交變電流傳感器

第十章交變電流傳感器課前自主學習課堂講練互動課時作業(yè)隨堂鞏固訓練考綱展示

內容要求交變電流、交變電流的圖象Ⅰ正弦交變電流的函數表達式，峰值和有效值Ⅰ理想變壓器Ⅰ遠距離輸電Ⅰ傳感器及其工作原理Ⅱ傳感器的應用Ⅰ傳感器應用實例Ⅰ命題導向

本部分知識在以前試題均以選擇和填空題型出現，也出現過關于交流電的計算題．考查知識的方式既有對本部分知識內容的單獨考查也有對本部分知識和電學的其他部分、力學等內容相聯(lián)系的綜合性考查，特別是帶電粒子在交變電場中的運動問題，在加強能力考查的高考中更會成為一個熱點．發(fā)電和電能的輸送是與實際緊密結合的內容，有成為綜合試題重點考查的可能．還要引起注意的是：發(fā)電、輸電的內容是物理與其他許多學科(如地理、化學等)知識間的交叉點，引起了強調考查綜合能力的人們的極大興趣．高考對傳感器的要求很低，僅在實驗要求中有“傳感器的簡單使用”一個考點．本部分出題的概率不大，若有考題出現，可能是傳感器與電路相聯(lián)系的問題的簡單考查．復習策略

交變電流的重點是：交變電流的產生及其變化規(guī)律、表征交變電流的物理量和變壓器原理．難點是交流電有效值的意義及變壓器原理．這一章所學的交流電的知識，是前面學過的電和磁的知識的發(fā)展和應用，并與生產和生活有著密切的關系．與直流電相比，交流電有許多優(yōu)點，這是由交流電具有隨時間做周期性變化的特點而決定的．利用變壓器升、降電壓，實現了遠距離送電，交流電動機也具有結構簡單，使用方便等特點．交流電的特點是分析本章問題的基礎，在復習過程中應注意培養(yǎng)把物理知識運用于實際的能力．“理論聯(lián)系實際的能力”是高中物理教學的重要目標之一，在復習本章知識時，應注意這方面能力的培養(yǎng)．知道非電學量轉換成電學量的技術意義，通過實驗知道常見傳感器的工作原理．特別了解傳感元件：熱敏電阻、光敏電阻、金屬熱電阻的特點以及霍爾元件特點．對力傳感器、聲傳感器、光傳感器有一定的理解并能簡單應用．課時1交變電流的產生及描述

梳理知識突破難點課前自主學習——知識回顧——1．交變電流：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流，簡稱交流(AC)電．2．正弦式交變電流(如圖1)(1)定義：按正弦規(guī)律變化的交變電流．(2)產生：將閉合矩形線圈置于勻強磁場中，并繞垂直于磁場方向的軸做勻速轉動．(3)中性面：與磁場方向垂直的平面．(4)正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)：——要點深化——1．線圈平面和中性面平行時有哪些特點？(1)線圈各邊都不切割磁感線，感應電動勢為零，即感應電流等于零．(2)磁感線垂直于該時刻的線圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的變化率為零．(3)交變電流的方向在中性面的兩側是相反的．(4)線圈每經過一次中性面，電流方向改變一次．2．線圈平面跟中性面垂直時，有哪些特點？(1)磁通量為零．(2)磁通量的變化率最大．(3)感應電動勢、感應電流均最大，電流方向不變．3．交變電流瞬時值表達式的書寫基本思路：(1)確定正弦交變電流的峰值，根據已知圖象或由公式Em＝nBSω求出相應峰值．(2)明確線圈的初始位置，找出對應的函數關系式．如：①線圈從中性面開始轉動，則i—t圖象為正弦函數圖象，函數式為i＝Imsinωt.②線圈從垂直中性面開始轉動，則i—t圖象為余弦函數圖象，函數式為i＝Imcosωt.——基礎自測——1．處在勻強磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉動，磁場方向平行于紙面并與ab垂直．在t＝0時刻，線圈平面與紙面重合(如圖2所示)，線圈的cd邊離開紙面向外運動．若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應電流為正，則下列圖中能反映線圈中感應電流I隨時間t變化的圖線是(

