最新-2018高考物理一轮复习要点+命题导向+策略第10章交变电流 传感器课件 精品

交变电流的峰值Em＝nBSω，即由线圈的匝 数n、磁场的磁感应强度B、线圈的面积S、 线圈转动的角速度ω共同决定，此时要求转 轴和磁场的方向垂直(转轴未必是线圈的对称 轴)，线圈为平面线圈(未必是矩形或正方 形)．
►深化拓展◄
交变电流的平均值与有效值
1．交变电流的有效值是根据电流的热效应与同时 间、同电阻、同热量的直流电流相比来确定的；交 变电流的平均值是根据法拉第电磁感应定律中的平 均感应电动势计算的；
题型二 交流电路的计算
[例2] (2010·唐山模拟)图3所示为交流发 电机示意图，矩形线圈的匝数N＝50匝，每 匝线圈的长lab＝0.4 m，lbc＝0.2 m，矩形 线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B＝ 0.2 T，线圈总电阻r＝1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，线圈以n＝ 转/秒的转速在磁场中 匀速转动，求：此交流发电机的输出功率 和电压表、电流表的读数．
频率为50 Hz.
►疑难详析◄
交变电流的函数表达式
交变电流瞬时值表达式的具体形式是由开始 计时的时刻和正方向的规定等因素共同决定 的．
如果线圈从中性面开始计时，该瞬时虽然穿 过线圈的磁通量最大，但是线圈两个边的速 度方向和磁场方向正好平行，不切割磁感线， 此时电动势为零，故表达式为e＝ nBSωsinωt＝Emsinωt；如果线圈平面和磁 场平行时开始计时，虽然该时刻穿过线圈的 磁通量是零，但是由于此时线圈两个边的速 度方向和磁场方向正好垂直，电动势最大， 故表达式为e＝nBSωcosωt＝Emcosωt.
3．交变电流的变化规律 函数式：电动势e＝nBSωsinωt＝Emsinωt
电压u＝iR＝ImRsinωt＝Umsinωt 以上各式都是线圈在t＝0时从中性面开始旋 转的表达式．
4.交变电流的表征量
(1)交变电流的“四值”
①瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向， 用小写的字母表示．如瞬时电流的表达式为 sinωt＝Imsinωt.
④平均值：反映的是交变电流图象的波形与 横轴(时间轴)所围的面积和时间的比值．平 均电动势的计算可以用公式
(2)交变电流的周期和频率 ①周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈 转动一周)需要的时间． ②频率f：交变电流在1 s内完成的周期性变化 的次数．
③周期和频率的关系：
ห้องสมุดไป่ตู้
④角速度：
我国使用的交流电
图6
解析：t＝0时线圈中感应电流方向为 c→b→a→d为负．经过 时，线圈平面与 磁场垂直，线圈中瞬时电流为零，所以D正 确，A、B、C错误．
答案：D
3．图7(1)、(2)分别表示两种电压的波形，其
中图(1)所示电压按正弦规律变化．下列说法
正确的是
()
图7
A．图(1)表示交流电，图(2)表示直流电
线圈产生的感应电动势有效值 E＝Em＝NBSω 22
线路中电流的有效值 I＝R＋E r＝
NBSω 2(R＋r)
所以，电阻 R 上产生的热量 Q＝I2Rt＝(R＋E r)2RT4＝N42B(R2S＋2ωr)R2 π
所以本题正确选项为 CD
[答案] CD
题后反思：(1)要知道正弦交变电流的最大值、 瞬时值、有效值、平均值的区别，不可混淆， 应用时要视情况的不同灵活选择不同的值进 行计算．
如图4所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共
100匝；线圈电阻为1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，
匀强磁场的磁感应强度B
当线圈以
300 r/min的转速匀速旋转时，
图4
(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈 中感应电动势的瞬时值表达式； (2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大？ (3)电路中电压和电流表的示数各是多少？
图3
[解析] 由题意知，电动势的最大值 Em＝NBSω＝ N·B·lablbc·2πn＝160 V
电动势的有效值 E＝Em/ 2 V＝80 2 V
将整个回路看成一个内阻为 1 Ω，电动势为 80 2 V， 外电阻为 R＝9 Ω 的闭合电路
所以电流表的示数 I＝R＋E r＝8 2 A 电压表的示数 U＝IR＝72 2 V
②峰值：反映交变电流大小的变化范围，当 线圈平面与磁感线平行时线圈电动势最大， 其表达式为Em＝nBSω，瞬时值与峰值的关 系为－Em≤e≤Em. ③有效值：根据电流的热效应规定，在一个 周期内，如果交变电流和恒定电流通过相同 阻值的电阻产生相同的热量，则把恒定电流 的数值称为交变电流的有效值，用大写字母 表示．在正(余)弦交变电流中，有效值和峰 值的关系为Em＝
高考对传感器的要求很低，仅在实验要求中 有“传感器的简单使用”一个考点．本部分 出题的概率不大，若有考题出现，可能是传 感器与电路相联系的问题的简单考查．
