2013届高考一轮物理复习课件选修3-2第十章交变电流 传感器第3讲 实验十一 传感器的简单应用(教科版)

第十章交变电流【高考新动向】1. 交变电流、交变电流的图象Ⅰ三年7考2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ三年10考3.理想变压器Ⅰ三年10考4.远距离输电Ⅰ三年7考实验十一：传感器的简单使用三年6考【备考指导】1.交变电流的产生及描述(e、u、i的瞬时值表达式、峰值、有效值、周期、频率)，特别是交流电的图象和有效值的计算是考查的热点.2.变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，远距离输电问题等是考查的重点.3.将本章知识与电磁感应知识结合的力、电综合题以计算题为主.4.掌握传感器的一些简单使用和一些敏感元件的基本原理.第1节交变电流的产生与描述【考纲全景透析】一、交变电流的产生和变化规律1．交变电流大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示．图12．正弦交流电的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动． (2)中性面：①定义：与磁场方向________的平面．②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为______，感应电动势为______．b.线圈转动一周，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次．(3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为__________曲线．如图1(a)所示． 【答案】1.周期性2.(1)垂直于磁场 (2)①垂直 ②a.最大 零 零 b ．两次 中性面 (3)正弦 二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率(1)周期T ：交变电流完成________________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T ＝2πω.(2)频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的________，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T ＝________或f ＝________. 2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一________的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的________．(3)有效值：让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交流的__________． (4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I ＝____________，U ＝____________，E ＝____________.(5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值. 【答案】1.(1)一次周期性 (2)次数 (3)1f 1T2.(1)时刻 (2)最大值 (3)相同 热量 有效值 (4)I m2U m2E m2【热点难点全析】考点一 正弦交流电的变化规律1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)(1)线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变．(2)线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变． 3．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式E m ＝nBS ω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．如：①线圈从中性面位置开始转动，则i －t 图象为正弦函数图象，函数式为i ＝I m sin ωt . ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i －t 图象为余弦函数图象，函数式为i ＝I m cos ωt . 【典例1】如图(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(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( )解析t＝0时线圈中感应电流方向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，、B、C错误．答案 D考点二交变电流“四值”的比较与理解交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较【典例2】电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图所示．现把交流电加在电阻为9 Ω的电热丝上，下列判断正确的是( )．．线圈转动的角速度ω＝100 rad/sB．在t＝0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大C．电热丝两端的电压U＝100 VD．电热丝此时的发热功率P＝1 800 W【高考零距离】【2012年】19．M1[2012·广东卷] 某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt(V)，对此电动势，下列表述正确的有( )．最大值是50 2 V B．频率是100 Hz19．CD [解析] 由电动势的表达式可知，最大值为50 V ，而有效值为：E ＝502V ＝25 2 V ，错、C 对；ω＝2πf ＝100π，故f ＝50 Hz ，周期T ＝1f＝0.02 s ，B 错、D 对．15.M1 [2012·北京卷] 一个小型电热器若接到输出电压为10 V 的直流电源上，消耗电功率为P ；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为P2.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )．5 V B ．5 2 V C ．10 V D ．10 2 V15．C [解析] 由电流热效应可知，直流电在T 时间内产生的热量为Q 直＝U 2RT ＝PT ，该交流电在T 时间内产生的热量为Q 交＝⎝ ⎛⎭⎪⎫U max 22R＝12PT ，两式联立可得，U max ＝10 V ．本题答案为C 项．23．M1[2012·安徽卷] 图15是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B 的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae 和df 分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R 形成闭合电路．图16是主视图，导线ab 和cd 分别用它们的横截面来表示．已知ab 长度为L 1，be 长度为L 2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)图15图16 图17(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ夹角位置时开始计时，如图17所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式：(3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其他电阻均不计)23．[解析] (1)如图18所示，矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，设ab和cd的转动速度为v，则v＝ω·L 2 2在t时刻，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E 1＝BL1v⊥由图18可知v⊥＝v sinωt 则整个线圈的感应电动势为e 1＝2E1＝BL1L2ωsinωt图18(2)当线圈由图17位置开始运动时，在t时刻整个线圈的感应电动势为e 2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)(3)由闭合电路欧姆定律可知I＝E R＋r这里E为线圈产生的电动势的有效值E＝E m2＝BL1L2ω2则线圈转动一周在R上产生的焦耳热为QR＝I2RT其中T＝2πω于是QR ＝πRω⎝⎛⎭BL1L2R＋r【2011-2010年高考】1.（2011·安徽高考·T19）如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B 。