高考总,复习优化设计,GAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JI,研专项素养提升,第十二章,2026,一、新教材经典素材,:,传感器与,【经典素材】,1,.,传感器的种类,传感器的种类很多,作为一门知识密集型技术,它与许多学科有关,:,有的利用物质的物理特性或物理效应制作而成,如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器,;,有的利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号,如离子传感器、气体传感器等化学传感器,;,有的利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质,如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器在林林总总的传感器世界中,大多数传感器是以物理原理为基础制作的这类传感器种类最多,应用领域也最广泛2,.,智能与传感器,一部普通的智能中就安装有十几种传感器,(,如图,),能感受声音、图像、压力、磁场、加速度等思维指导】,我们要进一步掌握有关传感器的工作原理,比如压力传感器、温度传感器、光传感器、加速度传感器、电容传感器等,同学们要了解这些功能,开阔视野,提升科学探究等物理核心素养创新训练】,1,.,目前,的触摸屏大多是电容式触摸屏。
电容式触摸屏内有一导电层导电层四个角引出四个电极,当手指触摸屏幕时,人体和触摸屏就形成了一个电容,电容具有,“,通高频,”,的作用,从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例进行精确计算,得出触摸点的位置信息在开机状态下,下列说法正确的是,(,),A.,电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变,B.,电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象,C.,当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过,D.,当手指离开屏幕时,电容变小,对高频电流,的,阻碍,变大,控制器不易检测到手指,答案,C,解析,由于流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例,电容触摸屏只需要触摸,控制器就能确定手指的位置,无需手指有压力,故,A,错误,;,电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是电容器的充放电原理,不是电磁感应现象,故,B,错误,;,由题意可知,手指从手的触点吸走一部分电荷,在电荷定向移动的过程中,会有微弱电流通过,故,C,正确,;,根据电容器的工作原理可知,当手指离开屏幕时,电容变小,电容器将放电,控制器仍然能检测到手指离开的准确位置,故,D,错误。
2,.,许多都有指纹解锁功能,常用的指纹识别传感器是电容式传感器指纹的凸起部分叫作,“,嵴,”,凹下部分叫作,“,峪,”,传感器上有大量面积相同的小极板,当手指贴在传感器上时,这些小极板和与之正对的皮肤表面就形成了大量的小电容器,由于距离不同,所以这些小电容器的电容不同此时传感器给所有的电容器充电达到同一电压值,然后开始放电,其中电容值较小的电容器放电较快,于是根据放电快慢的不同,就可以探测到嵴和峪的位置,从而形成指纹的图像数据根据以上信息,下列说法正确的是,(,),A,.,电容器在充电过程中是把电能转化成化学能,B.,在嵴处形成的电容器放电较快,C.,在峪处形成的电容器充电后带的电荷量较少,D.,潮湿的手指对指纹识别没有任何影响,答案,C,解析,电容器在充电过程中是把电能转化成电场能,故,A,错误,;,由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值,所以所有的电容器电压一定,根据,Q=CU=U,可知,极板在峪处,(,凹下部分,d,大,电容小,),构成的电容器充上的电荷较少,在放电过程中放电时间短,;,反之,在嵴处形成的电容器电容大,电荷量大,放电时间长,故,B,错误,C,正确,;,潮湿,的,手指与传感器之间有水填充,改变了原来匹配成平行板电容器的电容,所以会影响指纹解锁,故,D,错误。