交变电流的重点是：交变电流的产生及其变 化规律、表征交变电流的物理量和变压器原 理．难点是交流电有效值的意义及变压器原 理．这一章所学的交流电的知识，是前面学 过的电和磁的知识的发展和应用，并与生产 和生活有着密切的关系．与直流电相比，交 流电有许多优点，这是由交流电具有随时间 做周围性变化的特点而决定的．
2 电流的平均值不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算
术平均值，在T4时间内 E＝π2Em，一个周期 T 内的平均 电动势为零；对非正弦交流电的有效值，必须根据有 效值的定义进行计算；
4．现实中有效值应用较多，如交流用电器 铭牌上标明的额定电压或额定电流、交流电 表测出来的电流或电压值都是有效值．一般 不加特殊说明，提到交流电的电流、电压、 电动势时，都是指有效值．
解析：从图象中知 T＝0.25 s，则 f＝1/T＝4 Hz，所以 AB 均错误，交流电的有效值 I＝ 20 A＝ 2 A，所以 C
2·10 正确．电流的最大值 Im＝2100 A＝2 A，则 D 错误．
答案：C
2．如图6(a)所示，一矩形线圈abcd放置在 匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以 角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与 磁场夹角θ＝45°时(如图6(b))为计时起点， 并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则 下列四幅图中正确的是 ()
(2)要清楚交变电流的产生过程，对中性面的 理解要深刻透彻：线圈处于中性面时，通过 线圈的磁通量最大但磁通量的变化率却是零， 同时中性面又是交变电流方向的转折点．
一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某 一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂 直．线圈中感应电动势e与时间t的关系如图2 所示．则磁感应强度B＝______________， 在t＝ 时刻，线圈平面与磁感线的夹角等 于____________．
发电机的输出功率 P＝UI＝1152 W
[答案] 1152 W 72 2 V 8 2 A
题后反思：部分电路和闭合电路的有关公式 仍适用于正弦交流电路，应用时仍要分清电 源(如发电机)和外电路、电动势和路端电压 等，而对交流电路特别要注意正确选用交流 电的“四值”．一般常从图象或瞬时值表达 式入手，得出交流电的最大值、有效值，然 后再按照电路知识解决相关问题．
图2
解析：由所给 e－t 图可知，该线圈产生的交变 电动势峰值为 Em，变化周期为 T，则 Em＝BSω＝ BS·2πf＝BST·2π，所以 B＝E2πmST.
又由图象可知，在 t＝0 时，e＝Em，说明了 t＝0 时线圈平面与中性面垂直(与磁感线平行)，那么经历
112T 线圈平面绕过 θ＝ωt＝2Tπ·112T＝π6，即此时它与 磁感线的夹角是 30°.
U2，故B错误；由图(1)知，该交流电压是正弦交流
解析：分别把Em，ω的数值推算出，代入一 般式e＝Emsinωt就得出了瞬时值表达式，求 瞬时值时，只需把t的时刻代入表达式就可以 了，最后一问是求线圈中的电流和线圈的端 电压，注意应为有效值．
(1)e＝Emsinωt＝NBS2πnsin(2πnt)
＝
100×
1 π
×0.05×2π×
300 60
B．两种电压的有效值相等
C．图(1)所示电压的瞬时值表达式为u＝ 311sin100πt V
D．图(1)所示电压经匝数比为10∶1的变压器 变压后，频率变为原来的
解析：因大小和方向均随时间做周期性变化的电流
为交流电，故图(2)电压表示的也为交流电．A错误；
由图象知，除U1＝U2＝311 V的其它相同时刻U1＞
sin(2π×
300 60
t)V
＝
50sin(10πt)V.
(2)当 t＝310s 时，电动势的瞬时值 e＝50sin(10π×310)V
＝43.3 V.
(3)电动势的有效值为 E＝Em＝50V＝35.4 V 22
电流表的示数 I＝R＋E r＝93＋5.41A＝3.54 A
电压表的示数U＝IR＝3.54×9 V＝31.86 V. 答案：(1)e＝50sin(10πt)V (2)43.3 V (3)3.54 A
[例1] 如图1所示，矩形线圈面
积为S，匝数为N，线圈总电阻为
R，在磁感应强度为B的匀强磁场
中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，
外电路电阻为R.在线圈由图示位
置转过90°的过程中，下列说法
中正确的是
()
图1
A．磁通量的变化量 ΔΦ＝NBS B．平均感应电动势 E ＝NBπSω C．平均感应电流 I ＝π2(NRB＋Sωr) D．电阻 R 所产生的焦耳热 Q＝(N4B(RS＋)2ωr)R2 π
利用变压器升、降电压，实现了远距离送电， 交流电动机也具有结构简单，使用方便等特 点．交流电的特点是分析本章问题的基础， 在复习过程中应注意培养把物理知识运用于 实际的能力．“理论联系实际的能力”是高 中物理教学的重要目标之一，在复习本章知 识时，应注意这方面能力的培养．
知道非电学量转换成电学量的技术意义，通 过实验知道常见传感器的工作原理．特别了 解传感元件：热敏电阻、光敏电阻、金属热 电阻的特点以及霍尔元件特点．对力传感器、 声传感器、光传感器有一定的理解并能简单 应用．课时33 交变电流的产生及描述