【学案与测评】高中物理 第十章交变电流 传感器课件 鲁科选修32

考纲点击备考导读1.交变电流、交变电流的图象Ⅰ2.正弦交变电流的函数表达式、峰值、有效值Ⅰ3.理想变压器Ⅰ4.远距离输电Ⅰ实验十一：传感器的简单使用1.本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用，复习时既要注意本章知识所具有的特点(如周期性、最大值和有效值等)，还要时时注意本章知识与电磁感应规律的联系．2．近几年高考对本章内容的考查，既有对本章知识的单独考查，命题频率较高的知识点有交变电流的变化规律，变压器的电压比、电流比及有关功率问题；也有把本章知识和力学等知识相联系来综合考查的问题，例如带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动问题．3.新课标考纲对知识均只做了Ⅰ级要求，降低了要求，原则上应该不会出现难题和偏题.第1节交变电流的产生和描述

一、交变电流及其产生描述交变电流的物理量1.交变电流：________和________都随时间做周期性变化的电流即交变电流.2.正(余)弦式交流电：交变电流的产生有很多形式.常见的正(余)弦式交变电流可由线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感应强度方向的轴转动产生.若从中性面开始转动则产生________交变电流，从峰值面开始转动则产生________交变电流．3.中性面与峰值面：当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做________.其特点是：线圈与磁场方向垂直，线圈每次经过该面感应电流方向均发生改变.峰值面就是线圈平面与磁感线平行的面，其特点是：磁通量为________，但电动势________.

二、交变电流的图象1.根据图象的意义，从图象的纵坐标轴上可以直接读出交变电流的________，从图象的横坐标轴上可以直接读出交变电流的________，从而可推导角速度及频率.2.周期与角速度、频率的关系是T＝______，f＝________.交变电流的频率与线圈的________相等.3.图象本身体现了函数关系，反映了交变电流的瞬时变化关系，故图象本身是确定交变电流瞬时表达式的依据．正弦式电流的变化规律

1．正弦式交流电的变化规律(注意图与图的对应关系)2.交变电流瞬时值表达式的基本书写思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．①线圈从中性面开始转动，则i­t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.②线圈从垂直中性面开始转动，则i­t图象为余弦函数图象．函数式为i＝Imcosωt.③线圈不是从以上两位置开始转动，先通过三角函数变换到以上两种形式，再写出函数表达式．单匝矩形线圈abcd放在匀强磁场中，如图所示，ab＝cd＝l1，ad＝bc＝l2，从图示位置起以角速度ω绕不同转轴做匀速转动，则 ()【点拨】线圈绕转轴转动，产生感应电动势，要清楚切割磁感线的边.【解析】以OO′为转轴时，图示位置相当于是峰值面，根据感应电动势的表达式e＝Emcosωt可知e＝Bl1l2ωcosωt，C正确，A错误．再根据三角函数关系可知D错误．若线圈以O1O1′为转轴，则线圈磁通量变化始终为零，感应电动势为零．【答案】C1．一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是()A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都最大【解析】由图可知，t1和t3时刻电动势为零，线圈处于中性面位置，此位置磁通量最大，磁通量的变化率为零，电动势改变方向，故A、C错误，D正确；t2时刻电动势最大，磁通量为零，B错误．【答案】D

