物理人教版学案与测评第5章 交变电流 传感器（课件）

欢迎进入物理课堂 第十章交变电流传感器 第一节交变电流的产生和描述 例1 2008 宁夏 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 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 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 点拨 1 确定t 0时刻感应电流方向 2 利用t 0时刻的速度确定感应电动势大小 3 判定t 0时刻后短时间内电流的变化趋势 解析 本题考查正弦式交流电的产生过程 楞次定律等知识和规律 从图 b 可看出线圈与磁场夹角 45 由楞次定律可判断 初始时刻电流方向为b到a 故瞬时电流的表达式为i Imcos 4 t 则为D图象所描述 注意对线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式的理解 答案 D 1 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 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 例2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 10 rad s 外电路电阻R 4 0 线圈内阻r 1 0 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确定瞬时值表达式 电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值 解析 1 T 2 2 10 s 0 2s Em nBS 100 0 50 102 10 4 10 V 5 V 2 题图所示位置为感应电动势最大值的位置 瞬时值表达式为e Emcos t 5 cos10 t V 3 电动势有效值E Em I E R r 交流电压表示数U IR 2 V 2 83V 2 2009 天津 如图所示 单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中 线框面积为S 电阻为R 线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度 匀速转动 线框中感应电流的有效值I 线框从中性面开始转过 2的过程中 通过导线横截面的电荷量q 解析 本题考查交流电的产生和最大值 有效值 平均值的关系及交流电中有关电荷量的计算等问题 电动势的最大值Em BS 电动势的有效值E Em 电流的有效值I E R BS 2R q I t E R t R t t R BS R 答案 BS 2RBS R 例如图表示一交流电的电流随时间而变化的图象 此交流电的有效值是 A 3 5AB 7 2AC 5AD 5A 错解 根据交流电有效值的公式I Im 此交流电的峰值不同 故最大值取其平均值 如图 Im 4 3 2A 7 2A I Im 3 5A 选A 剖析 第一 有效值公式I Im 是有条件的 只有正弦式交流电的最大值和有效值才有这样的数量关系 本题所给的交流电的图象不是正弦式交流电的图形 故该公式不适用于此交流电 第二 交流电的最大值不是两个不同峰值的算术平均值 交流电的有效值是根据其热效应而定义的 它是从电流产生焦耳热相等的角度出发 使交流电与恒定电流等效 故求非正弦式交流电的有效值时 应从热效应角度求解 设交流电的有效值为I 令该交流电通过一个纯电阻用电器R 在一个周期内有I2RT I12RT 2 I22RT 2 所以该交流电的有效值为I 5A 所以应选D 正解 D 第2节变压器电能的输送 例1 2009 江苏 如图所示 理想变压器的原 副线圈匝数比为1 5 原线圈两端的交变电压为u 20sin100 tV 氖泡在两端电压达到100V时开始发光 下列说法中正确的是 A 开关接通后 氖泡的发光频率为100HzB 开关接通后 电压表的示数为100VC 开关断开后 电压表的示数变大D 开关断开后 变压器的输出功率不变 点拨 1 电压表的读数为交流电的有效值 2 原 副线圈上交流电的周期与频率是相同的 3 原 副线圈的电压 电流与原 副线圈匝数的比例关系 4 原线圈的输入功率由副线圈的输出功率决定 解析 本题主要考查变压器的知识 要能对变压器的最大值 有效值 瞬时值以及变压器变压原理 功率等问题彻底理解 由交变电压的瞬时值表达式知 原线圈两端电压的有效值为U1 20 V 20V 由n1 n2 U1 U2得副线圈两端的电压为U2 100V 电压表的示数为交流电的有效值 B项正确 交变电压的频率为f 100 2 Hz 50Hz 一个周期内电压两次大于100V 即一个周期内氖泡能发光两次 所以其发光频率为100Hz A项正确 开关断开前后 输入电压不变 变压器的变压比不变 故输出电压不变 C项错误 断开后 电路消耗的功率减小 输出功率决定输入功率 D项错误 答案 AB 1 如图所示电路中的变压器为理想变压器 S为单刀双掷开关 P是滑动变阻器R的滑动触头 U1为加在原线圈两端的交变电压 I1 I2分别为原线圈和副线圈中的电流 下列说法错误的是 A 保持P的位置及U1不变 S由b切换到a 则R上消耗的功率增大B 保持P的位置及U1不变 S由a切换到b 则I2减小C 保持P的位置及U1不变 S由b切换到a 则I1增大D 保持U1不变 S接在b端 将P向上滑动 则I1减小 解析 保持P的位置及U1不变 S由b切换到a的过程中 副线圈匝数增多 输出电压增大 则R上消耗的功率也增大 原线圈的输入功率也增大 U1不变 输入电流I1增大 所以选项A错误 C正确 保持P的位置及U1不变 S由a切换到b的过程中 副线圈匝数减少 