子秤的原理示意图,AB为一改装后的滑动变阻器,阻值为R,长度为l,两边分别有P1、P2两个滑片,P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动.弹簧处于原长时,P1刚好指在A端,P1与托盘固定相连.若P1、P2间出现电压时,该电压经过放大,通过信号转换后在显示屏上将显示物体质量的大小.已知弹簧的劲度系数为k,托盘自身质量为m0,电源电动势为E,内阻不计,当地的自由落体加速度为g. (1)求托盘上未放物体时,在托盘自身重力作用下,P1与A端的距离x1. (2)求托盘上放有质量为m的物体时,P1与A端的距离x2. (3)托盘上未放物体时通常需先校准零点,方法:调节P2,使P2离A端的距离也为x1,从而使P1、P2间的电压为0.校准零点后,将质量为m的物体放在托盘上,试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式. 考点7利用传感器制作简单的自动控制装置 实验1　门窗防盗报警装置 1．实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图1. 图1 2．电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警． 3．实验操作 (1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作． (2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作． (3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象． 实验2　光控开关 1．实验器材和装置 光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图2甲． 图2 为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示． 2．电路工作原理 (1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮． (2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L. 3．实验操作 (1)连接电路，检查无误后，接通电源． (2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光． (3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光． (4)让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭. 32.图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件．安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，此装置具有自动提示报警的功能，当睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是(　　) 　 A．当门关闭时，干簧管两簧片接通 B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成 C．如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电磁感应原理控制电路 33．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，灯泡熄灭．根据上述信息和原理图，可推断： 按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光持续时间约________ min．这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件． 34.(2024年深圳龙津中学摸底)某实验小组设计了一个声、光灯光控制系统．声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求．其示意图如图甲所示． (1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是________(填“并联”或“串联”)关系． (2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示．已知环境亮度越大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作．在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙所示，此时I0＝________A． 　　　 (3)为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调________． 35．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值R随光的照度I而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表 照度I/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻R/kΩ 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8 (1)如图为街道路灯自动控制电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“CD”)之间． (2)已知线圈的电阻为140 Ω，直流电源的电动势E＝36 V，内阻忽略不计．当线圈中的电流大于10 mA时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器R′的阻值应调为________Ω时，才能使天色渐暗照度低于1.0 lx时点亮路灯． (3)为了更加节能，让天色更暗时，路灯点亮，变阻器R′的阻值应适当调________(填“大”或“小”)些． 36.如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω．现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值． (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图． (2)完成下列实验步骤中的填空： a．依照实验原理电路图连线． b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃． c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全． d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________________． e．将RT的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数____________，记录________________． f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________________． g．逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e、f． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题06 交变电流 电磁振荡和电磁波 传感器 考点1 交变电流的四值 考点2 变压器 考向1　变压器的基本规律 考向2　多个副线圈的变压器问题求解 考向3　几种特殊的变压器 考向4 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 考点3 电能的输送 考向1　远距离输电 考向2　动态分析问题的求解方法 考点4　电磁波的特性与应用 考点5　日常生活中的传感器原理 考点6 利用传感器制作简单的自动控制装置 考点1 交变电流的四值 交变电流的四值比较 1． 