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1、郑裕彤中学高二物理资料 蒋声怀 2014 年郑裕彤中学高二下学期期中考试复习材料交变电流交变电流 1正弦交变电流的产生 当闭合线圈由中性面位置（图中O1O2位置）开始在匀强磁场中匀速转动时，线 圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数： e=Emsint， 其中Em=nBS。这就是正弦交变电流。 通过转动轴而跟磁感线垂直的平面叫中性面。线圈通过中性面 时刻的特点是：磁通量的瞬时值最大m=BS，感应电动势的瞬时 值e=零，感应电流的瞬时值i=零。 实际上，穿过线圈的磁通量随时间t变化的规律是=mcost，其中 m=BS，按法拉第电磁感应定律，u=/t=，可得u=-msint= - BSsi
2、nt，若电枢为n匝线圈，则u=- nBSsint。(t)和u(t)必然互为余函数。因此 =m时u=0，=0 时u=Um 2交变电流的有效值 交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的： 让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就 把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的倍。22通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、 额定电流；保险丝的熔断电流等都指有效值。 （电容器的耐压值是交流的最大值。 ） 3正弦交变电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别 正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、
3、瞬时值和平均值， 特别要注意它们之间的区别。以电动势为例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬时值用e表示，平均值用表示。它们的关系为：，e=Emsint。平均EmEE22值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：。特别要注意，有效值 tnE和平均值是不同的两个物理量，千万不可混淆。 生活中用的市电电压为 220V，其最大值为Um=220V=311V，频率为 50HZ，所2 以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314tV。 例 1交流发电机的转子由BS的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示 数为 14.1V，那么当线圈转过 30 时刻，交流电压的瞬时值为_V。 解：瞬时值为u=Umc
4、os30=17.3V。 例 2通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该 交流电的有效值I。解：I=3A 2例 3交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应 强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为 R。当线圈由图中实线位置匀速转动 90 到达虚线位置过程中，求： 通过R的电荷量q为多少？R上产生焦耳热QR为多少？外力做的 功W为多少？解： 。rRnBSq22224RRn B S RQQRrRrW=Q 。rRSBn 42224理想变压器 忽略原、副线圈的内阻和各种电磁能量损失的变压器，称为理想变压器。理想变压器的两个基本公式是： ，即对同一变压器的任意两
5、个线圈， 都2121 nn UU有电压和匝数成正比。P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率 总 等于所有输出功率之和。 需要特别引起注意的是：只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：1221 2211,nn IIIUIU变压器的输入功率由输出功率决定，计算输入功率和输出功率都用。RnUnP/2112 区分负载和负载电阻值。以上功率表达式中的R表示负载电阻的阻值，而不 是“负载” 。 “负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。在同一电压下，R越大， 负载越小；R越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。 例 4理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760 匝、n2=
6、288 匝、 n3=8000 匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为 36W，测得初级线 圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。 解： I3=0.03A。 5远距离输电 解远距离输电的题目，一定要画出各个输电设施的示意 图来，包括发电机、两台变压器、输电线电阻和负载。并按 照规范在图中标出相应的物理量符号。 一般设两个变压器的初、次级线圈的 匝数分别为、n1、n1 n2、n2，相应 的电压、电流、功率也应该采用相应 的符号来表示。n3 Rn2 L220Vn1n1 n1 n2 n2 RD1 r D2I1 I1 I r I2 I2 i/A3O t/s-60.2
7、 0.3 0.5 0.6，utOm-UmTO1 O2B郑裕彤中学高二物理资料 蒋声怀 从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1，P2=P2，P1=Pr+P2；电压之间的关系是：；21 22221111,UUUnn UU nn UUr电流之间的关系是：。21 22221111,IIInn II nn IIr以上电流之间的关系最简单，中只要知道一个，另两个总和它相等。因21,IIIr 此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。 为了便于分析，可以将远距离输电的线路等效为如右下图所示的一个直流电路。 左边虚线框内的设备相当于一只 电动势为E=U1，内阻为r的电池； 右边虚线框内的设备相当于一只 电
