教育专题：2011年高中物理集体备课交变电流___传感器.ppt

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1、高中集体备课材料 交变电流 传感器一一【考纲解读考纲解读】内容内容 要求要求 说明说明 58.交变电流交变电流 描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量和图像和图像 相位的概念不作要求相位的概念不作要求 59.正弦交变电流的函数表达式正弦交变电流的函数表达式 60.电感和电容对交变电流的影响电感和电容对交变电流的影响 61.变压器变压器 计算限于电压与匝数的关计算限于电压与匝数的关系系 62.电能的输送电能的输送 63.传感器传感器 基本要求：对所列知识要了解其内容及含义，并能在有关问题中基本要求：对所列知识要了解其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用识别和直接使用较高要求：对所列知识要

2、理解其确切含义及与其他知识的联系，较高要求：对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程能够进叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用。中运用。二、【知识体系】三、三、【考纲上线考纲上线】1从近几年的命题情况看，总体上难度不大，热点较为集中，主要从近几年的命题情况看，总体上难度不大，热点较为集中，主要集中在以下三个方面：一是交变电流的产生、图象和有效值问题及相集中在以下三个方面：一是交变电流的产生、图象和有效值问题及相关表征交变电流物理量的计算；二是变压器、电压、功率、电流关系关表征交变电流物理量的计算；二是

3、变压器、电压、功率、电流关系及远距离输电问题有关变压器问题：纵观高考命题，对于变压器问及远距离输电问题有关变压器问题：纵观高考命题，对于变压器问题，多集中在对变压器的工作原理及题，多集中在对变压器的工作原理及I、U、P、n各量间基本关系的考各量间基本关系的考查，即动态问题分析上由于变压器与电能的输送密切相关，贴近生查，即动态问题分析上由于变压器与电能的输送密切相关，贴近生活实际，触及能源利用的社会热点，符合贴近现实突出能力的命题趋活实际，触及能源利用的社会热点，符合贴近现实突出能力的命题趋势，因此变压器问题仍是今后高考命题的重点；三是交变电流与电磁势，因此变压器问题仍是今后高考命题的重点；三是

4、交变电流与电磁感应的综合问题感应的综合问题(一结合，二位置，三模型，四数值）一结合，二位置，三模型，四数值）2高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现，但也出现过高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现，但也出现过关于交变电流的计算题在增加应用型和能力型试题的今天，应注意关于交变电流的计算题在增加应用型和能力型试题的今天，应注意本部分知识与现代科技的联系本部分知识与现代科技的联系四、【常考题型】（一）正弦式交流电的变化规律1.正弦式电流的变化规律正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置时开始计时线圈在中性面位置时开始计时)规规律律物理量物理量 函数函数图图象象磁通量磁通量mcostBSc

5、ost电动势电动势 eEmsintnBSsint规规律律物理量物理量 函数函数图图象象电压电压uUmsint sint电电流流iImsint sint例题例题1(2008宁夏高考宁夏高考)如图如图1013甲所示，甲所示，一矩形线圈一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴中点的轴OO以角速度以角速度逆时针匀逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角速转动若以线圈平面与磁场夹角45时时(如图乙如图乙)为计时起点，并规定当电流自为计时起点，并规定当电流自a流流向向b时电流方向为正时电流方向为正则如图则如图1014所示所示的四幅图中正确的是的四幅图中正确的是2.对

6、中性面的理解对中性面的理解(1)中性面是与磁场方向垂直的平面，是假想的一个参考中性面是与磁场方向垂直的平面，是假想的一个参考面面(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大，线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大，而而 磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零(3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大零，但磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大(4)线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，线圈线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，

7、线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次3交变电流瞬时值表达式的书写基交变电流瞬时值表达式的书写基本思路本思路(1)确定交变电流的峰值，根据已知图象或确定交变电流的峰值，根据已知图象或由公式由公式EmnBS求出相应峰值求出相应峰值(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式如：关系式如：线圈从中性面开始转动，线圈从中性面开始转动，则则it图象为正弦函数图象，函数式为图象为正弦函数图象，函数式为iImsint.线圈从垂直中性面开始转动，则线圈从垂直中性面开始转动，则it图图象为余弦函数图象为余弦函数图

8、 象，函数式为象，函数式为iImcost.例题例题2如图如图1015所示，线圈所示，线圈abcd的面积是的面积是0.05 m2，共，共100匝，匝，线圈电阻为线圈电阻为1，外接电阻，外接电阻R为为9，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为 ，当线圈以，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时，求：的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈转过线圈转过 s时电动势的瞬时值多大？时电动势的瞬时值多大？(3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少？电路中，电压表和电流表