对交变电流的“四值”的理解和应用

如图所示，一个边长L＝10cm，匝数n＝100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速运动，磁感应强度B＝0.50T，角速度ω＝10πrad/s，外电路电阻R＝4.0Ω，线圈内阻r＝1.0Ω.(1)求线圈转动的周期和感应电动势的最大值．(2)写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时值表达式．(3)求交流电压表的示数．【点拨】由磁场情况和线圈转动情况可以确定瞬时值表达式，电压表和电流表的示数均为电路中电压和电流的有效值

2.(2010·厦门门外国语学校校高三月考)矩形金属线线圈共10匝匝，绕垂直磁磁场方向的转转轴在匀强磁磁场中匀速转转动，线圈中中产生的交流流电动势e随时间t变化的情况如如图所示．下下列说法中正正确的是()A.此交流流电的频率为为0.2HzB.此交流流电动势的有有效值为1VC.t＝0.1s时，线圈平平面与磁场方方向平行D.t＝0.1s时，通过线线圈的磁通量量最大【解析】由由e­t图象可知，交交变电流的周周期为0.2s，每匝匝线圈中电动动势最大值为为1V，故故频率为5Hz，该交交流电动势的的最大值为10V，有有效值为V，，选项A、B错误．t＝0.1s时，电动势势的瞬时值为为零，方向改改变，线圈处处在中性面上上，通过线圈圈的磁通量最最大，故C错错误，D正确确．【答案】C【答案】D第2节变压压器电能的的输送一、变压器1．构造：由由闭合铁芯和和绕在铁芯上上的________和和________组成成，如图所示示．2．原理：根根据电磁感应应现象中的______来改变电压压．3．理想变压压器的规律理想变压器是是指无能量损损失(一般包包括线圈内能能量损失和铁铁芯内能量损损失这两部分分)和无磁通通量损失(磁磁通量全部集集中在铁芯中中)．基本关系式：：4．常见变压压器(1)自耦变变压器——调调压变压器．．(2)互感器器电压互感器：：用来把________变成________．电流互感器：：用来把________变成________．二、电能的输输送1．输电损耗耗功率的计算算：P损＝I2R＝________.2．降低输电电损耗的两个个途径(1)减小输输电导线的______，如采用电电阻率小的材材料、加大导导线的横截面面积等．(2)提高输输电______，减小小输电电流．．3．交流电电远距离高高压输电电电路模式如如图所示变压器基本本关系的应应用思路(高考改编编题)如图图所示，理理想变压器器的原、副副线圈匝数数比为1∶∶5，原线线圈两端的的交变电压压为，氖泡在两两端电压达达到100V时开开始发光，，下列说法法中正确的的是()A．开关接接通后，氖氖泡的发光光频率为50HzB．开关接接通后，电电压表的示示数为100VC．开关断断开后，电电压表的示示数变大D．开关断断开后，变变压器的输输出功率不不变【点拨】(1)电电压表的读读数为交流流电的有效效值．(2)原、、副线圈上上交流电的的周期与频频率是相同同的．(3)原、、副线圈的的电压、电电流与原、、副线圈匝匝数的比例例关系．(4)原线线圈的输入入功率由副副线圈的输输出功率决决定．【答案】B1.理想想变压器的的原线圈连连接一个电电流表，副副线圈接入入电路的匝匝数可通过过滑动触头头Q调节，如图图所示，在在副线圈上上连接了定定值电阻R0和滑动变阻阻器R，P为滑动变阻阻器的滑动动触头，原原线圈两端端接在电压压为U的交流电源源上，则()A.保持持Q的位置不动动，将P向上滑动时时，电流表表的读数变变大B.保持持Q的位置不动动，将P向上滑动时时，电流表表的读数不不变C.