8、阻R：D2的初级线圈电压为U2 时，如果负载电阻R消耗的功率 和把R直接接在D2的初级线圈上时消耗的功率相同，R就是等效电阻。由，可得，只要匝数不变，等效电阻R和实际负载RU RU2 22 2RnnRUUR222222 电阻R成正比。 输电线上的功率损失和电压损失的分析和计算时都必须用Pr=I2r，Ur=Ir，而不能用。rUPr2 1因为，减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增 SUSL UPPr2 12111 大输电导线的横截面积。两者相比，当然选择前者。若输电线功率损失已经确定， 那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的 钢材和水泥，还能少占用土地。 例
9、 6发电厂的交流发电机输出电压恒为 500V，输出功率为 100kW。要将电能输 送到远处的工厂。设计输电线上的功率损失为 2%，输电线总电阻为 20，用户得到 的电压 220V。求：发电厂附近的升压变压器和用户附近的降压变压器的匝数比各多 大？（所用变压器都看作理想变压器）解： ； 。2011111II nn 11490 22098002222UU nn6感抗和容抗（统称电抗） 感抗表示电感对交变电流的阻碍作用（XL=2fL） ，其特点是“通直流，阻交 流” 、 “通低频，阻高频” 。 容抗表示电容对交变电流的阻碍作用（XC=1/2fC） ，其特点是“通交流，隔 直流” 、 “通高频，阻低频
10、” 。 输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输电线路交流电压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要 大。 传感器传感器 一、传感器的含义一、传感器的含义 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如位移、速度、力、温度、湿度、流 量、声强、温度、光、声、化学成分等等非电学量，并能把它们按照一定的规律转 换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后， 就可以很方便地进行测量、传输、处理和自动控制了。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界 信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。
11、二、传感器的分类二、传感器的分类 1.力电传感器 2.热电传感器 3.光电传感器 4.声电传感器 5.电容式传感器 6.磁电传感器 7.超声波传感器 8.气敏传感器等 三、传感器的简单应用三、传感器的简单应用 1 1、力电传感器、力电传感器 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等） 转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现 代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及 ABS 防抱死 制动系统等。 2 2、 热电传感器热电传感器 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（与金属热电阻的特性 相反）的原理制成
12、的, 它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家 用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 3 3、温度传感器的应用、温度传感器的应用 温度传感器是将温度这个热学量转化为电流这个电学量的。 4 4、光电传感器、光电传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。光敏电阻：光敏电阻的材料是 一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增 多，导电性能变好，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小的。光敏电阻能够把 光强度这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、
13、烟雾报警器等都是利用了光 电传感器的原理。n1 n1 n2 n2D1 r D2U1 U1 U r U2 U2 RErR等效电路非电物理 量敏感元件转换器件转换电路电学量郑裕彤中学高二物理资料 蒋声怀 高二物理交流电复习题高二物理交流电复习题 一、单项选择（每题一、单项选择（每题 4 分，共分，共 10 题，共题，共 40 分分） 1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈经过中性面时.下列说法中正确的是( ) A、穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势最大 B、穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势最大 C、穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势等于零 D、穿过线圈的磁通量等于零,线圈中
14、的感应电动势等于零 2、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是( ) A、线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次.感应电动势向不变 B、线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次 C、线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次 D、线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次 3、如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是图().4、某电容器两端所允许加的最大直流电压是 250V.它在正弦交流电路中使用时,交 流电压可以是( ). A、250V B、220V C、352V D、177V 5、如图所示电路中，电阻 R、电感线圈 L、电容器 C 并联接在某一交流电源上，三 个相同的交流电流表的示数相同。若保持电源的电压不变，而 将其频率增大，则三个电流表的示数 I1、I2、I3的大小关系是（ ） A、I1=I2=I3 B、I1I2I3 C、I1I2I3 D、 I3I1I2 6、理想变压器正常工作时,原、副线圈中的电流为 I1、I2,电压为 U1、U2,功率为 P1、P2,关于它们之间的关系,下列说法中正确的是() A、I2由 I1决定 B、U2与负载有关 C、P1由 P2决定 D、以上说法都不正确 7、如图所示,灯泡 L1