比较 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsinωt i＝Imsinωt 计算线圈某一时刻的受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω Im＝ 确定电容器的耐压值 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值、电压值 E＝， U＝， I＝ 凡涉及能量的问题、交变电流的电功、电功率问题、计算交变电流通过导体产生的热量及确定保险丝的熔断电流时都用有效值 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 ＝n， ＝ 计算通过电路横截面的电荷量 2． 注意： (1) 交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同． (2) 平均电动势不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即 ＝n. (3) 研究电功、电功率和电热时，只能用有效值． (4) 研究通过导体某横截面的电荷量时，要用平均值． 　交变电流有效值的计算 1． 正弦式交变电流： E＝，U＝，I＝. 2． 对非正弦式交变电流，必须根据电流的热效应来求解有效值，且时间一般取一个周期．其具体做法是：假设让交变电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)，其中热量Q用相应的物理量的有效值表示，进而求出相应的有效值． 3． 当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解．求解步骤如下： 1．(2024年佛山期末)如图甲为按压式发电手电筒．以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流．已知发电机内阻r＝2 Ω，与其串联的白炽灯泡额定电压为9 V、阻值为18 Ω．若该灯泡恰好正常发光，则此时发电机(　　) 　　 A．输出电流的有效值为0.5 A B．输出电流的最大值为0.5 A C．输出的交流电频率为10 Hz D．输出的交流电频率为50 Hz 答案A 解析白炽灯泡额定电压为9 V、阻值为18 Ω，灯泡恰好正常发光，则输出电流的有效值为I＝ A＝0.5 A，A正确；图中电流为正弦式交变电流，则输出电流的最大值为Im＝I＝ A，B错误；根据图乙可知，周期为0.2 s，则频率为f＝ Hz＝5 Hz，C、D错误． 2．(2024年北京通州期末)图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，不计电路的其他电阻．下列说法正确的是(　　) 　　　 A．t＝0.01 s时线圈平面与中性面垂直 B．每秒内电流方向改变100次 C．灯泡两端电压有效值为20 V D．0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0 答案B 解析 由图乙可知，t＝0.01 s时刻电动势的瞬时值为零，即线圈平面与中性面重合，A错误；由图乙可知，交变电流的周期为T＝2×10-2 s，根据一个周期内电流方向改变两次，可得每秒钟内电流方向改变次数为n＝×2＝100次，B正确；根据U＝R，又E＝，联立可得U＝18 V，C错误；根据＝，又＝，q＝t，联立可得q＝，0～0.01 s时间内ΔΦ＝－2BS≠0，所以0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量不为0，D错误． 3．图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，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 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是10 V．图乙是穿过矩形线圈磁通量Φ随时间t变化的图像．则下列说法正确的是(　　) 　 A．电阻R的电功率为20 W B．0．02 s时R两端的电压瞬时值为零 C．R两端的电压随时间变化的规律是u＝14.1cos (100πt) V D．通过R的电流随时间变化的规律是i＝cos (50πt) A 答案C 解析电阻R的电功率P＝＝10 W，A错误；0.02 s时穿过线圈的磁通量变化率最大，R两端的电压瞬时值最大，B错误；R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝14.1cos(100πt) V，通过R的电流随时间变化的规律是i＝1.41cos(100πt) A，C正确，D错误． 4．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为(　　) A．1∶ B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6 答案　C 解析　题图甲中，在一个周期内，根据电流的热效应有 22R＝I2RT 代入数据解得电流的有效值I＝Im＝ A 题图乙中，在一个周期内，根据电流的热效应有 2I12R＝I′2RT 代入数据解得电流的有效值I′＝I1＝1 A 根据W＝I2Rt知，在相同时间内两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙＝2∶1＝1∶3 故C正确，A、B、D错误． 5．图甲为一小型发电机的示意图，发电机线圈内阻为1 Ω，灯泡L的电阻为9 Ω，电压表为理想交流电压表．发电机产生的电动势e随时间t按图乙的正弦规律变化，则(　　) A．t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零 B．线圈转动的角速度为50 rad/s C．电压表的示数为9 V D．灯泡L的电功率为10 W 答案　C 解析　t＝0.01 s时电动势为零，所以此时穿过线圈的磁通量最大，故A错误；由题图乙可知，周期为0.02 s，由ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，故B错误；电动势的有效值为E＝ V＝10 V，由闭合电路欧姆定律得：U＝＝ V＝9 V，电压表的示数为9 V，故C正确；灯泡L的电功率为P＝＝9 W，故D错误． 考点2 变压器 考向1　变压器的基本规律 1． 功率关系 理想变压器的输入、输出功率的关系为P入＝P出，或P1＝P2. 2． 电压与匝数的关系 ＝ (1) 无论副线圈一端是空载还是有负载，上述关系都是适用的． (2) 若n2＞n1，U2＞U1，这种变压器为升压变压器；若n2＜n1，U2＜U1，这种变压器为降压变压器． 3． 电流关系 由I1U1＝I2U2，得＝＝. 4． 原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同． 5． 考查分析：理想变压器的电压、电流与匝数的关系是考查重点，重要关系是P入＝P出．关注四点说明： (1) 变压器不能改变直流电压． (2) 变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率． (3) 理想变压器本身不消耗能量． (4) 理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值． 6．如图所示，与理想变压器相连的四只灯泡相同，变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，接在副线圈上的三只灯泡均正常发光，则串联在原线圈上的灯泡L(　　) A．比正常发光时的亮度更大 B．也能正常发光 C．比正常发光时的亮度暗 D．无法判断其亮度变化情况 答案　B 解析　设每只灯泡的额定电流为I0，因并联在副线圈两端的三只灯泡均正常发光，所以副线圈中的电流I2＝3I0，由＝得原线圈中的电流I1＝I2＝I0，恰为灯泡L的额定电流，因此串联在原线圈上的灯泡L正常发光，故选B. 7．(多选)如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上．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 W B．通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C．