物理人教版學(xué)案與測評第5章 交變電流 傳感器（課件）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第十章交變電流傳感器 第一節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述 例1 2008 寧夏 如圖 a 所示 一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中 并繞過ab cd中點的軸OO 以角速度 逆時針勻速轉(zhuǎn)動 若以線圈平面與磁場夾角 45 時 如圖 b 為計時起點 并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正 則下列四幅圖中正確的是 點撥 1 確定t 0時刻感應(yīng)電流方向 2 利用t 0時刻的速度確定感應(yīng)電動勢大小 3 判定t 0時刻后短時間內(nèi)電流的變化趨勢 解析 本題考查正弦式交流電的產(chǎn)生過程 楞次定律等知識和規(guī)律 從圖 b 可看出線圈與磁場夾角 45 由楞次定律可判斷 初始時刻電流方向為b到a 故瞬時電流的表達(dá)式為i Imcos 4 t 則為D圖象所描述 注意對線圈繞垂直于磁場的軸旋轉(zhuǎn)時的瞬時電動勢表達(dá)式的理解 答案 D 1 一矩形線圈 繞垂直勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動 線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化如圖所示 下列說法中正確的是 A t1時刻通過線圈的磁通量為零 B t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 C t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D 每當(dāng)e改變方向時 通過線圈的磁通量的絕對值都最大 解析 t1和t3時刻電動勢為零 線圈處于中性面位置 此位置磁通量最大 磁通量的變化率為零 電動勢改變方向 故A C錯誤 D正確 t2時刻電動勢最大 磁通量為零 B錯誤 答案 D 例2如圖所示 一個邊長L 10cm 匝數(shù)n 100匝的正方形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO 勻速運(yùn)動 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 50T 角速度 10 rad s 外電路電阻R 4 0 線圈內(nèi)阻r 1 0 1 求線圈轉(zhuǎn)動的周期和感應(yīng)電動勢的最大值 2 寫出線圈由圖中所示位置開始計時時 感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式 3 求交流電壓表的示數(shù) 點撥 由磁場情況和線圈轉(zhuǎn)動情況可確定瞬時值表達(dá)式 電壓表和電流表的示數(shù)為電路中電壓和電流的有效值 解析 1 T 2 2 10 s 0 2s Em nBS 100 0 50 102 10 4 10 V 5 V 2 題圖所示位置為感應(yīng)電動勢最大值的位置 瞬時值表達(dá)式為e Emcos t 5 cos10 t V 3 電動勢有效值E Em I E R r 交流電壓表示數(shù)U IR 2 V 2 83V 2 2009 天津 如圖所示 單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中 線框面積為S 電阻為R 線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度 勻速轉(zhuǎn)動 線框中感應(yīng)電流的有效值I 線框從中性面開始轉(zhuǎn)過 2的過程中 通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q 解析 本題考查交流電的產(chǎn)生和最大值 有效值 平均值的關(guān)系及交流電中有關(guān)電荷量的計算等問題 電動勢的最大值Em BS 電動勢的有效值E Em 電流的有效值I E R BS 2R q I t E R t R t t R BS R 答案 BS 2RBS R 例如圖表示一交流電的電流隨時間而變化的圖象 此交流電的有效值是 A 3 5AB 7 2AC 5AD 5A 錯解 根據(jù)交流電有效值的公式I Im 此交流電的峰值不同 故最大值取其平均值 如圖 Im 4 3 2A 7 2A I Im 3 5A 選A 剖析 第一 有效值公式I Im 是有條件的 只有正弦式交流電的最大值和有效值才有這樣的數(shù)量關(guān)系 本題所給的交流電的圖象不是正弦式交流電的圖形 故該公式不適用于此交流電 第二 交流電的最大值不是兩個不同峰值的算術(shù)平均值 交流電的有效值是根據(jù)其熱效應(yīng)而定義的 它是從電流產(chǎn)生焦耳熱相等的角度出發(fā) 使交流電與恒定電流等效 故求非正弦式交流電的有效值時 