故选,C,二、典型物理模型指导突破,:,变压器典型问题分析,【模型建构】,(,一,),理想变压器各物理量间的关系,(,二,),理想变压器的动态分析,当副线圈中负载变化时,会引起副线圈中电流变化,副线圈中电流变化又会引起原线圈中的电流变化另外由于开关的作用而导致原、副线圈匝数比变化时,也会引起副线圈上电压、电流的变化三,),原线圈中接有用电器问题,由于原线圈中的用电器要分担一部分电压,因此原线圈两端电压不等于电源两端电压,但电压比、电流比的关系仍然成立四,),几种常用的变压器,1,.,自耦变压器,调压变压器,如图甲,(,降压作用,),、乙,(,升压作用,),所示案例探究】,案例,1,.,(,多选,),如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡,a,和,b,当输入电压,U,为灯泡额定电压的,10,倍时,两灯泡均能正常发光下列说法正确的是,(,),A.,原、副线圈匝数比为,9,1,B.,原、副线圈匝数比为,1,9,C.,此时,a,和,b,的电功率之比为,9,1,D.,此时,a,和,b,的电功率之比为,1,9,审题,指导,关键词句,获取信息,原线圈中接有用电器,理想变压器,理想变压器本身不消耗能量,额定电压相同的灯泡,a,和,b,灯泡正常发光时电压相同,当输入电压,U,为灯泡额定电压的,10,倍时,输入电压,U,不是原线圈的电压,答案,AD,素养,点拨,处理变压器的原线圈与电阻串联后接入交流电压问题的思路,(1),要注意明确电路结构,知道开关通断时电路的连接方式。
2),明确输入电压与总电压之间的关系3),根据电压之比等于匝数之比、电流之比等于匝数的反比列式案例,2,.,如图所示,理想变压器有两个副线圈,L,1,、,L,2,是两盏规格为,“8 V,10 W”,的灯泡,L,3,、,L,4,是两盏规格为,“6 V,12 W”,的灯泡,当变压器的输入电压为,U,1,=,220 V,时,四盏灯泡恰好都能正常发光,如果原线圈的匝数,n,1,=,1 100,匝,求,:,(1),副线圈,n,2,、,n,3,的匝数,;,(2),电流表的读数思路突破,(1),四盏灯泡恰好都能正常发光,则上面一个副线圈的电压为,8,V,下面一个副线圈的电压为,12,V,根据电压比等于线圈匝数比即可求解匝数2),根据原、副线圈的功率相等列式求解原线圈的电流答案,(1)40,匝,60,匝,(2)0,.,2,A,素养点拨,解决理想变压器问题的绝招,招数一,能量守恒法,(,功率思路,),理想变压器的输入、输出功率关系为,P,入,=P,出,即,P,1,=P,2,当变压器有多个副线圈时,P,1,=P,2,+P,3,+,招数二,电流、电压关系法,招数三,等效负载电阻法,设理想变压器原、副线圈的匝数之比为,n,1,n,2,原线圈输入电压为,U,1,副线圈负载电阻为,R,如,图所,示,在变压器正常工作时,a,、,b,间的等效电阻,为,【创新训练】,1,.,(2023,广东广州期中,),某电学研究小组根据电工技术中钳形电流测量仪工作原理,自制了一个,50 Hz,的钳形电流表如图所示,铁芯左侧绕有匝数为,n=,100,的线圈并与电流表组成闭合电路。
某次进行测量时,钳口打开,把被测的通电导线放在钳口中间,通过电流表,A,可以间接测出导线中的电流不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗,则,(,),A.,该测量仪工作原理是利用自感现象,B.,若电流表中通过的电流为,50 mA,则,导线中的被测电流为,5 A,C.,若导线中通过的电流是,10 A,电流表中通过的电流是,10 