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DIWUZHANG
第五章
章末素养提升
再现
素养知识
物理观念 传感器及其工作原理 1.定义：将　　　　　转换为　　　　或控制电路的通断的元件
2.敏感元件：
(1)热敏电阻和金属热电阻——温度传感器，将________转化为电学量
(2)光敏电阻——光传感器，将　　　　转化为电学量
(3)电阻应变片——电子秤，将 　　　 转化为电学量
3.工作流程：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
非电学量
电学量
热学量
光学量
力学量
科学思维 1.理解传感器的原理
2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题
科学探究 1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置
2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关
科学态度与责任 认识传感器对社会发展所起的重要作用；增强民族自豪感
　传感器被广泛应用于生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是
A.冰箱控温系统使用了温度传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
例1
提能
综合训练
√
冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度，A正确；
夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；
电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；
霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误。
　如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。RB是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图像如图乙所示。R1和R2为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是
A.当RB处的磁场增强时，电流表示数增大
B.当RB处的磁场增强时，a、b两端的电压减小
C.增大R2的阻值，更容易触发报警器报警
D.增大R1的阻值，更容易触发报警器报警
例2
√
当RB处的磁场增强时，由RB-B图像可知其阻值变大，则电路的总电阻增大，由I=可知总电流变小，a、b两端的电压
为Uab=E-I(r+R1)，则a、b两端的电压增大，故B错误；
根据并联分流可知，电流表的电流为IA=I-，总电流I变小，而变大，则电流表示数减小，故A错误；
因Uab越大越容易触发报警器报警，而增大R2的阻值，总电阻增大，总电流变小，内阻r和R1的电压变小，可知a、b两端的电压变大，故更容易触发报警器报警，C正确；
增大R1的阻值，总电阻增大，总电流变小，此时a、b两端的总电阻不变，则a、b两端的电压变小，更难触发报警器报警，故D错误。
　电子眼又称电子警察，它采用感应线来感应路面上汽车的压力。感应线实质是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示。当十字路口红灯亮时，电子警察系统启动，若回路中产生两脉冲电流，电子眼拍照，认定为“闯红灯”。则当红灯亮时
A.车轮停在感应线上时，电阻R上的电流为零
B.车轮经过感应线的过程中，电容器C的电荷
　量一直增大
C.车轮经过感应线的过程中，电容器C两极板间的电场强度保持不变
D.汽车前轮越过感应线后，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
例3
√
车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A正确；
由乙图可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大最后减小，因电压是在受压时产生的，说明电容器先充电后放电，故B错误；
车轮经过感应线的过程中，压电薄膜受到的压力变化，其产生的电压变化，则电容器两端电压变化，产生的电场强度发生变化，故C错误；
若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D错误。
　 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(电学量)，例如热敏传感器。某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。问：
例4
(1)为了使温度过高时报警器响铃，c应接在　　　(选填“a”或“b”)处。
a
由题图甲可知，热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处。
(2)若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向　　(选填“左”或“右”)移动。
若要使启动报警的温度提高些，则应使电路中电阻更大，滑动变阻器的滑片P向左移动。
左
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度
时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都
不能使报警器工作，且电路连接完好，
各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是　　　　　　　　　　 　　　　　。
答案　见解析
电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大，电磁铁的吸引力小于弹簧弹力。
　 (2024·泰州市高二期末)地磅工作原理如图所示，地磅空载时变阻器滑片P位于A点，满载时滑片P位于B点，电压表为理想电压表，弹簧始终处于弹性限度内。下列说法正确的是
A.电压表两端电压与被测汽车的质量成反比
B.电池长时间使用后，称量值会偏小
C.若称量值偏小，可在R0上串联一个电阻进行校正
D.若将一个电阻与电压表串联，可增大地磅量程
例5
√
设变阻器AB的总电阻为R，总长度为L，根据闭合电路欧姆定律得E=I(R+R0+r)，设AP之间的距离为x，由欧姆定律得U=IRx=·x，汽车平衡时，
由平衡条件得mg=2kx，联立解得U=··，从公式可以看出：电压表两端电压U与被测汽车的质量m成正比，故A错误；
电池长时间使用后，内阻会变大，导致电流减小，AP上的电压减小，所以称量值会偏小，故B正确；
若称量值偏小，可以在R0上并联一个电阻，使回路中总电阻变小，总电流增大，AP之间的电压增大，使称量值不变，故C错误；
若将一个电阻与电压表串联，AP之间的最大电压
和地磅的满载值不受此电阻的影响，无法增大地磅量程，故D错误。