通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 答案　BD 解析　理想变压器的输入功率等于输出功率，P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，选项A错误；由＝得＝＝＝，选项D正确；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，选项B正确；根据I＝得通过副线圈的电流的最大值I2m＝I2＝ A≈3.1 A，选项C错误． 8．如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，交流电源电压u1＝311sin (100πt) V，F为熔断电流为I0＝1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻． (1)当电阻R＝100 Ω时，保险丝能否被熔断？ (2)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？变压器输出的电功率不能超过多少？ 解析 原线圈电压的有效值为 U1＝ V≈220 V，由＝， 得副线圈两端的电压 U2＝U1＝×220 V＝110 V． (1)当R＝100 Ω时，副线圈中电流 I2＝＝ A＝1.10 A， 由U1I1＝U2I2得原线圈中的电流为 I1＝I2＝×1.10 A＝0.55 A， 由于I1＜I0(熔断电流)，故保险丝不会熔断． (2)设电阻R取某一值R0时，原线圈中的电流I1刚好达到熔断电流I0，即I1＝1.0 A， 则副线圈中的电流为 I2＝I1＝2×1.0 A＝2.0 A， 电阻R的阻值为R0＝＝ Ω＝55 Ω， 此时变压器的输出功率为P2＝I2U2＝2.0×110 W＝220 W，可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值不能小于55 Ω，变压器输出的电功率不能超过220 W． 考向2　多个副线圈的变压器问题求解 1． 当有多个副线圈且绕在同一“□”字形铁芯上时： (1) 电压比等于匝数比仍然成立．如右图，当原线圈中磁通量变化时，整个闭合铁芯中，处处相等，可推得 ＝，＝，＝，或电压与匝数的关系 ＝＝＝…，总是成立的． (2) 电流比不再与匝数比成反比．由功率关系得到的表达式是：I1U1＝I2U2＋I3U3…，或I1n1＝I2n2＋I3n3… 2． 对于磁感线回路不唯一的如“□□”形变压器．不同位置可能不同，此时有＝＋，要具体问题具体分析． 3．(1) 理想变压器的电压关系 eq \f(U1,U2)＝，对于一个或多个副线圈均适用，而电流关系＝，适用于只有一个副线圈的变压器． (2) 处理含有多个副线圈的变压器问题时，首选P入＝P出，从输出端的P出打开突破口． 9．广州地铁供电的变电站，将35 kV的高压电送到变压器(可视为理想变压器)，变为1 180 V和220 V后供机车牵引和照明使用，其部分电路可简化为如图所示．图中M为牵引机车的电机，其电流恒定，则( ) A. n1∶n2∶n3 ＝175∶59∶11 B. S闭合后与闭合前相比，n2两端的电压会减小 C. S闭合后与闭合前相比，原线圈的电流会增大 D. S闭合后与闭合前相比，变压器的输入功率保持不变 答案C 解析 根据电压与匝数成正比可知n1∶n2∶n3＝35 000∶1 180∶220＝1 750∶59∶11，故A错误；S闭合后与闭合前相比，n2两端的电压不变，因为原线圈电压与匝数不变，故B错误；S闭合后两灯泡并联，总电阻减小，电流增大，则P3增大，变压器输入功率变大，原线圈总功率增大，根据P＝IU可知，原线圈的电流会增大，故C正确，D错误． 10．如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6 V　2 W”的小灯泡，L2是“12 V　4 W”的小灯泡，当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为(　　) A. A B. A C. A D. A 答案　C 解析　两灯泡正常发光，则U2＝6 V，原线圈两端电压U1＝U2＝×6 V＝120 V，副线圈上总的输出功率P出＝PL1＋PL2＝2 W＋4 W＝6 W，原线圈上输入功率P入＝P出＝6 W，原线圈中的电流I1＝＝ A＝ A，故选项C正确． 11.如图所示，理想变压器有三个线圈A、B、C，其中B、C的匝数分别为n2、n3，理想电压表的示数为U，理想电流表的示数为I，L1、L2是完全相同的灯泡，根据以上条件不能计算出的物理量是(忽略温度对电阻的影响)(　　) A．线圈A的匝数 B．灯泡L2两端的电压 C．变压器的输入功率 D．通过灯泡L1的电流 答案　A 解析　由题意知线圈B两端的电压为U，设线圈C两端的电压为UC，则＝，所以UC＝U；通过L2的电流为I，则可以求出L2的电阻，L2与L1的电阻相同，所以可求出通过L1的电流；根据以上数据可以求出L1、L2的功率，可得变压器总的输出功率，它也等于变压器的输入功率；根据题意无法求出线圈A的匝数，故选A. 考向3　几种特殊的变压器 1． 自耦变压器 图甲所示是自耦变压器的示意图．这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈．如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压． 甲 　 乙 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2. 2． 互感器 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在待测大电流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 关系式 ＝ I1n1＝I2n2 (1) 电压互感器是降压变压器，据 ＝，知 n1＞n2；电流互感器是升压变压器，据 ＝，知n1＜n2. (2) 区分电压互感器与电流互感器的三个标志 ①测量仪器不同，前者电压表，后者电流表． ②原、副线圈匝数关系不同． ③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上． (3) 使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地． 12．如图所示，一自耦变压器(可看作理想变压器)输入端A、B间加一正弦式交流电压，在输出端C、D间接灯泡和滑动变阻器，转动滑片P可以改变副线圈的匝数，移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值，则(　　) A．只将P顺时针转动，灯泡变亮 B．只将P逆时针转动，灯泡变亮 C．只将Q向上移动，灯泡变亮 D．只将Q向下移动，灯泡变亮 答案　B 解析　理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比，即＝，只将P顺时针转动，原线圈匝数n1不变，副线圈匝数n2减小，原线圈两端电压不变，则副线圈两端电压减小，即灯泡变暗；同理可知将P逆时针转动时，灯泡变亮；灯泡L与滑动变阻器R并联，若只是移动滑片Q，灯泡两端电压不变，灯泡亮度不变，故选B. 13.如图所示的理想变压器，b是原线圈的中点接头，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上正弦交变电压，现将单刀双掷开关与a连接，下列说法正确的是(　　) A．滑动变阻器触头P向上移动时，电压表、电流表示数均变小 B．滑动变阻器触头P向上移动时，原线圈中电流增大 C．单刀双掷开关由a掷向b，电压表、电流表示数均变大 D．单刀双掷开关由a掷向b，变压器输入功率将变小 答案　C 解析　滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，副线圈所在电路的总电阻变大，由于副线圈两端电压是由输入电压和匝数比决定的，所以副线圈中的电流变小，电流表示数变小，电压表的示数不变，所以A错误；电流与匝数成反比，副线圈中电流减小，原线圈电流也减小，所以B错误；当单刀双掷开关由a掷向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比变小，所以输出的电压升高，电压表和电流表的示数均变大，所以C正确；由C知电压表和电流表的示数均变大，理想变压器输入功率等于输出功率将变大，所以D错误． 14．(多选)如图所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，使电灯L变暗，下列哪些措施可以使电灯L重新变亮(　　) A．其他条件不变，P1下移，同时P2上移 B．其他条件不变，P1上移，同时P2下移 C．其他条件不变，滑动变阻器滑片P向下移动 D．