高考物理一轮复习课件 第11单元交变电流　传感器课件 （广东专版）.ppt

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通过本讲的复习 使学生理解交变电流的产生原理 掌握交变电流的变化规律 要抓住两个位置 中性面位置 垂直于中性面位置 理解交变电流最大值 瞬时值 有效值的意义并进行有关计算 能用数学表达式 图象表述交变电流随时间变化的关系 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 通过例1及变式题掌握正弦交变电流的产生原理 第46讲 编读互动 2 通过例2及变式题掌握交变电流的图象 并由图象获取信息 3 通过例3及变式题掌握交变电流的峰值 瞬时值和有效值的应用 第46讲 考点自主梳理 知识点一交变电流的产生1 交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流 简称交流 ac 2 正弦式交变电流 按 规律变化的交变电流 3 正弦式交变电流的产生 如图46 1所示 将闭合矩形线圈置于匀强磁场中 并绕 于磁场方向的轴做匀速转动 中性面位置 穿过线圈的磁通量 感应电动势为零 电流方向发生改变的位置 垂直于中性面位置 穿过线圈的磁通量 感应电动势 的位置 大小 方向 正弦 垂直 最大 为零 最大 第46讲 考点自主梳理 知识点二交变电流的规律 线圈在中性面位置开始计时 1 正弦式交变电流的变化规律 e u i 其中 等于线圈转动的角速度 2 正弦式交变电流的图象如图46 2所示 emsin t umsin t imsin t 第46讲 考点自主梳理 nbs 电容器 位置 第46讲 考点自主梳理 热效应 电功率 电荷量 第46讲 考向互动探究 探究考向一交变电流的产生和描述如图46 3甲所示 将一个平面线圈置于匀强磁场中 并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动 线圈中就会产生正弦式交变电流 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 例1 2011 天津卷 在匀强磁场中 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动 如图46 4甲所示 产生的交变电动势的图象如图乙所示 则 a t 0 005s时线框的磁通量变化率为零b t 0 01s时线框平面与中性面重合c 线框产生的交变电动势有效值为311vd 线框产生的交变电动势频率为100hz b 第46讲 考向互动探究 点评 对正弦式交变电流的产生 要求明确线圈的瞬时位置 电动势图象以及瞬时值表达式之间的对应关系 了解感应电动势的周期 频率 感应电动势峰值的计算方法 例1是利用图象考查交变电流的产生等相关问题 变式题则考查交变电流的瞬时表达式及功率问题 第46讲 考向互动探究 ac 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 例2 2010 广东卷 如图46 6所示是某种正弦式交变电压的波形图 由图可确定该电压的 a 周期是0 01sb 最大值是311vc 有效值是220vd 表达式为u 220sin100 tv bc 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 变式题 双选 一矩形金属线圈绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动 线圈中产生的电动势e随时间t变化的情况如图46 7所示 下列说法正确的是 a 此交流电的频率为0 5hzb 此交流电的电动势有效值为2vc t 0 01s时 线圈平面与磁场方向垂直d t 0 01s时 线圈磁通量变化率为0 cd 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 第46讲 考向互动探究 方法点拨 1 计算通过截面的电荷量q应该用电流的平均值 2 求电热应该用有效值 可以先求电路的总电热q 然后再按照内外电阻之比求r上产生的电热qr 3 根据能量守恒定律 外力做功的过程是机械能向电能转化的过程 电流通过电阻而发热 又将电能转化为内能 即产生电热 注意 本题中求电荷量时易错用交变电流的峰值或有效值求解 平均值是交变电流图象中的波形和横轴 时间轴 所围面积与时间的比值 其数值可根据法拉第电磁感应定律求得 而不是两个时刻瞬时值的算术平均值 在交变电流的一个周期中 时间取值范围不同 往往平均值就不同 求通过电路的电荷量用电流的平均值 第46讲 考向互动探究 答案 1 8 0v 2 2 88w 3 4 0 10 3c 