9、的示数各是多少？(4)从中性面开始计时，经从中性面开始计时，经 s通过电阻通过电阻R的电的电荷量为多少荷量为多少(5)电阻电阻R上的最大上的最大电压电压(6)线圈从图示转过线圈从图示转过90过程中电阻过程中电阻R上产生上产生的热量的热量(1)交变量电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较交变量电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较(2)对交变电流有效值的理解对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过 电电阻生热阻生

10、热(或热功率或热功率)进行计算进行计算.注意注意“三同三同”：即即“相同电阻相同电阻”，“相同时间相同时间”内产生内产生“相同热量相同热量”计算时计算时“相同时间相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期要取周期的整数倍，一般取一个周期注意：注意：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值在没有具体说明的情况下，所给出为交变电流的有效值在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的是有效值（标、测、说、热）的交变电流的电压、电流指的是有效值（标、测、说、热）4.交变量电流的四值交变量电流的四值例题例题3（09天津天津

11、9）如图所示，单匝矩形闭合导线框）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于全部处于磁感应强度为磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为，电阻为R。线框绕。线框绕与与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效值I=。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量电荷量q=。解析：本题考查交变流电的产生和最大值、有效值、平均值解析：本题考查交变流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交变电流中有关电荷量的计算等知识。的关

12、系及交变电流中有关电荷量的计算等知识。例题例题4（09福建福建16）一台小型发电机产生的电动势随时间变化）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，则外接一只电阻为一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则的灯泡，如图乙所示，则 （D ）A.电压表电压表v的示数为的示数为220v B.电路中的电流方向每秒钟改变电路中的电流方向每秒钟改变50次次C.灯泡实际消耗的功率为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发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J（二）变压器1

13、构造和原理构造和原理2理想变压器的基本关系式理想变压器的基本关系式 (1)电压关系：若电压关系：若n1n2，为，为 变压器；若变压器；若n1n2，为，为 变压器变压器(2)电流关系：只适用于只有一个副线圈的情况电流关系：只适用于只有一个副线圈的情况3互感器互感器(1)电压互感器：用来把电压互感器：用来把 电压变成电压变成 电压电压(2)电流互感器：用来把电流互感器：用来把 电流变成电流变成 电流电流4.基本关系基本关系(1)功率关系，原功率关系，原线线圈的圈的输输入功率等于副入功率等于副线线圈的圈的输输出功率出功率P入入P出出(2)电压电压关系，原、副关系，原、副线线圈的圈的电压电压比等于匝数

14、比，与比等于匝数比，与负载负载情况、情况、副副线线圈个数的多少无关圈个数的多少无关(3)电电流关系，只有一个副流关系，只有一个副线线圈：圈：电电流和匝数成反比；多个副流和匝数成反比；多个副线线圈：由圈：由输输入功率和入功率和输输出功率相等确定出功率相等确定电电流关系流关系(4)频频率关系率关系，原、副，原、副线线圈中圈中电电流的流的频频率相等率相等注意：注意：(1)如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器就是理想如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器就是理想变压器变压器(2)变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电流

15、和电压流和电压(3)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据电流关系的推导应该以其为依据(4)变压器的以上关系都是根据变压器的以上关系都是根据“口口”字型的变压器推出的如果变压字型的变压器推出的如果变压器不是器不是“口口”字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系推导出各物理量的关系,如双副线圈、日字型变压器。如双副线圈、日字型变压器。5.动态分析的思路程序可表示为：动态分析的思路程序可表示为：(1)对于电源，原线圈相当于

16、用电器；对于用电器，副线圈对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈 相当于电源相当于电源(2)对理想变压器应注意能量守恒定律的应用对理想变压器应注意能量守恒定律的应用例例5（2010天津天津7）为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后 A.A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B.A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C.V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D.V2示数不变，V1与V2示数的比值不变（三

17、）电能的输送（三）电能的输送1根据根据P损损I2R线线，减少输电电能损失有两种方法，减少输电电能损失有两种方法 (1)减小输电线的电阻：由减小输电线的电阻：由R 可知，要减小输电线的电阻可知，要减小输电线的电阻 R线线，在输电距离不变情况下，可采用减小材料的，在输电距离不变情况下，可采用减小材料的 、增大导线的增大导线的 等方法，但是不实际，不容易实现等方法，但是不实际，不容易实现 (2)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据 PUI，要减小电流，必须提高，要减小电流，必须提高 横截面积横截面积电阻率电阻率输电电压输电电压2远距离输

18、电的功率损失远距离输电的功率损失 输送功率一定时，线路电流输送功率一定时，线路电流I ，输电线上损失功，输电线上损失功率率P损损I2R线线 ，可知，可知P损损 3远距离高压输电的几个基本关系远距离高压输电的几个基本关系(以图以图1为例为例)图图1(1)功率关系：功率关系：P1P2，P3P4，P2P线线P3.(2)电压、电流关系：电压、电流关系：U2U线线U3，I2I3I线线(3)输电电流：输电电流：I线线(4)输电线上损耗的功率：输电线上损耗的功率：P损损I线线U线线I线线2R线线当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线倍，输电线上损耗的