其他条件不变，断开开关S 答案　AD 解析　原线圈的输入电压降低，其他条件不变，P1下移，即原线圈匝数减少，P2上移，即副线圈匝数增多，由U2＝U1知，U2可能增大，可以使电灯L重新变亮，故A正确，B错误；原线圈的输入电压降低，其他条件不变，则副线圈电压减小，将滑动变阻器滑片P向下移动，并联部分电阻减小，副线圈电路中电流增大，电阻R1分压变大，电灯L两端电压减小，电灯L变暗，故C错误；原线圈的输入电压降低，其他条件不变，则副线圈电压减小，断开开关S，并联部分电阻增大，副线圈电路中电流减小，R1分压减小，电灯L两端电压增大，可以使电灯L重新变亮，故D正确． 考向4 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1．实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系． 2．实验器材 多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图2所示) 图2 3．物理量的测量 (1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．实物接线如图3所示． 图3 表格一　U1＝5 V，n1＝400匝 实验次数 1 2 3 n2/匝 U2/V ①选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上． ②将选择开关调至5 V挡，使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示． ③将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示．读出副线圈两端的电压U2. ④将n2、U2记录在表格一中． ⑤保持n1＝400匝，U1＝5 V不变．将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中． ⑥保持n1＝400匝，U1＝5 V不变．将多用电表与副线圈n2＝1 400匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中． (2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响． 表格二　U1＝5 V，n2＝400匝 实验次数 1 2 3 n1/匝 U2/V ①将(1)中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈． ②选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈n1＝200匝接在学生电源的交流输出接线柱上． ③将选择开关拨至5 V挡． ④将多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2. ⑤将U2、n1记录在表格二中． ⑥保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800匝和n1＝1 400匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中． ⑦拆除实验线路，整理好实验器材． 4．数据分析与结论 分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论： (1)当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比．当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比． (2)原、副线圈的电压之比等于匝数之比. 15．(2024年大连八中月考)某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验．他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干． (1)实验需要以下哪种电源________． A．低压直流电源 B．高压直流电源 C．低压交流电源 D．高压交流电源 (2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数．分别测出相应的原、副线圈电压值．由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的________(填“有效”或“最大”)值．其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为________V． 　　 (3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成________(填“正比”或“反比”)． (4)由于实验中变压器的铜损和铁损导致变压器并非理想．实验中，下图中变压器的原线圈接“0，8”接线柱，副线圈接“0，4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则原线圈所接电源电压可能为________． A．16.0 V B．10.0 V C．5．0 V D．2.5 V 答案(1)C　(2)有效　7.2　(3)正比　(4)A 解析(1)探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，应选择低压交流电源．故选C． (2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～ 10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V． (3)根据＝可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比． (4)实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致>，所以U1>U2＝×5 V＝10 V，故选A． 16．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示． (1)下列说法正确的是______． A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源 B．变压器中铁芯是整块硅钢 C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 (2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下表，由数据可知N1一定是________(填“原”或“副”)线圈的匝数． 根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系：__________． N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 (3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为______线圈．(填“原”或“副”) 答案(1)C　(2)副　原、副线圈两端电压U与匝数N成正比　(3)原 解析(1)变压器改变的是交流电压，因此原线圈不能接低压直流电源，A错误；因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块铁芯，则在电磁感应的作用下，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，D错误． (2)为保证实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，且由于损耗总有＞，故由数据可知N1一定是副线圈的匝数．由表可知，原、副线圈两端电压U与匝数N成正比，则＝． (3)理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈． 17.(1)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压________________(填“交流电源”或“直流电源”)；先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(填“增大”“减小”或“不变”)． (2)如图是自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮．电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦式交变电流，给车头灯供电．已知自行车车轮半径r＝35 cm，摩擦小轮半径r0＝1.00 cm，线圈匝数n＝800匝，线圈横截面积S＝20 cm2，总电阻R1＝40 Ω，旋转磁极的磁感应强度B＝0.01 T，车头灯电阻R2＝10 Ω．当车轮转动的角速度ω＝8 rad/s时．发电机磁极转动的角速度为________rad/s；车头灯中电流的有效值为________mA． 答案(1)交流电源　增大　减小　(2)280　64 解析(1)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压交流电源；根据变压比公式＝，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小．(2)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，故有ω0r0＝ωr，则ω0＝＝280 rad/s．摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为Em＝nBSω0＝4.48 V，感应电动势的有效值E＝Em≈3.2 V，通过车头灯电流的有效值I＝＝0.064 A＝64 mA． 考点3 电能的输送 考向1　远距离输电 1． 示意图 2． 远距离输电的几个基本关系式 (1) 功率关系： P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4. (2) 电压关系： ＝，U2＝ΔU＋U3，＝. (3) 电流关系： ＝，I2＝I线＝I3，＝. (4) 输电电流： I线＝＝＝＝. (5) 输电导线上损耗的电功率： P损＝P2－P3＝IR线＝＝ΔU I线． (6) 输电导线上的电压损失： ΔU＝I线R线＝U2－U3. 3． 三个回路 (1) 在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1. (2) 在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝IR线. (3) 在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户． 4． 处理远距离输电的方法技巧： (1) 画好一张图——远距离输电示意图 (2) 抓住电两端——发电站和用户 (3) 分析一条线——输电线 (4) 研究两次变——升压变压器升压和降压变压器降压 (5) 区分三个量——输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率) 5． 输电线上的电功率损失 (1) 原因：输电导线有电阻R线，电流流过输电线时，电流的热效应引起电功率的损失． (2) 计算式： ①P线＝I2R线；②P线＝IU线；③P线＝. 6． 输电线上的电压损失 若用U表示输电线始端电压，U′表示输电线末端电压，则U线＝U－U′或U线＝IR线. 7． 电压损失与输电电压的关系 如果远距离输电的电功率P不变，输电电压为U，输电导线电阻为R线，则输电导线上发热损失的功率P损＝I2R线＝2R线，因此输电电压若提高到nU，则P损将减为原来的 . 18.(多选)如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)．对整个送电过程，下列说法正确的是(　　) A．输电线上的损失功率为300 W B．升压变压器的匝数比为1∶100 C．降压变压器的输入电压为4 970 V D．降压变压器的匝数比为100∶1 答案　AC 解析　输电线上的损失功率为P损＝P×0.6%＝50 kW×0.6%＝300 W，A项正确；输电线上的电流为I2＝＝ A＝10 A，升压变压器副线圈两端的电压为U2＝＝ V＝5×103 V，由＝得，＝，B项错误；输电线上损失的电压为U损＝I2R＝10×3 V＝30 V，降压变压器输入电压为U3＝5 000 V－30 V＝4 970 V，C项正确；由＝得＝，D项错误． 19.(多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则(　　) A．用户端的电压为 B．理想变压器的输入功率为I12r C．输电线路上损失的电功率为I1U D．当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降 答案　AD 解析　根据变压器原理：U1I1＝U2I2，得U2＝，A正确；理想变压器的输入功率为U1I1＝UI1－I12r；输电线路上损失的电功率为I12r，B、C错误；输电效率η＝×100%＝(1－)×100%，当用户消耗的功率增大时，输电线上的电流增大，发电厂的输出功率P增大，η减小，D正确． 20.发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，输电导线的总电阻为0.2 Ω，如果用原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器． (1)画出全过程的线路示意图； (2)求用户得到的电压和功率； (3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率． 答案　(1)见解析图　(2)219.6 V　4.392×104 W　(3)180 V　3.6×104 W 解析　(1)线路示意图如图所示： (2)由图可知，升压变压器副线圈两端的输出电压U2＝U1＝2 200 V．根据理想变压器P入＝P出，则升压变压器副线圈的输出电流I2＝＝ A＝20 A，输电线上的功率损耗和电压损失分别为 P损＝I22R线＝202×0.2 W＝80 W， U损＝I2R线＝20×0.2 V＝4 V. 所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为 U3＝U2－U损＝2 200 V－4 V＝2 196 V， I3＝I2＝20 A. 降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为 U4＝U3＝×2 196 V＝219.6 V， I4＝I3＝10×20 A＝200 A. 用户得到的功率为 P4＝U4I4＝219.6×200 W＝4.392×104 W. (3)若直接给用户供电， 线路示意图如图所示 则输电电流I′＝＝ A＝200 A. 输电线路上的电压损失 ΔU′＝I′R线＝200×0.2 V＝40 V. 所以用户得到的电压 U2′＝U1－ΔU′＝220 V－40 V＝180 V. 用户得到的功率为 P′＝U2′I′＝180×200 W＝3.6×104 W. 考向2　动态分析问题的求解方法 1． 明确“不变量”和“变化量”，对变化量要把握它们之间的制约关系，依据程序分析的思想，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况． (1) 原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是 ： R→I2→P出→P入→I1. (2) 负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是： n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1. 2． 需要注意的几点 (1) 负载增多，不等于电阻变大．并联的负载增多对应用电器增多，消耗功率增大，其总电阻减小． (2) 负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断：先要由 ＝ 判断U2是否变化，再根据U2及负载电阻变大或变小的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流I2的变化情况，最后再由P入＝P出判断原线圈中电流的变化情况． 3． 动态问题的分析思路可表示为： 21.理想变压器的原线圈连接一只理想电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示，在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑片．原线圈两端接在电压为U的交流电源上．则(　　) A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小 答案　AC 解析　在原、副线圈匝数比一定的情况下，变压器的输出电压由输入电压决定．