则输出电压减少 输出电流也减少 故选项B正确 保持U1不变 S接在b端 将P向上滑动 则I1增大 D错误 答案 BC 例2 2008 上海 某小型实验水电站输出功率是20kW 输电线路总电阻是6 1 若采用380V输电 求输电线路损耗的功率 2 若改用5000V高压输电 用户端利用n1 n2 22 1的变压器降压 求用户得到的电压 点拨 1 由P UI求出输电线上的电流 2 用P线 I2R线与U线 IR线分别求得输电线损耗的功率和电压 3 利用变压器的电压比和匝数比的关系求出用户得到的电压 解析 1 输电线上的电流强度为I P U 20 103 380A 52 63A 输电线路损耗的功率为P损 I2R 52 632 6W 16620W 16 62kW 2 改用高压输电后 输电线上的电流强度变为I P U 20 103 5000A 4A 变压器降压前获得的电压U1 U I R 5000 4 6 V 4976V 根据U1 U2 n1 n2 用户得到的电压为U2 n2 n1U1 1 22 4976V 226 18V 例收音机的变压器的原线圈有1210匝 接在U1 220V的交流电源上 变压器有两个副线圈 副线圈 的匝数为35匝 副线圈 的匝数是1925匝 如果不计变压器自身的能量损耗 当变压器工作时 线圈 的电流是0 3A时 原线圈的电流I1 0 114A 求线圈 中电流和输出电压 电流的计算结果保留三位有效数字 错解 由变压器公式U1 U3 n1 n3 U3 n3 n1U1 1925 1210 220V 350V 又I1 I3 n3 n1 I3 n1 n3I1 1210 1925 0 114A 0 0717A 剖析 当副线圈不只一个时 变压器公式I1 I3 n3 n1不再成立 应该利用能量转化和守恒定律 从输入功率等于输出功率入手求解 正解 U2 n2 n1U1 35 1210 220V 6 36V U3 n3 n1U1 1925 1210 220V 350V 不计变压器自身的能量损耗 由能量转化和守恒定律P1 P2 P3 I1U1 I2U2 I3U3 I3 I1U1 I2U2 U3 0 0662A 实验十一传感器的简单使用 例 1 热敏电阻是传感电路中常用的电子元件 现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线 要求特性曲线尽可能完整 已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 5 热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中 杯内有一定量的冷水 其他备用的仪表和器具有 盛有热水的热水杯 图中未画出 电源 3V 内阻可忽略 直流电流表 内阻约1 直流电压表 内阻约5k 滑动变阻器 0 20 开关及导线若干 b 在图 b 的方框中画出实验电路图 要求测量误差尽可能小 根据电路图 在图 a 的实物图上连线 简要写出完成接线后的主要实验步骤 A 往保温杯中加入热水 稍后读出温度值 B C 重复A B步骤 测出不同温度下的数据 D 2 广泛应用于室内空调 电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器 是利用热敏电阻随温度变化而变化的特性工作的 在图甲中 电源的电动势E 9 0V 内电阻可忽略不计 G为内阻不计的灵敏电流表 R0为保护电阻 R为热敏电阻 其电阻值与温度变化关系如图乙中R t图象所示 则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R 闭合开关S 当R的温度等于40 时 电流表示数I1 2 25mA 则当电流表的示数I2 3 6mA时 热敏电阻R的温度是 解析 1 因为热敏电阻的阻值 常温下约5 与直流电流表内阻 1 差不多 比直流电压表内阻 5k 小得多 所以用电流表外接法 为了多次测量以便列表作图象 所以滑动变阻器用分压式接法 此处需要用伏安法研究热敏电阻 实验步骤要考虑到需取多组数据以作图线 2 因为图象是直线 用斜截式求热敏电阻R与摄氏温度t的关系 设为R kt b 则根据t 0 时 R 4 25k 此处易误读为R 4 5k 要注意 得b 4 25 再根据t 120 时 R 2k 得k 2 4 25 120 0 01875 所以得R与t的关系式为R 1 875 10 2t 4 25 由图甲可得E I R R0 由图乙读出 当t 40 时 R 3 5k 代入得9 0 2 25 3 5 R0 可求出R0 0 5k 又有9 0 3 6 0 5 R 解得R 2k 查图乙得t 120 答案 1 如图所示 实物连接图略 B 调节滑动变阻器 快速测出多组I U值 D 绘出各温度下热敏电阻的伏安特性曲线 2 1 875 10 2t 4 25120 例某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置 如图所示 在轮子的边缘贴上小磁体 将小线圈靠近轮边放置 接上数据采集器和电脑 如果小线圈的面积为S 圈数为N匝 小磁体附近的磁感应强度最大值为B 回路的总电阻为R 实验发现 轮子转过 角 小线圈处的磁感应强度由最大值变为零 因此 他说 只要测得此时感应电流的平均值I 就可以测出转轮转速的大小 请你运用所学的知识 通过计算对该同学的结论给出评价 解析 该同学的结论是正确的 设转轮的角速度 转速分别为 和n 轮子转过 角所需时间为 t 通过线圈的磁通量的变化量为 线圈中产生的感应电动势的平均值为E 根据法拉第电磁感应定律有E N t NBS t 由闭合电路的欧姆定律有I E R 又 t n 2 联立以上四式得 n IR 2 NBS 由此可见 该同学的结论是正确的 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全