mA,D.,若铁芯左侧多绕几圈导线,则电流表的示数增大,B,2,.,下,图为某小型发电站高压输电示意图发电站输出的电压,U,1,不变,;,升压变压器输出电压为,U,2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为,U,3,和,U,4,为了测高压电路的电压和电流,在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器,若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗,所有的电表均为理想电表,则,(,),A.,为电流表,为电压表,B.,采用高压输电可以增大,输电线,中,的电流,C.,用户增多时,输电线损耗功率减小,D.,用户增多时,升压变压器原线圈,中,的,电流增大,D,解析,由题图可知,为电压表,为电流表,故,A,错误,;,采用高压输电是为了减小输电线中的电流,减少输电线路上的损耗,故,B,错误,;,用户增多,负载电流增大,所以输电电流,I,2,增大,原线圈的电流也增大,而输电线损耗功率为,P=,r,所以输电线损耗功率增大,故,C,错误,D,正确。
三、情境化主题突破,:,电磁感应现象在生产、生活中的应用,【背景资料】,资料一,无线充电,无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的,装置上,的,线圈,利用产生的磁场传递能量如果移动中有,无线,充电,装置,那么把移动直接放在充电基座上就可以充电,对于,一个没有无线充电功能的移动,也可以通过在移动端连接一个无线充电接收器,将接收器放在无线充电基座上来进行充电打开无线充电接收器,就可以看到其内部有一个接收线圈无线充电技术,可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式,小功率无线充电常采用电磁感应式,大功率无线充电常采用谐振式,(,大部分电动汽车充电采用此方式,),由供电设备,(,充电器,),将能量传送至用电的装置,该装置使用接收到的能量对电池充电,并同时供其本身运作之用无线充电技术的基本原理有电磁感应式、磁场共振式和无线电波式相比有线输电技术,无线充电器与用电装置之间不用电线连接,因而具有使用方便、减少触电危险、不易老化磨损等优点但目前无线充电技术也存在着传输距离短、成本高、能量损耗大等不足因此,无线充电技术还需不断地改进、发展资料二,电磁炮,电磁炮是利用电磁力产生动能推进弹丸的一种先进的武器,与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间要长得多,可大大提高弹丸的速度和射程。
因而引起了世界各国军事家们的关注自,80,年代初期以来,电磁炮在未来武器的发展计划中,已成为越来越重要的部分轨道炮由两条平行的导轨组成,弹丸夹在两条导轨之间两轨接入电源,电流经一导轨流向弹丸再流向另一导轨产生强磁场,磁场与电流相互作用,产生强大的安培力推动弹丸,达到很高的速度,(,理论上可以到达亚光速,),资料三,电磁刹车,电磁刹车又称涡磁刹车利用转子在定子内的可控磁场中转动切割磁感线,产生电涡流,形成反扭矩,以消耗下钻势能,进而达到控制下钻速度目的的一种辅助刹车形式比水力刹车更可靠、反应更迅速特点是下钻速度越快,产生的反扭矩越大,能有效控制下钻速度电磁刹车在石油钻机上有逐步替代水力刹车的趋势,原理,磁力刹车制动器含有一个或两个磁力很强的钕磁体长条当金属片,(,通常是铜或铜铝合金,),切割磁感线时,会在金属内部产生涡流,这将生成一个磁场来阻碍运动由此产生的制动力与速度成正比,金属片在磁体内移动,同时产生热能这种磁制动效果可以被解释为将该列车的速度按一定规律逐步减半不过当速度减到一定程度时,生成的涡流不足以阻止列车,这就需要摩擦式刹车或者摩擦驱动轮了资料四,真空高速列车,真空高速列车是悬浮列车、飞行列车,用于超级高铁。
未来实验室将推出速度,600,1,000,km/h,的真空管道高速列车小比例模型而根据现在的理论研究,这种真空磁悬浮列车速度可达到,250,km/h,我国在建高铁达,1,万,千米,除了在建的速度,350,km/h,的高铁外,我国还在研制速度可达,1,000,km/h,的真空磁悬浮列车从北京到广州,2,300,km,的路程,不用坐飞机,乘坐地面交通同样可以用,2,个小时甚至,1,个小时到达这就是我国正在积极研发试验的真空管道高速交通西南交通大学牵引动力国家重点实验室课题组正在研制速度,500,600,km/h,的真空高速列车,这种技术预计,10,年后实现运营世界上共有美国、瑞士、中国,3,个国家正在研究真空管道磁悬浮技术,我国已经开始着手试验了,美国和瑞士还在理。