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高中三年级物理

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    如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压“u=311sin314t(V)的正弦交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统,其中R2是用半导体热敏材料(电阻随温度升高而降低)制成的传感器,电流表A2是值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3是一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时,下列说法正确的是

    [     ]

    A. A1的示数不变,A2的示数增大
    B. A1的示数增大,A2的示数增大
    C. V1的示数增大,V2的示数增大
    D. V1的示数不变,V2的示数减小
    本题信息:2011年模拟题物理不定项选择难度一般 来源:马凤霞
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本试题 “如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压“u=311sin314t(V)的正弦交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统,其中R2是用半导体热敏材料(电阻随...” 主要考查您对

传感器的应用

变压器电压、电流、电功率与匝数的关系

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  • 传感器的应用
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传感器的几种具体应用:

 1.力传感器的应用——电子秤电子秤在我们日常生活中应用比较广泛,它所使用的测力装置是力传感器。
(1)力传感器的组成:由金属梁和应变片组成,应变片多用半导体材料制成,是敏感元件。
(2)应变片测力原理:如图所示,用弹簧钢制成的金属架右端固定,在梁形金属架上、下表面各贴一个应变片(由半导体材料制成),在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩.上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小。F越大,弯曲形变越大,应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小,传感器把这两个电压的差值输出。外力越大,输出的电压差值也就越大。

(3)应用:应变式力传感器可以用来测重力、压力、推力等力。因此常用于测量汽车载重的地磅秤和在超市、商店使用的电子秤等。
(4)应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
2.温度传感器的应用——电熨斗
(1)温度传感器:由半导体材料制成的电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制。
(2)电熨斗的构造:如图所示。
 
(3)电熨斗的自动控温原理:其内部装有双金属片温度传感器,如上图所示,其作用是控制电路的通断。双金属片的上层金属片的膨胀系数大,下层金属片的膨胀系数小些(图中双金属片并在一起)。常温 (与设定温度相差不多)下,上、下的两触点是接触的,电熨斗正常工作。当温度过高时,双金属片发生形变,上层金属片的膨胀系数大于下层,因此会向下弯曲,当温度达到一定程度,触点分离,电路断开,降温后,两金属片恢复原状,又使两触点接触,使温度始终控制在设定温度左右,达到自动控温目的。
说明:熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺钉,升降螺钉带动弹性铜片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的。
3.温度传感器的应用——电饭锅
(1)电饭锅的结构及工作原理
①结构:如图所示,它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是:常温下具有磁性,能被磁体吸引,但是温度上升到约103℃时,就失去了磁性,不能被磁体吸引了。

②工作原理:电饭锅工作时,按下开关按钮,感温磁体与永磁体接触,两个接线螺钉通过触点相连,电路接通,开始工作,电饭锅内温度升高,当温度达到103℃ 时,感温磁体与永磁体分离,带动触点分离,电路断开,不再加热,电饭锅停止工作。
(2)测温仪的工作原理:把温度转换为电信号,由指针仪表或数字式仪表显示出来,把非电学量转变为电学量。
①优点:由于电信号可以由测温点传输到其他地点,所以温度传感器可以远距离读取温度的数值。
②种类:常见的测温仪的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等,还可以是红外线敏感元件等。
4.光传感器的应用——火灾报警器

图为利用烟雾对光的散射工作的一种火灾报警器,其工作原理是:带孔的罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时,光电三极管收不到LED发出的光(挡板挡住),呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光产生散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小,与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。


传感器问题的解法:

传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点,而传感器的形式又多种多样,有的原理甚至较难理解,但无论如何,搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键,因此在求解时必须结合题目提供的所有信息、认真分析传感器所在的电路结构,这样才能对题目的要求作出解释或回答。
(1)确定传感器所感受到的物理量传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等。
(2)转换电路把输出转换为电学量信号通过器件把敏感元件的输出转换为电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量。


变压器电压,电流,电功率与匝数的关系:

1、理想变压器中的几个关系
①电压关系
在同一铁芯上只有一组副线圈时:;有几组副线圈时:
②功率关系
对于理想变压器不考虑能量损失,总有P=P
③电流关系
由功率关系,当只有一组副线圈时,I1U1=I2U2,得;当有多组副线圈时:I1U1=I2U2+I3U3+……,得I1n1=I2n2+I3n3+……
2、变压器的题型分析
①在同一铁芯上磁通量的变化率处处相同;
②电阻和原线圈串联时,电阻与原线圈上的电压分配遵循串联电路的分压原理;
③理想变压器的输入功率等于输出功率。
3、解决变压器问题的常用方法
①思路1:电压思路。变压器原、副线圈的电压之比为U1/U2=n1/n2;当变压器有多个副绕组时U1/n1=U2/n2=U3/n3=……
②思路2:功率思路。理想变压器的输入、输出功率为P=P,即P1=P2;当变压器有多个副绕组时P1=P2+P3+……
③思路3:电流思路。由I=P/U知,对只有一个副绕组的变压器有I1/I2=n2/n1;当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3+……
④思路4:(变压器动态问题)制约思路。
  Ⅰ、电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时,输出电压U2由输入电压决定,即U2=n2U1/n1,可简述为“原制约副”;
  Ⅱ、电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=n2I2/n1,可简述为“副制约原”;
  Ⅲ、负载制约:⑴变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;⑵变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2=P2/U2;⑶总功率P=P线+P2
  动态分析问题的思路程序可表示为:
 
⑤思路5:原理思路。变压器原线圈中磁通量发生变化,铁芯中ΔΦ/Δt相等;当遇到“”型变压器时有ΔΦ1/Δt=ΔΦ2/Δt+ΔΦ3/Δt,此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电,但不适用于稳压或恒定电流的情况。


利用制约关系处理变压器的动态问题:

所谓变压器的动态问题,指的就是电路中某一部分或某一物理量的变化,引起电路其他部分或其他物理量的变化情况。理想变压器的动态问题大致有两种情况:一是负载电阻不变,原、副线圈的电压,电流,输入和输出功率随匝数比的变化而变化的情况;二是匝数比不变,电流和功率随负载电阻的变化而变化的情况。不论哪种情况,处理这类问题的关键在于分清变量和不变量,弄清楚“谁决定谁”的制约关系。
理想变压器的制约关系如下(一原一副情况):
(1)电压制约
当变压器原、副线圈的匝数比一定时,输出电压由输入电压决定,即,可简述为“电压原制约电压副”。

(2)电流制约
当变压器原、副线圈的匝数比一定,且输入电压确定时,原线圈中的电流由副线圈中的输出电流决定,即,可简述为“电流副制约电流原”。

(3)功率制约
输出功率P2决定输入功率P1。理想变压器的输入功率P1等于输出功率P2。在输入电压U1、输出电压U2一定的条件下,当负载电阻R减小时,增大,输出功率增大,则输入功率也随之增大;反之,当负载电阻R增大时,减小,输出功率减小,则输入功率也随之减小。通俗地说就是“用多少,给多少,而不是给多少,用多少”。

理想变压器中相关物理量间的制约关系的分析程序可表示为:

涉及多组副线圈问题的解法:

多组副线圈的理想变压器问题与只有一个副线圈的问题思路基本相同,但在多个副线圈同时工作时不再适用。所以抓住两个关系:
(1)电压关系:
(2)功率关系:


理想变压器:



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