保持持P的位置不动动，将Q向上滑动时时，电流表D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小【解解析析】】根根据据理理想想变变压压器器原原、、副副线线圈圈上上电电压压、、电电流流的的决决定定关关系系，，可可知知在在输输入入电电压压U1不变变的的【答案】C输电电线线路路问问题题分分析析1.远远距距离离输输电电线线路路示示意意图图，，如如图图所所示示某小小型型水水电电站站，，水水以以3m/s的的速速度度流流入入水水轮轮机机，，而而以以1m/s的的速速度度流流出出.流流出出水水位位比比流流入入水水位位低低1.6m，，水水流流量量为为2m3/s.如如果果水水流流能能量量的的75%供供给给发发电电机机.求求：：(1)若若发发电电机机效效率率为为80%，，则则发发电电机机的的输输出出功功率率为为多多大大．．(2)发发电电机机的的输输出出电电压压为为240V，，输输电电线线路路的的电电阻阻为为19.2ΩΩ，，许许可可损损耗耗功功率率为为2%，，用用户户所所需需电电压压为为220V，，则则所所用用升升压压变变压压器器和和降降压压变变压压器器的的原原、、副副线线圈圈的的匝匝数数比比各各是是多多少少．．【点点拨拨】】(1)根根据据能能量量守守恒恒，，水水减减少少的的机机械械能能的的80%转转化化为为电电能能．．(2)画画出出远远距距离离输输电电电电路路图图，，找找出出各各物物理理量量的的关关系系.2.(2010·福福建卷)中国已已投产运运行的1000kV特高高压输电电是目前前世界上上电压最最高的输输电工程程．假设设甲、乙乙两地原原来用500kV的的超高压压输电，，输电线线上损耗耗的电功功率为P.保持输输送电功功率和输输电线电电阻都不不变的条条件下，，现改用用1000kV特特高压输输电，若若不考虑虑其他因因素的影影响，则则输电线线上损耗耗的电功功率将变变为()A.P/4B.P/2C.2PD.4P【解析】】根据据P＝UI知，输电电功率不不变的情情况下，，输电电电压变为为原来的的2倍，，则电流流变为原原来的1/2，，根据P＝I2R知输电线线路上的的功率损损失变为为原来的的1/4.【答案】】A变压器公公式I1/I2＝n2/n1是有条件件的，即即只有一一个副线线圈．根根据能量量转化和和守恒定定律P1＝P2，I1U1＝I2U2才有这个个形式．．具体问问题中往往往会遇遇到不是是一个副副线圈的的情况，，不能不不考虑条条件的乱乱套公式式．收音机的的变压器器的原线线圈有1210匝，，接在U1＝220V的的交流电电源上，，变压器器有两个个副线圈圈．副线线圈Ⅱ的匝数为为35匝匝，副线线圈Ⅲ的匝数是是1925匝匝．如果果不计变变压器自自身的能能量损耗耗，当变变压器工工作时，，线圈Ⅱ的电流是是0.3A时时，原线线圈的电电流I1＝0.114A．求求线圈Ⅲ中电流和和输出电电压．(电流的的计算结结果保留留三位有有效数字字)【答案】】0.0062A350V实验十一一传感感器的简简单使用用实验目目的1．认认识热热敏电电阻、、光敏敏电阻阻等传传感器器的特特性．．2．了了解传传感器器在技技术上上的简简单应应用．．实验原原理传感器器是把把非电电学物物理量量(如如位移移、速速度、、压力力、温温度、、湿度度、流流量、、声强强、光光照度度等)转换换成易易于测测量、、传输输和处处理的的电学学量(如电电压、、电流流、电电容等等)的的一种种元件件，起起自动动控制制作用用．一一般由由敏感感元件件、转转换器器件、、转换换电路路三个个部分分组成成，转转换过过程如如下所所示：：常见的的敏感感元件件：光光敏电电阻、、金属属热电电阻、、热敏敏电阻阻和霍霍尔元元件等等．实验器器材热敏电电阻、、光敏敏电阻阻、多多用电电表、、铁架架台、、烧杯杯、冷冷水、、热水水、小小灯泡泡、学学生电电源、、继电电器、、滑动动变阻阻器、、开关关、导导线、、温度度计等等．实验步步骤1．研研究热热敏电电阻的的热敏敏特性性(1)按图图所示示连接接好电电路，，将热热敏电电阻进进行绝绝缘处处理，，多用用电表表的选选择开开关置置于“×100”欧姆挡挡；(2)先用用多用用电表表测出出烧杯杯中没没有水水时热热敏电电阻的的阻值值，并并记下下温度度计的的示数数；(3)向烧烧杯中中注入入少量量的冷冷水，，使热热敏电(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录在下表中：