第46讲 考向互动探究 变式题如图46 9所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场 磁感应强度为b 电阻为r 半径为l 圆心角为45 的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的o轴以角速度 匀速转动 o轴位于磁场边界 则线框内产生的感应电流的有效值为 d 第46讲 考向互动探究 第46讲 备用习题 1 双选 如图所示的变化电流中 不属于交变电流的是 ab 第46讲 备用习题 解析 ab交变电流是大小和方向发生周期性变化的电流 选项ab中电流方向不变 始终为正 故不属于交变电流 备选理由 考查交变电流的识别 第46讲 备用习题 2 如图所示 将单匝正方形线圈abcd的一半放入匀强磁场中 磁场的磁感应强度b 1t 让它以边界oo 为轴以角速度 100rad s匀速转动 在ab cd边的中点用电枢将电流输送给小灯泡 线圈边长l 0 2m 总电阻r 4 灯泡电阻r 2 不计p q接触电阻及导线电阻 求 1 理想电压表的读数 2 从图示位置开始 在线圈转动90 的过程中 产生的平均感应电动势为多少 3 从图示位置开始 在线圈转动圈90 的过程中 灯泡上产生的热量是多少 4 从图示位置开始 在线圈转动圈180 的过程中 通过灯丝的电荷量是多少 第46讲 备用习题 答案 1 0 47v 2 1 27v 3 1 7 10 3j 4 6 7 10 3c 第46讲 备用习题 备选理由 综合考查交变电流 四值 的应用 第47讲 变压器远距离输电 第47讲变压器远距离输电 第47讲 编读互动 1 本讲应结合电磁感应的规律理解变压器的原理 对含有变压器的电路问题 要根据串 并联电路的性质 特点 根据变压器的特点 弄清各输入 输出物理量之间的关系 尤其要注意电路中某个量变化时 常会引起电路中其他量的变化 关于电能的输送 应重点研究电能输送中能量的损失和哪些因素有关以及各物理量间的制约关系 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 利用电磁感应中互感现象理解变压器的工作原理 推导原 副线圈电压与线圈匝数间的关系 第47讲 编读互动 2 通过例1及变式题掌握变压器电路的动态分析的方法 3 通过例2及变式题研究变压器基本公式的应用和综合计算 4 通过例3及变式题练习高压输电电路及远距离输电能量损失问题的解题方法 第47讲 考点自主梳理 知识点一变压器1 构造 如图47 1所示 变压器是由 和绕在铁芯上的两个线圈组成 与 连接的线圈是原线圈 与 连接的线圈是副线圈 2 作用 改变 电流的电压 闭合铁芯 交流电源 负载 交变 第47讲 考点自主梳理 3 原理 电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场 由于电流的 在不断变化 铁芯中的磁场也在不断变化 变化的磁场在副线圈中产生 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 现象是变压器工作的基础 4 理想变压器 没有 的变压器 即 功率等于 功率 知识点二远距离输电1 减小输电线电能损失的主要途径 1 输电线的电阻 2 输电电压 2 高压输电 输电过程示意图如图47 2所示 大小 方向 感应电动势 互感 能量损失 输出 输入 减小 提高 第47讲 考点自主梳理 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 例1 2010 全国 卷 双选 如图47 3所示为某一理想变压器 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底端开始 沿副线圈匀速上滑 直至白炽灯泡l两端的电压等于其额定电压为止 用i1表示流过原线圈的电流 i2表示流过灯泡的电流 u2表示灯泡两端的电压 p2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 图47 4中能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 bc 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 点评 本题属于变压器常规问题 涉及变压器电压与匝数成正比 电流与匝数成反比等考点 同时联系功率的计算 金属电阻电阻率随温度变化关系等知识点 且涉及动态分析及对相关图象的理解 第47讲 考向互动探究 变式题 2011 广东卷 双选 图47 5甲左侧的调压装置可视为理想变压器 负载电路中r 55 a v为理想电流表和电压表 