應(yīng)從熱效應(yīng)角度求解 設(shè)交流電的有效值為I 令該交流電通過一個純電阻用電器R 在一個周期內(nèi)有I2RT I12RT 2 I22RT 2 所以該交流電的有效值為I 5A 所以應(yīng)選D 正解 D 第2節(jié)變壓器電能的輸送 例1 2009 江蘇 如圖所示 理想變壓器的原 副線圈匝數(shù)比為1 5 原線圈兩端的交變電壓為u 20sin100 tV 氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時開始發(fā)光 下列說法中正確的是 A 開關(guān)接通后 氖泡的發(fā)光頻率為100HzB 開關(guān)接通后 電壓表的示數(shù)為100VC 開關(guān)斷開后 電壓表的示數(shù)變大D 開關(guān)斷開后 變壓器的輸出功率不變 點撥 1 電壓表的讀數(shù)為交流電的有效值 2 原 副線圈上交流電的周期與頻率是相同的 3 原 副線圈的電壓 電流與原 副線圈匝數(shù)的比例關(guān)系 4 原線圈的輸入功率由副線圈的輸出功率決定 解析 本題主要考查變壓器的知識 要能對變壓器的最大值 有效值 瞬時值以及變壓器變壓原理 功率等問題徹底理解 由交變電壓的瞬時值表達(dá)式知 原線圈兩端電壓的有效值為U1 20 V 20V 由n1 n2 U1 U2得副線圈兩端的電壓為U2 100V 電壓表的示數(shù)為交流電的有效值 B項正確 交變電壓的頻率為f 100 2 Hz 50Hz 一個周期內(nèi)電壓兩次大于100V 即一個周期內(nèi)氖泡能發(fā)光兩次 所以其發(fā)光頻率為100Hz A項正確 開關(guān)斷開前后 輸入電壓不變 變壓器的變壓比不變 故輸出電壓不變 C項錯誤 斷開后 電路消耗的功率減小 輸出功率決定輸入功率 D項錯誤 答案 AB 1 如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器 S為單刀雙擲開關(guān) P是滑動變阻器R的滑動觸頭 U1為加在原線圈兩端的交變電壓 I1 I2分別為原線圈和副線圈中的電流 下列說法錯誤的是 A 保持P的位置及U1不變 S由b切換到a 則R上消耗的功率增大B 保持P的位置及U1不變 S由a切換到b 則I2減小C 保持P的位置及U1不變 S由b切換到a 則I1增大D 保持U1不變 S接在b端 將P向上滑動 則I1減小 解析 保持P的位置及U1不變 S由b切換到a的過程中 副線圈匝數(shù)增多 輸出電壓增大 則R上消耗的功率也增大 原線圈的輸入功率也增大 U1不變 輸入電流I1增大 所以選項A錯誤 C正確 保持P的位置及U1不變 S由a切換到b的過程中 副線圈匝數(shù)減少 則輸出電壓減少 輸出電流也減少 故選項B正確 保持U1不變 S接在b端 將P向上滑動 則I1增大 D錯誤 答案 BC 例2 2008 上海 某小型實驗水電站輸出功率是20kW 輸電線路總電阻是6 1 若采用380V輸電 求輸電線路損耗的功率 2 若改用5000V高壓輸電 用戶端利用n1 n2 22 1的變壓器降壓 求用戶得到的電壓 點撥 1 由P UI求出輸電線上的電流 2 用P線 I2R線與U線 IR線分別求得輸電線損耗的功率和電壓 3 利用變壓器的電壓比和匝數(shù)比的關(guān)系求出用戶得到的電壓 解析 1 輸電線上的電流強(qiáng)度為I P U 20 103 380A 52 63A 輸電線路損耗的功率為P損 I2R 52 632 6W 16620W 16 62kW 2 改用高壓輸電后 輸電線上的電流強(qiáng)度變?yōu)镮 P U 20 103 5000A 4A 變壓器降壓前獲得的電壓U1 U I R 5000 4 6 V 4976V 根據(jù)U1 U2 n1 n2 用戶得到的電壓為U2 n2 n1U1 1 22 4976V 226 18V 例收音機(jī)的變壓器的原線圈有1210匝 接在U1 220V的交流電源上 變壓器有兩個副線圈 副線圈 的匝數(shù)為35匝 副線圈 的匝數(shù)是1925匝 如果不計變壓器自身的能量損耗 當(dāng)變壓器工作時 線圈 的電流是0 3A時 原線圈的電流I1 0 114A 求線圈 中電流和輸出電壓 電流的計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字 錯解 由變壓器公式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 當(dāng)副線圈不只一個時 變壓器公式I1 I3 n3 n1不再成立 應(yīng)該利用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律 從輸入功率等于輸出功率入手求解 正解 U2 n2 n1U1 35 1210 220V 6 36V U3 n3 n1U1 1925 1210 220V 350V 不計變壓器自身的能量損耗 由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律P1 P2 P3 I1U1 I2U2 I3U3 I3 I1U1 I2U2 U3 0 0662A 實驗十一傳感器的簡單使用 