次数待测量温度(℃)电阻(Ω)(5)根据据记录录数据据，作作出R­t图线，，分析析热敏敏电阻阻的特特性．．从而而得出出结论论：热热敏电电阻的的阻值值随温温度的的升高高而减减小，，随温温度的的降低低而增增大．．2．研究光光敏电阻的的光敏特性性(1)将光光敏电阻、、多用电表表、灯泡、、滑动变阻阻器按图所所示电路连连接好，其其中多用电电表置于“×1k”欧姆挡；(2)先测测出小灯泡泡不发光时时光敏电阻阻的阻值，，并记录数数据；(3)闭合合电源，让让小灯泡发发光，调节节小灯泡的的亮度使之之逐渐变亮亮，观察多多用电表指指针显示电电阻阻值的的情况，并并记录在表表中；(4)根据据下表中数数据，分析析光敏电阻阻的特性光照强度无光照弱中强电阻(Ω)由表中数据据可得结论论：光敏电电阻的阻值值R随光照强度度变化而发发生变化，，光照增强强电阻变小小，光照减减弱电阻变变大．注意事项1．热敏电电阻、烧杯杯和温度计计容易破损损，实验中中注意轻拿拿轻放．2．烧杯中中加水改变变温度时，，要等热敏敏电阻温度度稳定后再再测量其阻阻值．3．光敏电电阻、小灯灯泡的额定定电压比较较小(6V)，实实验中不要要超过其额额定电压．．误差分析本实验的误误差主要来来自于温度度计和多用用电表的读读数误差．．(1)热敏敏电阻是传传感电路中中常用的电电子元件．．现用伏安安法研究热热敏电阻在在不同温度度下的伏安安特性曲线线，要求特特性曲线尽尽可能完整整．已知常常温下待测测热敏电阻阻的阻值约约4～5ΩΩ.热敏敏电阻和温温度计插入入带塞的保保温杯中，，杯内有一一定量的冷冷水，其他他备用的仪仪表和器具具有：盛有有热水的热热水杯(图图中未画出出)、电源源(3V、内阻可可忽略)、、直流电流流表(内阻阻约1ΩΩ)、直流流电压表(内阻约5kΩ)、滑动变变阻器(0～20ΩΩ)、开开关及导线线若干．①在图(b)的方框中中画出实验验电路图，，要求测量量误差尽可可能小．②根据电路图图，在图(a)的实实物图上连连线．③简要写出完完成接线后后的主要实实验步骤：：A．往保温温杯中加入入热水，稍稍后读出温温度值．B．_______________________________________________.C．重复A、B步骤骤，测出不不同温度下下的数据．．D．________________________________________________(2)广泛泛应用于室室内空调、、电冰箱和和微波炉等等家用电器器中的温度度传感器，，是利用热热敏电阻随随温度变化化而变化的的特性工作作的．在图图甲中，电电源的电动动势E＝9.0V，内电电阻可忽略略不计；G为内阻不不计的灵敏敏电流表；；R0为保护电阻阻；R为热敏电阻阻，其电阻阻值与温度度变化关系系如图乙中中R­t图象所示．．则热敏电电阻R与摄氏温度度t的关系为R＝________；闭合开开关S，当当R的温度等于于40℃时，电流表表示数I1＝2.25mA，，则当电流流表的示数数I2＝3.6mA时，，热敏电阻阻R的温度是________℃.【解析】(1)因因为热敏电电阻的阻值值(常温下下约5ΩΩ)与直流流电流表内内阻(1ΩΩ)差不不多，比直直流电压表表内阻(5kΩ)小得多，，所以用电电流表外接接法，为了了多次测量量以便列表表作出图象象，所以滑滑动变阻器器用分压式式接法．此此处需要用用伏安法研研究热敏电电阻，实验验步骤要考考虑到需取取多组数据据作图．