19、功率就减少到原来的上损耗的功率就减少到原来的1.对高压输电问题，应按对高压输电问题，应按“发电机发电机升压变升压变压器压器远距离输电线远距离输电线降压变压器降压变压器用电用电器器”这样的顺序，或从这样的顺序，或从“用电器用电器”倒推到倒推到“发发电机电机”一步一步进行分析一步一步进行分析2高压输电既能减少功率损失，也能减少高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实电压损失，但在实 际高压输电时，也并非际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种因素，输电电压越高越好，还需考虑各种因素，依照不同的情况选择合适的输电电压依照不同的情况选择合适的输电电压例题例题6（09广东物理广东物理

20、9）图为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电，下列表述正确的是（ABD ）A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好解析解析：依据输电原理，电路中的功率损耗，而,增大输电线的横截面积，减小输电线的电阻，则能够减小输电线上的功率损耗，A正确；由P=UI来看在输送功率一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流越小，则功率损耗越小，B正确；若输电电压一定，输送功率越大，则电流I越大，电路中损耗的电功率越大，C错误；输电电压并不是

21、电压越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，因此并不是输电电压越高越好，D正确。传感器应用的一般模式传感器应用的一般模式（四（四）传感器传感器 传感器是指这样一类元件：它能够感受传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学等诸如力、温度、光、声、化学等 ，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等 ，或转换为电路的，或转换为电路的 非电学量非电学量电学量电学量通断通断传感器的应用1.力传感器的应用力传感器的应用电子秤电子秤2.声传感器的应用声传感器的应用话筒话筒3.温度传感器的应用温度传感器的应用电熨斗、电饭锅、测温仪电熨斗、

22、电饭锅、测温仪4.光传感器的应用光传感器的应用鼠标鼠标例题例题7 2010全国卷全国卷22图1是利用激光测转的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来（如图2所示）。（1）若图2中示波器显示屏横向的每大格（5小格）对应的时间为5.0010-2 s，则圆盘的转速为_转/s。（保留3位有效数字）（2）若测得圆盘直径为10.20 cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为 _ cm。（保留3位有效数字）【答案】4.55转/s 2.91cm【解析】从图2可

23、知圆盘转一圈的时间在横坐标上显示22格，由题意知图2中横坐标上每格表示1.0010-2s，所以圆盘转动的周期是0.22s，则转速为4.55转/s反光引起的电流图像在图2中横坐标上每次一格，说明反光涂层的长度占圆盘周长的22分之一。【命题意图与考点定位】匀速圆周运动的周期与转速的关系,以及对传感器所得图像的识图。五、【近几年高考题】8.（09江苏物理江苏物理6）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 氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有 （AB ）A开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz B开关接通后，电压表的示数为100 V C开关断开后，电

24、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：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V=20V，由得副线圈两端的电压为V，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 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。9.（10江苏物理江苏物理7）在如图的远距离输电电路

25、图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有A升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大答案：答案：CD10.（10江苏物理江苏物理3）如图所示的电路中，电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后，在t=t1时刻断开S,下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像中，正确的是答案：答案：B112010重庆重庆1一输入电压为220v，输出电压为36V的变压器副线圈烧坏，为

26、获知此变压器元、复线圈匣数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新饶了5匣线圈。如题17图所示，然后将原来线圈接到220v交流电源上，测得新绕线全的端电压为1v，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线数分别为A1100,360 B.1100，180C2200,180 D.2200,360【答案】B【解析】对新绕线的理想变压器，根据变压比公式得变压器烧坏前，同理，B正确。12.2010全国卷全国卷19图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯L两端的电压等于其额定电压为止。用表示流过原线圈的

27、电流，表示流过灯泡的电流，表示灯泡两端的电压，表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是132010海南物理海南物理9如右图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表下列结论正确的是A若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为V B若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半C若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍D若保持负载电阻的阻值不变输入电压增加到原来的2倍，则

28、输出功率增加到原来的4倍【答案】AD 14.2010福建福建13中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，输电线上的损耗电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率变为A.p/4 B.p/2 C.2P D.4P答案：答案：A 六、六、【复习策略复习策略】（一）、落实考点，挖掘教材，强化对基落实考点，挖掘教材，强化对基本概念的理解与掌握本概念的理解与掌握（二）、加强对基本规律的理解与掌握（二）、加强对基本规律的理解与掌握（三）、培养养成良好的分析和解决问题（三）、培养养成良好的分析和解决问题的习惯，掌握物理学研究的方法的习惯，掌握物理学研究的方法（四）研读高考，把握走向，研究真题，（四）研读高考，把握走向，研究真题，用好教材用好教材