　 (2023·龙岩市高二期末)酒驾严重危害交通安全，喝酒不开车已经成为准则。某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精测量仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到如下器材，并设计如图丙所示的测量电路：
A.干电池组(电动势E=3.0 V，内阻r=1.2 Ω)
B.电流表(满偏电流60 mA，内阻Rg=4.8 Ω)
C.电阻箱R0(最大阻值9 999.9 Ω)
D.开关及导线若干
例6
(1)该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在电流表20 mA处，则应将电阻箱R0的阻值调为　　　 Ω；
64
电流表显示电流为20 mA，且由题图乙可知，当酒精气体浓度为零时，酒精气体传感器电阻R=80 Ω，根据闭合电路欧姆定律可得
I1=
解得R0= 64 Ω
(2)完成步骤(1)后，某次在实验室中测试酒精浓度时，电流表指针如图丁所示。已知酒精浓度在0.2~0.8 mg/mL之间属于酒驾；酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉驾，则该次测试的酒精浓度属于　　　(选填“酒驾”或“醉驾”)范围；
酒驾
由题图丁可知，电流表指针指在30 mA处，则根据闭合电路欧姆定律可得I2=
解得R'=30 Ω
由题图乙可知当R'=30 Ω时酒精含量约为0.3 mg/mL，属于酒驾范围。
(3)使用较长时间后，干电池组电动势降低，内阻增大，则此时所测的酒精气体浓度与真实值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
偏小
使用较长时间后，干电池组电动势降低，内阻增大，根据I=可知，同一酒精浓度下，电路中的总电流将偏小，流经电流表的电流偏小，故所测得的酒精浓度值偏小。章末素养提升
物理观念 交变电流的 产生和描述 (1)产生：闭合线圈在匀强磁场中绕　　　　　　　　　　　匀速转动 (2)交变电流的四值 ①瞬时值：e=　　　　　　　 i=　　　　　　　　(从线圈位于中性面开始计时) ②峰值：Em=　　　 ③有效值：U=，I=(只适用于正弦式交变电流) ④平均值：=N，=　　　　　
变压器 =，I1n1=I2n2(只有一个副线圈时)；P1=P2(只有一个副线圈时)
电能的输送 (1)输电线路上的功率损失：ΔP=I2R线，电压损失：ΔU=IR线，在线路电阻R线一定时，要减少输电损耗，需要减小输电　　　　，提高输电　　　　 (2)远距离输电的基本原理：先用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离输送，到达用户地区再通过降压变压器进行降压
科学思维 1.会用右手定则和法拉第电磁感应定律得出正弦式交变电流的大小和方向 2.会根据电流的热效应计算有效值 3.会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系
科学探究 通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系
科学态度与责任 通过实验，养成安全操作、严谨认真、实事求是的科学态度；通过高压输电的学习，了解我国电网事业的高速发展
例1　如图(a)所示，两个单匝矩形线圈分别放入匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'转动，两个线圈的转速不同，穿过两线圈的磁通量随时间分别按图(b)中图线甲、乙的规律变化，则 (　　)
A.图线甲对应线圈在t=0时产生的感应电动势最大
B.图线乙对应的线圈，1 s内交变电流的方向改变5次
C.图线甲、乙对应的线圈在t=0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线
D.图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4
例2　(2022·广东卷)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是 (　　)
A.两线圈产生的电动势的有效值相等
B.两线圈产生的交变电流频率相等
C.两线圈产生的电动势同时达到最大值
D.两电阻消耗的电功率相等
例3　(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=55∶4，原线圈接有交流电流表A1，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交流电压的变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是 (　　)
A.交流电压表V的读数为64 V
B.灯泡L两端电压的有效值为16 V
C.当滑动变阻器的触头P向下滑动时，电流表A2示数增大，A1示数减小
D.由图乙可知交流发电机转子的角速度为100π rad/s
例4　(多选)(2024·安徽师范大学附中高二月考)“西电东送”是我国实现经济跨区域可持续快速发展的重要保证，如图为模拟远距离高压输电示意图。已知升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器，两个互感器原、副线圈的匝数比分别为20∶1和1∶20，各互感器和电表均为理想状态，则下列说法正确的是 (　　)
A.电压互感器起降压作用，电流互感器起减小电流作用
B.若电压表的示数为200 V，电流表的示数为5 A，则线路输送电功率为100 kW
C.若保持发电机输出电压U1和用户数不变，仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率增大
D.若发电机输出电压U1一定，仅增加用户数，为维持用户电压U4不变，可将滑片P上移
例5　(多选)(2022·福建卷)某同学利用如图所示电路模拟远距离输电。图中交流电源电压为6 V，定值电阻R1=R2=20 Ω，小灯泡L1、L2的规格均为“6 V　1.8 W”，理想变压器T1、T2原副线圈的匝数比分别为1∶3和3∶1。分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ，两电路都稳定工作时， (　　)
A.L1与L2一样亮
B.L2比L1更亮
C.R1上消耗的功率比R2的大
D.R1上消耗的功率比R2的小
例6　如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育场“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98 550 kW·h的太阳能光伏发电系统，供给体育场内的照明灯等使用。假如该发电系统的输出功率为1×105 W。
(1)按平均每天太阳照射6小时，该发电系统一年(365)天能输出多少电能？
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(2)假若输出电压为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率为输送电功率的5%，用户获得220 V电压，应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？
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