(2)因为为图象是直直线，用斜斜截式求热热敏电阻R与摄氏温度度t的关系，设设为R＝kt＋b，则根据t＝0℃时，R＝4.25kΩ，，得b＝4.25(此处易易误读为R＝4.5kΩ，要要注意)．．再根据t＝120℃时，R＝2kΩΩ，得k＝－0.01875.所以得R与t的关系式为为R＝－1.875×10－2t＋4.25.由图甲可得得E＝I(R＋R0)，由图乙乙读出，当当t＝40℃时，R＝3.5kΩ，代入得9.0＝2.25×(3.5＋＋R0)，可求出出R0＝0.5kΩ，又有9.0＝3.6×(0.5＋＋R)，解得R＝2kΩΩ，查图乙得t＝120℃.【答案】(1)①如图所示．．②实物连接图图略．③B.调节滑滑动变阻器器，快速测测出多组I、U值．D．绘出各各温度下热热敏电阻的的伏安特性性曲线．(2)－1.875×10－2t＋4.25120(2010··全国卷Ⅱ)如图所示，，一热敏电阻阻RT放在控温容器器M内：为毫安表表，量程6mA，内阻阻为数十欧姆姆；E为直流电源，，电动势约为为3V，内内阻很小；R为电阻箱，最最大阻值为999.9ΩΩ；S为开开关.已知知RT在95℃时阻阻值为150Ω，在20℃时的的阻值约为550Ω.现要求在在降温过程中中测量在95～20℃℃之间的多个个温度下RT的阻值.(1)在图中中画出连线，，完成实验原原理电路图．．(2)完成下下列实验步骤骤中的填空．．①依照实验原理理电路图连线线．②调节控温容器器M内的温度，使使得RT温度为95℃.③将电阻箱调到到适当的初值值，以保证仪仪器安全．④闭合开关.调调节电阻箱箱，记录电流流表的示数I0，并记录________.⑤将RT的温度降为T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻阻箱，使得电电流表的读数数________，记记录________________.⑥温度为T1时热敏电阻的的电阻值RT1＝________.⑦逐步降低T1的数值，直至至20℃为止；在每一一温度下重复复步骤⑤⑥.【解析】(1)由于本本实验只有一一个可以用来来测量或观察察的电流表，，所以应该用用“替代法”的思维考虑用用电流表观察察保证电路的的电阻不变，，因此将热敏敏电阻、电阻阻箱和电流表表串联形成测测量电路．而而且热敏电阻阻的95℃和20℃的阻值是已知知的，所以热热敏电阻的初初始温度为95℃，则电流表数数不变时电阻阻箱与热敏电电阻的串联电电路电阻保持持150ΩΩ加电阻箱的的初值之和不不变，如果热热敏电阻的初初始温度为20℃，则电流表示示数不变时电电阻箱与热敏敏电阻的串联联电路电阻保保持550ΩΩ加电阻箱箱的初值之和和不变，则可可以测量任意意温度下的电电阻．电路图图如图所示．．(2)实验步步骤为：①依照实验原理理电路图连线线．②调节控温容器器M内的温度，使使得RT的温度为95℃.③将电阻箱调到到适当的初值值，保证仪器器安全．③闭合开关，调调节电阻箱，，记录电流表表的示数I0，并记录电阻阻箱的初值R0.④将RT的温度降低为为T1，调节电阻箱箱，使得电流流表的读数仍仍为I2，记录电阻箱箱的读数R1.⑤温度为T1时，热敏电阻阻的电阻值Rt1＝150ΩΩ－R0－R1.⑥将RT的温度逐渐降降低直到为20℃止，在每一温温度下重复步步骤e～f.【答案】(1)见解析析图(2)④电阻箱的读数数R2⑤仍为I2电阻箱的读数数R1⑥150Ω－－R0－R1(2009··宁夏卷)青青岛奥运会帆帆船赛场采用用风力发电给给蓄电池充电电，为路灯提提供电能.用用光敏电阻阻作为传感器器控制路灯电电路的开关，，实现自动控控制.光敏电阻的阻阻值随照射光光的强弱而变变化，作为简简化模型可以以近似认为，，照射光较强强(如白天)时电阻几乎乎为0；照射射光较弱(如如黑天)时电电阻接近于无无穷大.利利用光敏电阻阻作为传感器器，借助电磁磁开关，可以以实现路灯自自动在白天关关闭，黑天打打开.