因此保持Q的位置不动，输出电压不变，将P向上滑动时，副线圈电路总电阻增大，则输出电流减小，输入电流也减小，则电流表的读数变小，故A正确，B错误；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，则输出电压变大，输出电流变大，输入电流也变大，则电流表的读数变大，故C正确，D错误． 22．如图甲，理想变压器原、副线圈匝数比为22∶1，接线柱a、b所接正弦交变电压u随时间t变化规律如图乙所示．变压器副线圈接有一火警报警系统，其中R1为定值电阻，R2为热敏电阻，其电阻随温度升高而增大．电压表、电流表均为理想电表，下列说法中正确的是(　　) A．电压表示数为10 V B．此交变电源的频率为0.5 Hz C．出现火警时，电流表示数增大 D．出现火警时，电压表示数增大 答案　D 解析　由题图乙可知，输入的电压有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比，由此可得副线圈的电压为10 V，电压表测的是热敏电阻的电压，R1、R2的总电压为10 V，所以电压表的示数小于10 V，故A错误；此交流电源的频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，B错误；当出现火警时，温度升高，电阻R2变大，副线圈的电流变小，所以原线圈电流即电流表示数减小，R1的电压要减小，由于副线圈的总电压不变，所以R2的电压即电压表示数就要变大，故C错误，D正确． 23.如图所示，变压器为理想变压器，原线圈一侧接在交流电源上，副线圈中电阻变化时变压器输入电压不会有大的波动．R0为定值电阻，R为滑动变阻器，A1和A2为理想电流表，V1和V2为理想电压表．若将滑动变阻器的滑片向下移动，则(　　) A．A1示数不变 B．A2示数变大 C．V1示数变大 D．V2示数变小 答案　B 解析　V1示数等于变压器输入电压，不变；V2示数等于变压器输出电压，由输入电压和匝数比决定，则V2示数也不变，选项C、D错误；滑动变阻器的滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，则副线圈中的电流增大，A2示数变大，根据I1＝I2可知，原线圈中的电流变大，即A1示数变大，故B正确，A、C、D错误. 考点4　电磁波的特性与应用 1． 各种电磁波的共性 (1) 在本质上都是电磁波，遵循相同的物理规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义． (2) 都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是 c＝3×108m/s. (3) 传播都不需要介质. (4) 都具有反射、折射、衍射和干涉的特性． 2． 电磁波的特性： (1) 不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强、观察干涉、衍射现象越困难．正是这些不同的特性决定了它们不同的用途． (2) 同频率的电磁波，在不同介质中速度不同．不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大，折射率越大，速度越小． (3) 产生机理不同 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 红外线、可见光 和紫外线 原子的外层电子受激发后产生 X射线 原子的内层电子受激发后产生 γ射线 原子核受激发后产生 (4) 用途不同 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 频率 由左向右，频率变化为由低到高 真空中 的波长 由左向右，波长变化为由长到短 特性 波动性强 热效应强 感光性强 化学作用、荧光效应强 穿透力强 穿透力最强 用途 通信、广播、天体物理研究等 遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导等 照明、照相等 杀菌、防伪、治疗皮肤病等 检查、探测、透视等 探测、治疗等 24.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况.地球大气中的水汽(H2O),二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射,即地面物体发出的某些波长的电磁波,只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收.下图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况,由图可知,在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为 (　　) A．2．5~3．5 μm B.4~4.5 μm C.5~7 μm D.8~13 μm 答案D 解析 由图像可知,水和二氧化碳几乎均不吸收8~13 μm波段的红外线,选项D正确. 25.红外体温计测量体温如图所示．下列说法正确的是(　　) A．当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线 B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线 C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的 D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的 答案D 解析 凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误，B错误；人身体各个部位体温是不同的，所以辐射的红外线强度就会不一样，温度越高红外线强度越大，温度越低辐射的红外线强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就会反映出各部位的温度；红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的，故C错误，D正确． 26(多选)第5代移动通信技术(简称5G)，是新一代蜂窝移动通信技术，数据传输速率比4GLTE蜂窝网络快100倍．下表为5G使用的无线电波的频率范围．已知光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s,1MHz＝1×106Hz，下列说法正确的有(　　) 频率范围名称 对应的频率范围 FR1 450 MHz～6 000 MHz FR2 24 250 MHz～52 600 MHz A.FR1比FR2中的无线电波的衍射能力更强 B．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的波长更长 C．在真空中传播时，FR2中频率为28 000 MHz的无线电波波长约为10.7 mm D．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的传播速度更大 答案　AC 解析　FR1比FR2对应的频率小，根据λ＝，则波长较大，衍射能力更强，选项A正确，B错误；在真空中传播时，FR2中频率为28 000 MHz的无线电波波长λ＝＝ m ≈1.07×10－2 m＝10.7 mm，选项C正确． 在真空中传播时，FR2与FR1中的无线电波的传播速度相同，均为3×108 m/s，选项D错误． 考点5　日常生活中的传感器原理 1． 干簧管：结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片．当磁体靠近干簧管时(如图)，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．干簧管是一种能够感知磁场的传感器． 　 2． 温度传感器 (1) 热双金属片温度传感器 原理：热胀冷缩，因为双金属片热膨胀系数不同． 作用：控制电路的通断，常温时，若触点接触，接通电路，受热则会使触点分离，断开电路． 应用：日光灯启动器、电机过热保护、电熨斗等． 电熨斗：常温下两触点接触；温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点断开． (2) 感温磁体(铁氧体)温度传感器 这是电饭锅中使用的温度传感器的主要元件． 