《高考物理一轮复习教案：第12章 交变电流 传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习教案：第12章 交变电流 传感器（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 30 讲讲 交变电流交变电流 理想电压器理想电压器 远距离输电远距离输电教学目标教学目标1. 知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流2. 理解变压器原理，了解变压器的构造、变压器的变压比、变压器的变流比。3. 知道远距离输电的方式，会进行简单的计算。重点：对描述交变电流四个值的理解和应用以及远距离输电的运用难点：远距离输电在现实生活中的运用 知识梳理知识梳理一、交变电流一、交变电流1. 交变电流定义（1）大小和方向均随时间而作周期性变化的电流叫做交变电流。（2）随时间按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电。这里需要注意的问题就是，正弦交流电的图象也并非一定是正弦曲线，余弦曲线反映的
2、也是正弦交流电的变化规律，也叫正弦交流电。其实，正弦曲线和余弦曲线只是坐标原点选取的不同而已。2. 交变电流的产生：（1）线圈在匀强磁场中匀速转动时产生按正弦规律变化的交变电流。（2）线圈处在中性面时，虽然穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小为零，从而感应电动势的瞬时值也为零；（3）当线圈处在与中性面垂直的位置上时，虽然穿过它的磁通量最小，为零，但磁通量的变化率却是最大的，所以这时感应电动势的瞬时值最大。需要弄清楚的一个问题就是感应电动势是与磁通量的变化率成正比的！3. 描述交变电流的物理量：（1）描述交变电流的物理量有瞬时值、最大值、有效值、平均值，这是描述交变电流强弱的物理量；另外还
3、有角速度、转速、周期和频率等，这几个是描述交变电流变化快慢的物理量。电动势的瞬时值：tEemsin电动势的最大值：NBSEm 电动势的平均值：tE（求电量时用）有效值：由电流的热效应求得。（2）交流电的有效值是根据电流的热效应定义的，解题时要牢牢地记住这一点。列式计算时，时间的选取显得很关键，一般取一个周期为宜。对于正弦交流电来说，有效值与最大值之间有如下的关系： 2mEE ，2mUU ，2mII 。（3）要弄清楚上述几个物理量之间的关系及各自的用途，瞬时值是随时而变的，最大值就是最大的瞬时值，计算电热、电功等物理量、考虑保险丝的熔断电流时用的都是交变电流的有效值，计算电荷量时用的是平均值，而
4、考虑电容器等的击穿电压时用的则是交变电流的最大值。（4）常识性问题：各种用电器的铭牌上所标的电压、电流值以及交流电表所测量的电压、电流值，还有我们平常所说的交变电流的电压、电流值，以及保险丝的熔断电流值等等，都是指的有效值。二、变压器二、变压器1. 变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成2. 原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流大小方向在不断的变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电
5、动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。互感现象是变压器工作的基础3 理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律：tnE1 11，tnE2 22忽略原、副线圈内阻，有：U1E1 ，U2E2另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有：21 由此便可得理想变压器的电压变化规律为：2121 nn UU 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”) 有
6、：21PP 4. 理想变压器的物理量之间的规律:（1）电压关系：U1U2 =n1n2，U1n1 = U2n2= U3n3 =理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比，输出电压由输入电压决定。当n2n1时，U2U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器 当n2n1时，U2U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器（2）功率关系：P 原=P 副，理想变压器的输入功率由输出功率决定（3）电流关系：当变压器只有一个副线圈工作时，有：1221 2211,nn IIIUIU有多个副线圈时, 有P入=P出，即 P1= P2+ P3 +P4+ P5+由U1I1=U2I2+U3I3+，得到 n1I1=
7、n2I2+n3I3+变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，可用较粗的导线绕制三、电能的输送三、电能的输送1. 降低输电损耗的两个途径：2. 远距离输电示意图题型讲解题型讲解1. 交变电流的产生、“四值”的应用一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0，则外接一只电阻为 95.0的灯泡，如图乙所示，则A.电压表的示数为 220V vB.电路中的电流方向每秒钟改变 50 次C.灯泡实际消耗的功率为 484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 24.2J【解析解析】A 选项：电压表示数为灯泡两
8、端电压的有效值,由图像知电动势的最大值Em=2220V，有效值E=220V，灯泡两端电压VrRREU209，A 错B 选项：由图像知T=0.02S，一个周期内电流方向变化两次，可知 1s 内电流方向变化 100 次，B 错C 选项：灯泡的实际功率459.8WW95209 RUP22 ,C 错D 选项：电流的有效值ArREI2 . 2，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为JJrtIQr2 .24152 . 222，D 对。【答案答案】D】D点评点评：此题不仅考查了交流电四值的应用，还考查了交变电流的产生过程，这些都是基本知识同学们一定要夯实基础。 2. 变压器的知识如图所示，理想变压器的原、副线圈