电磁磁开关的内部部结构如图所所示.1、、2两接线柱柱之间是励磁磁线圈，3、、4两接线柱柱分别与弹簧簧片和触点连连接.当励励磁线圈中电电流大于50mA时，，电磁铁吸合合铁片，弹簧簧片和触点分分离，3、4断开；电流流小于50mA时，3、4接通.励磁线圈圈中允许通过过的最大电流流为100mA.(1)利用以以下器材设计计一个自动控控制路灯的电电路，画出电电路原理图.光敏电阻R1，灯泡L，额额定功率40W，额定定电压36V，保护电电阻R2，电磁开关，，蓄电池E，电压36V，内阻很很小，开关S，导线若干干.(2)回答①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω.②在有些应用电磁开关的场合，为了安全往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通.为此电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明.答：_________________________________________________③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子.答：_________________________________________________十、降降维法法一、方方法简简介降维法法是将将一个个三维维图变变成几几个二二维图图，即即应选选两个个合适适的平平面去去观察察，当当遇到到一个个空间间受力力问题题时，，将物物体受受到的的力分分解到到两个个不同同平面面上再再求解解．由由于三三维问问题不不好想想像，，选取取适当当的角角度，，可用用降维维法求求解．．这样样处理理的优优点是是把不不易观观察的的空间间物理理量的的关系系在二二维图二、典例分析如图所所示，，倾角角θ＝30°的的粗糙糙斜面面上放放一物物体，，物体体重为为G，静止止在斜斜面上上．现现用与与斜面面底边边平行行的力力F＝G/2推该物物体，，物体体恰好好在斜斜面内内做匀匀速直直线运运动，，则物物体与与斜面面间的的动摩摩擦因因数μ等于多多少？？物体体匀速速运动动的方方向如如何？？【解析析】物物体体在重重力、、推力力、斜斜面的的支持持力和和摩擦擦力四四个力力的作作用下下做匀匀速直直线运运动，，所以以受力力平衡衡．但但这四四个力力不在在同一一平面面内，，不容容易看看出它它们之之间的的关系系．我我们把把这些些力分分解在在两个个平面面内，，就可可以将将空间间问题题变为为平面面问题题，使使问题题得到到解决决．甲【答案案】见见解解析设在地地面上上方的的真空空室内内，存存在匀匀强电电场和和匀强强磁场场，已已知电电场强强度和和磁感感应强强度的的方向向是相相同的的，电电场强强度的的大小小E＝4.0V/m，，磁磁感感应应强强度度的的大大小小B＝0.15T，，今今有有一一个个带带负负电电的的质质点点以以v＝20m/s的的速速度度在在此此区区域域内内沿沿垂垂直直电电场场方方向向做做匀匀速速直直线线运运动动，，取取g＝10m/s2，求求此此带带电电质质点点的的电电量量与与质质量量之之比比以以及及磁磁场场的的所所有有可可能能方方向向(角角度度可可用用反反三三角角函函数数表表示示)．．【解解析析】】因因为为带带负负电电的的质质点点做做匀匀速速直直线线运运动动，，说说明明此此质质点点所所受受的的合合外外力力为为零零．．又又因因为为电电场场强强度度和和磁磁感感应应强强度度的的方方向向相相同同，，所所以以该该带带电电质质点点所所受受的的电电场场力力和和洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向垂垂直直共共面面，，且且必必受受重重力力作作用用，，否否则则所所受受合合外外力力不不可可能能为为零零，