特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引．温度达到约103℃(居里温度)时，失去铁磁性，不能被磁体吸引． 电饭锅工作原理： ①开始煮饭时，手压开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态． ②水沸腾后，由于锅内保持100 ℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，故锅内温度大致保持100 ℃不变． ③饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103 ℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热，之后进入保温状态． 说明：如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100 ℃不变，温度低于“居里点103 ℃”，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃才能自动断电． (3) 测温仪 可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输． 常见的测温元件如非接触式红外测温仪、热电偶等． 3． 光传感器 (1) 机械式鼠标器的光传感器是红外发射、接收管. (2) 烟雾散射式火灾报警器中的光传感器是光电三极管.烟雾对光的散射使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．电路检测出这种变化，就会发出警报． 27.(多选)如图所示是一种常见的身高体重测量仪.测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波遇障碍物经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收的时间间隔.测量仪底部有一质量为M0的测重面板置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比.当测重台没有站人时,测量仪记录的时间间隔为t0,此时输出电压为U0=kM0g (g是自由落体加速度,k是比例常数).当某同学站上测重台时,测量仪记录的时间间隔为t,输出电压为U,则 (　　) A.该同学的身高为v(t0-t) B.该同学的身高为v(t0-t) C.该同学的质量为 D.该同学的质量为(U-U0) 答案 BD 解析 由题意可知,该同学的身高h=v×t0-v×t=v(t0-t),由传感器输出电压与作用在其上的压力成正比可知,U0=kM0g,又U=k(M0+M)g,由以上两式可得该同学的质量M=(U-U0),故选项B、D正确,选项A、C错误. 28．某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变．图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)．当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列说法中正确的是( ) 甲 　乙 A. A灯变亮，B灯变暗 B. 电源的效率变大 C. 电源内阻消耗的功率变大 D. R1上电流的变化量等于R0上电流变化量 答案B 解析 光照逐渐减弱时，光敏电阻阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，外电压增大，A灯变亮；支路R0上的电流减小，R0上的电压减小，又因为外电压增大，所以B灯电压增大，所以B灯变亮，故A错误；因为外电阻变大，根据η＝＝＝1－可知，电源的效率变大，故B正确；因为内电压减小，所以电源内阻消耗的功率变小，故C错误；对于支路R0，有ΔI0＝ΔIB＋ΔI1，其中ΔI0<0，ΔIB>0，所以|ΔI0|<|ΔI1|，故D错误． 29 .(多选)下图是用光敏电阻和灯泡制成的一种简易水污染指示器的原理示意图,下列说法正确的是 (　　) A.严重污染时,光敏电阻的阻值很大 B.轻度污染时,光敏电阻的阻值很大 C.无论污染程度如何,光敏电阻的电阻不变,电阻大小由材料本身因素决定 D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响 答案 AD 解析 严重污染时,透过污水照到光敏电阻上的光较少,光敏电阻阻值较大,选项A正确,选项B错误.光敏电阻由半导体材料制成,受光照影响,电阻会发生变化,选项C错误.白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响光敏电阻的阻值,选项D正确. 30．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断正确的是(　　) A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 答案　D 解析　分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出，在t1～t2时间内，电流增大，表明题图甲中压敏电阻的阻值逐渐减小，即压敏电阻受到的压力逐渐增大，所以可判断小车在向右做加速度逐渐增大的加速运动；在t2～t3时间内，电流在较大数值上保持恒定，说明电阻保持一个较小值，即受到的压力保持恒定，说明小车在向右做匀加速直线运动，故选项D正确. 31.下图为某种电子秤的原理示意图,AB为一改装后的滑动变阻器,阻值为R,长度为l,两边分别有P1、P2两个滑片,P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动.弹簧处于原长时,P1刚好指在A端,P1与托盘固定相连.若P1、P2间出现电压时,该电压经过放大,通过信号转换后在显示屏上将显示物体质量的大小.已知弹簧的劲度系数为k,托盘自身质量为m0,电源电动势为E,内阻不计,当地的自由落体加速度为g. (1)求托盘上未放物体时,在托盘自身重力作用下,P1与A端的距离x1. (2)求托盘上放有质量为m的物体时,P1与A端的距离x2. (3)托盘上未放物体时通常需先校准零点,方法:调节P2,使P2离A端的距离也为x1,从而使P1、P2间的电压为0.校准零点后,将质量为m的物体放在托盘上,试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式. 答案 (1)　(2)　(3)m= 解析 托盘的移动带动P1移动,使P1、P2间出现电势差,电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小,两滑片之间的电阻与两滑片之间的距离成正比. (1)由力的平衡知识有m0g=kx1, 解得x1=. (2)放上物体重新平衡后m0g+mg=kx2, 解得x2=. (3)由闭合电路欧姆定律知 U=IR串(R串为P1、P2间的电阻), =(x为P1、P2间的距离), E=IR, 则x=x2-x1=, 联立解得m=. 考点7利用传感器制作简单的自动控制装置 实验1　门窗防盗报警装置 1．实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图1. 图1 2．电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警． 3．实验操作 (1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作． (2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作． (3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象． 实验2　光控开关 1．实验器材和装置 光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图2甲． 图2 为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示． 2．电路工作原理 (1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮． (2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L. 3．