9、匝数比为 1：5，原线圈两端的交变电压为20 2sin100Vut 氖泡在两端电压达到 100V 时开始发光，下列说法中正确的有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 100 VC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【解析解析】A 选项：交变电压的频率为502100f Hz，一个周期内电压两次大于 100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为 100Hz，A 选项正确。B 选项：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22201UV=20V，由2121 UU nn得副线圈两端的电压为1002UV，电压表的示数为交流
10、电的有效值，B 选项正确。C 选项：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 选项错误。D 选项：断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D 选项错误。【答案答案】AB点评点评：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。3. 变压器工作原理、远距离输电某小型水电站的电能输送示意图 。发电机的输出电压为 200V，输电线总电阻为 r，升压变压器原副线圈匝数分别为 n，n2。降压变压器原副线匝数分别为 n3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为 220V 的用电器正常工作，则A3214nn nn
11、 B3214nn nnC升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率【解析解析】ABC 选项：根据变压器工作原理可知122220n nU，334220nU n，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有23UU，所以3214nn nn，A 选项正确，BC 选项不正确。D 选项：升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率，D 选项正确。【答案答案】AD点评：点评：理想变压器的两个基本公式是： 1222Un Un，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。12PP，即无论有几个副线圈在工作
12、，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有1221 2211,nn IIIUIU。远距离输电，从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P2，P3=P4，P1/=Pr=P2。电压之间的关系是：3311 23 2244,rUnUnUUUUnUn。电流之间的关系是：3124 23 2143,rIInnIIIInIn。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用2 22,rrPI r UI r，而不能用2 r rUPr。特别重要的是要会分析输电线上的功率损失21 2 221rPLPUSU S。第第 3131 讲讲 实验：传感器的简单应用实验：
13、传感器的简单应用教学目标教学目标知道传感器的意义，了解制作传感器的常用元件（光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件、干簧管等）的特征，了解常见传感器(电子秤、话筒、电熨斗、测温仪、鼠标、火灾报警器)的工作原理，了解光控开关、温度报警器的原理.重点：了解各类传感器的工作原理及其应用难点：传感器的工作原理 知识梳理知识梳理一、框架结构一、框架结构二、应用举例二、应用举例传传感感器器温 度 传感 器意义：意义：传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）或电路的通断的一种组件。起自动控制作用。机械鼠标器：火
14、灾报警器：光控开关：光传感 器敏感元敏感元 件件光敏电阻：光敏电阻：是一种能感知光强的传感器，电阻随光照的增强而减小热敏电阻：热敏电阻：是一种能感知温度的传感器，电阻一般随温度升高电阻减小金属热电阻：金属热电阻：是一种能感知温度的传感器，温度升高电阻增大霍尔元件霍尔元件：是一种能感知磁场强弱的传感器电容式位移传感器：是一种能感知位移变化的传感器电容式位移传感器：是一种能感知位移变化的传感器干簧管：干簧管：一种能感知磁场存在的传感器常常 见见 传传 感感 器器 及及 应应 用用力传感器-电子秤：将应变片的形变量转化为电压差声传感器-话 筒：将声学量转化为电学量电熨斗：双金属片温度传感器的作用:控
15、制电路的通断电饭锅：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断测温仪：将温度转化为电学量（不同温度发射红外线不同）温度报警器：1霍尔元件的工作原理：霍尔元件是利用霍尔效应来设计的一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿 PQ 方向通人电流 I，垂直于薄片加匀强磁场 B，则在 MN 间会出现电势差 U。设薄片厚度为d，PQ 方向长度为 L1，MN 方向长度为 L2薄片中的带电粒子受到磁场力发生偏转，使 N 侧电势高于 M 侧，造成半导体内部出现电场带电粒子同时受电场力作用当磁场力与电场力平衡时，MN 间电势差达到恒定qU/L2=qvB 再根据电流的微观解释InqSv，得 U=IB/nqd 令 k=1/nq U=kIB/d 即 U 与 B 成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因了2电饭锅的工作原理：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内温度保持 100不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点 103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热3.机械式鼠标器的工作原理：如图所示，鼠标器移动时