)答案：C2．如圖4所示，矩形線圈邊長為ab＝20cm，bc＝10cm，匝數N＝100匝，磁場的磁感應強度B＝0.01T．當線圈以n＝50r/s的轉速從圖示位置開始逆時針勻速轉動時，求：(1)線圈中交變電動勢瞬時值表達式；(2)從線圈開始轉起動，經0.01s時感應電動勢的瞬時值．解析：(1)線圈的角速度為ω＝2πn＝100πrad/s產生的感應電動勢的最大值為Em＝NBωS＝NBω·ab·bc＝6.28V又剛開始轉動時線圈平面與中性面夾角為30°＝π/6故線圈中交變電動勢的瞬時值表達式為e＝Emsin(ωt＋π/6)＝6.28sin(100πt＋π/6)V.(2)把t＝0.01s代入上式，可得此時感應電動勢的瞬時值：e＝3.14V.答案：e＝6.28sin(100πt＋π/6)V

3.14V2．交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值(1)瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數．(2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達到的最大值．(3)有效值：讓交流與恒定電流通過相同的電阻，如果它們在一個周期內產生的熱量相等，則這個恒定電流I、恒定電壓U就是這個交變電流的有效值．——要點深化——1．交變電流的瞬時值、峰值、有效值、平均值的比較物理量物理含義重要關系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值Em＝nBSωIm＝Em/(R＋r)討論電容器的擊穿電壓特別提醒

由感應電動勢的最大值公式Em＝nBSω得，Em僅由n、B、S、ω四個物理量所決定，與軸的具體位置和線圈的形狀都無關．2．對交變電流有效值的理解交變電流的有效值是根據電流的熱效應進行定義的，所以進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進行計算．注意“三同”：即“相同電阻”上，“相同時間”內產生“相同熱量”．答案：C師生互動規(guī)律總結課堂講練互動[例1]電阻R1、R2和交流電源按照下圖5甲所示方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上開關S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖5乙所示．則(

)[答案]

B題后反思

根據圖象可以確定的物理量(1)電流最大值；(2)周期T和頻率f；(3)不同時刻交流電的瞬時值；(4)線圈處于中性面和最大值對應的時刻；(5)任意時刻線圈的位置和磁場的夾角．變式1—1某交流發(fā)電機給燈泡供電，產生正弦式交變電流的圖象如圖6所示，下列說法中正確的是(

)A．交變電流的頻率為0.02HzB．交變電流的瞬時值表達式為i＝5cos50πt(A)C．在t＝0.01s時，穿過交流發(fā)電機線圈的磁通量最大D．若發(fā)電機線圈電阻為0.4Ω，則其產生的熱功率為5W答案：D[答案]

B答案：D[例3]

(2010·唐山模擬)圖10所示為交流發(fā)電機示意圖，矩形線圈的匝數N＝50匝，每匝線圈的長lab＝0.4m，lbc＝0.2m，矩形線圈所在處的勻強磁場的磁感應強度B＝0.2T，線圈總電阻r＝1Ω，外接電阻R＝9Ω，線圈以n＝轉/秒的轉速在磁場中勻速轉動，求：此交流發(fā)電機的輸出功率和電壓表、電流表的讀數．題后反思

部分電路和閉合電路的有關公式仍適用于正弦交流電路，應用時仍要分清電源(如發(fā)電機)和外電路、電動勢和路端電壓等，而對交流電路特別要注意正確選用交流電的“四值”．一般常從圖象或瞬時值表達式入手，得出交流電的最大值、有效值，然后再按照電路知識解決相關問題．答案：(1)e＝50sin(10πt)V

(2)43.3V

(3)3.54A

31.86V感悟真題檢驗技能隨堂鞏固訓練1．(2011·天津卷)在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉軸勻速轉動，如圖12甲所示，產生的交變電動勢的圖象如圖12乙所示，則(

)A．t＝0.005s時線框的磁通量變化率為零B．t＝0.01s時線框平面與中性面重合C．線框產生的交變電動勢有效值為311VD．線框產生的交變電動勢頻率為100Hz答案：B2．如圖13所示，矩形線框置于豎直向下的磁場中，通過導線與靈敏電流表相連，線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動，圖中線框平面處于豎直面內．下述說法正確的是(

)A．因為線框中產生的是交變電流，所以電流表示數始終為零B．線框通過圖中位置瞬間，穿過線框的磁通量最大C．線框通過圖中位置瞬間，通過電流表的電流瞬時值最大D．若使線框轉動的角速度增大一倍，那么通過電流表電流的有效值也增大一倍答案：CD3．圖14是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的(

)A．周期是0.01sB．最大值是311VC．有效值是220VD．表達式為u＝220sin100πt(V)答案：BC4．一只“220V

100W”的燈泡接