实验操作 (1)连接电路，检查无误后，接通电源． (2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光． (3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光． (4)让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭. 32.图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件．安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，此装置具有自动提示报警的功能，当睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是(　　) 　 A．当门关闭时，干簧管两簧片接通 B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成 C．如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电磁感应原理控制电路 答案A 解析 干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，D错误，A正确；铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以用铜或银等导电性能更好的材料制成，B错误；如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，不影响磁体吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，C错误． 33．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，灯泡熄灭．根据上述信息和原理图，可推断： 按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光持续时间约________ min．这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件． 答案 发光的　1　熄灭的　≫ 解析 如图所示，按钮开关K按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态．当按钮开关K按下再释放后，由于通电路瞬间延时开关触发，相当于S闭合，二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1分钟后断开，电灯才熄灭，则知电灯L发光持续时间约1 min．只有当限流电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很小，确保二极管不烧坏． 34.(2024年深圳龙津中学摸底)某实验小组设计了一个声、光灯光控制系统．声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求．其示意图如图甲所示． (1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是________(填“并联”或“串联”)关系． (2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示．已知环境亮度越大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作．在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙所示，此时I0＝________A． 　　　 (3)为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调________． 答案(1)串联　(2)0.42　(3)小 解析(1)由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系． (2)图丙中电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，根据电流表的读数规律，可知该电流表的读数为0.42 A． (3)由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值时，对应光敏电阻的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小． 35．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值R随光的照度I而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表 照度I/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻R/kΩ 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8 (1)如图为街道路灯自动控制电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“CD”)之间． (2)已知线圈的电阻为140 Ω，直流电源的电动势E＝36 V，内阻忽略不计．当线圈中的电流大于10 mA时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器R′的阻值应调为________Ω时，才能使天色渐暗照度低于1.0 lx时点亮路灯． (3)为了更加节能，让天色更暗时，路灯点亮，变阻器R′的阻值应适当调________(填“大”或“小”)些． 答案(1)AB　(2)1 460　(3)小 解析(1)由于天亮时照度较大，光敏电阻的阻值较小，电路中的电流较大，衔铁被吸下，AB间断开，CD间接通，为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在AB间． (2)由题意可知，当照度降到1.0 lx时，电路电流降低到10 mA，根据闭合电路欧姆定律可知，电路的总电阻为R总＝＝＝3 600 Ω，由表格数据可知此时光敏电阻的阻值为R＝2 000 Ω，则滑动变阻器R的阻值应调为R＝R总－R－R线＝3 600 Ω－2 000 Ω－140 Ω＝1 460 Ω． (3)为了更加节能，让天色更暗时，路灯点亮，可知亮灯时，光敏电阻的阻值变大，则变阻器R′的阻值应适当调小些． 36.如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω．现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值． (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图． (2)完成下列实验步骤中的填空： a．依照实验原理电路图连线． b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃． c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全． d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________________． e．将RT的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数____________，记录________________． f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________________． g．逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e、f． 答案(1)如图 (2)电阻箱的读数R0　仍为I0　电阻箱的读数R1　R0－R1＋150 Ω 解析(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联． (2)本实验原理是当电路的电流相等时，外电路的总电阻相等，所以95 ℃和T1时RT对应的电路的电阻相等，有150 Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150 Ω． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$