例 1 熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件 現(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線 要求特性曲線盡可能完整 已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4 5 熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中 杯內(nèi)有一定量的冷水 其他備用的儀表和器具有 盛有熱水的熱水杯 圖中未畫出 電源 3V 內(nèi)阻可忽略 直流電流表 內(nèi)阻約1 直流電壓表 內(nèi)阻約5k 滑動變阻器 0 20 開關(guān)及導(dǎo)線若干 b 在圖 b 的方框中畫出實驗電路圖 要求測量誤差盡可能小 根據(jù)電路圖 在圖 a 的實物圖上連線 簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟 A 往保溫杯中加入熱水 稍后讀出溫度值 B C 重復(fù)A B步驟 測出不同溫度下的數(shù)據(jù) D 2 廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào) 電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器 是利用熱敏電阻隨溫度變化而變化的特性工作的 在圖甲中 電源的電動勢E 9 0V 內(nèi)電阻可忽略不計 G為內(nèi)阻不計的靈敏電流表 R0為保護(hù)電阻 R為熱敏電阻 其電阻值與溫度變化關(guān)系如圖乙中R t圖象所示 則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系為R 閉合開關(guān)S 當(dāng)R的溫度等于40 時 電流表示數(shù)I1 2 25mA 則當(dāng)電流表的示數(shù)I2 3 6mA時 熱敏電阻R的溫度是 解析 1 因為熱敏電阻的阻值 常溫下約5 與直流電流表內(nèi)阻 1 差不多 比直流電壓表內(nèi)阻 5k 小得多 所以用電流表外接法 為了多次測量以便列表作圖象 所以滑動變阻器用分壓式接法 此處需要用伏安法研究熱敏電阻 實驗步驟要考慮到需取多組數(shù)據(jù)以作圖線 2 因為圖象是直線 用斜截式求熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系 設(shè)為R kt b 則根據(jù)t 0 時 R 4 25k 此處易誤讀為R 4 5k 要注意 得b 4 25 再根據(jù)t 120 時 R 2k 得k 2 4 25 120 0 01875 所以得R與t的關(guān)系式為R 1 875 10 2t 4 25 由圖甲可得E I R R0 由圖乙讀出 當(dāng)t 40 時 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 查圖乙得t 120 答案 1 如圖所示 實物連接圖略 B 調(diào)節(jié)滑動變阻器 快速測出多組I U值 D 繪出各溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線 2 1 875 10 2t 4 25120 例某同學(xué)設(shè)計了一個利用線圈測量轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的裝置 如圖所示 在輪子的邊緣貼上小磁體 將小線圈靠近輪邊放置 接上數(shù)據(jù)采集器和電腦 如果小線圈的面積為S 圈數(shù)為N匝 小磁體附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為B 回路的總電阻為R 實驗發(fā)現(xiàn) 輪子轉(zhuǎn)過 角 小線圈處的磁感應(yīng)強(qiáng)度由最大值變?yōu)榱?因此 他說 只要測得此時感應(yīng)電流的平均值I 就可以測出轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速的大小 請你運(yùn)用所學(xué)的知識 通過計算對該同學(xué)的結(jié)論給出評價 解析 該同學(xué)的結(jié)論是正確的 設(shè)轉(zhuǎn)輪的角速度 轉(zhuǎn)速分別為 和n 輪子轉(zhuǎn)過 角所需時間為 t 通過線圈的磁通量的變化量為 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值為E 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有E N t NBS t 由閉合電路的歐姆定律有I E R 又 t n 2 聯(lián)立以上四式得 n IR 2 NBS 由此可見 該同學(xué)的結(jié)論是正確的 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全