若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压 电压表的示数为110v 下列表述正确的是 a 电流表的示数为2ab 原 副线圈的匝数比为1 2c 电压表的示数为电压的有效值d 原线圈中交变电压的频率为100hz ac 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 例2用电高峰期 电灯往往会变暗 其原理可简化为如下问题 如图47 6所示 理想变压器的副线圈上通过输电线连接两只灯泡l1和l2 输电线的等效电阻为r 原线圈输入恒定的交变电压 开始时 开关s断开 当开关s闭合时 以下说法正确的是 a 副线圈输出的电压减小b 原线圈输入的功率减小c 通过灯泡l1的电流增加d 等效电阻r两端的电压增大 d 第47讲 考向互动探究 方法点拨 解答本题的关键是要分清变量和不变量 弄清理想变压器中 谁决定谁 的问题 副线圈两端电压u2由原线圈电压u1和匝数比决定 副线圈电流i2由副线圈电压u2和负载决定 原线圈电流i1由副线圈电流i2和匝数比决定 变压器输入功率p入由输出功率p出决定 且始终有p入 p出 第47讲 考向互动探究 解析 原线圈输入电压不变 副线圈输出电压不变 开关s闭合后 负载总电阻变小 变压器输出电流增大 通过等效电阻r的电流增大 r两端的电压增大 l1两端的电压减小 通过l1的电流也减小 原线圈的输入电流增大 原线圈的输入功率也增大 故a b c选项错 d选项正确 第47讲 考向互动探究 bd 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 探究考向三远距离输电问题1 远距离输电问题的基本分析思路 1 明确远距离输电流程图及各参量间的定量关系 详见本讲 考点自主梳理 2远距离输电 2 画出远距离输电模型图 对照模型图逐步分析 2 输电导线功率损失的分析 1 减小导线的电阻可减小损失功率 2 减小输送电流可大大减小损失功率 在线路和输送功率不变时 应提高输送电压以减小输送电流 3 在输送功率和线路一定时 线路损失功率与输送电压的二次方成反比 第47讲 考向互动探究 例3 2010 江苏卷 在如图47 8所示的远距离输电电路图中 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 cd 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 变式题2011 潍坊一模如图47 9所示为某小型水电站的电能输送示意图 发电机通过升压变压器t1和降压变压器t2向用户供电 已知输电线的总电阻r 10 降压变压器t2的原 副线圈匝数之比为4 1 副线圈与用电器r0组成闭合电路 若t1 t2均为理想变压器 t2的副线圈两端电压u 220sin100 tv 当用电器电阻r0 11 时 a 通过用电器r0的电流有效值是20ab 升压变压器的输入功率为4650wc 发电机中的电流变化频率为100hzd 当用电器的电阻r0减小时 发电机的输出功率减小 ab 第47讲 考向互动探究 第47讲 考向互动探究 第47讲 备用习题 1 如图所示 t为理想变压器 a1 a2为理想交流电流表 v1 v2为理想交流电压表 r1 r2 r3为电阻 原线圈两端接电压一定的正弦交流电 当开关s闭合时 各交流电表的示数变化情况是 a 电压表v1读数变小b 电压表v2读数变大c 电流表a1读数变大d 电流表a2读数变小 c 第47讲 备用习题 备选理由 考查变压器电路动态变化 第48讲 传感器的简单使用 第48讲传感器的简单使用 第48讲 编读互动 1 传感器是现行新课程标准新教材增加的内容 本讲的知识与生产 生活及近代科技密切相关 传感器是自动化控制装置中不可缺少的器件 在信息技术高速发展和电子计算机广泛应用的今天 传感器发挥着越来越重要的作用 近年来高考特别重视对动手能力的考查 更注重于研究方法和创新思维 传感器问题易结合力学 电学 磁学知识 考查传感器基础知识 实验器材的组装 调试 连接 电路设计等 第48讲 编读互动 2 在复习本讲内容时 重点掌握常见传感器元件的作用 原理 结合题目提供的信息 分析传感器所在的电路结构 电路工作原理 1 通过例1及变式题体会在高考中如何考查利用光敏电阻控制电路的题型 掌握光敏电阻的工作特点 2 通过例2及变式题掌握热敏电阻 金属热电阻等感温元件随温度变化的特点及温度传感器的应用 3 通过例3及变式题体会几种电容式传感器的工作原理 第48讲 考点自主梳理 知识点一传感器及其工作原理1 传感器 能够感受诸如力 温度 光 声 化学成分等 量 并能把它们按照一定的规律转换成电压 电流等 量 或转换为电路的通断 2 传感器的组成 传感器一般由 元件和输出部分组成 通过 元件获取外界信息并转换为电信号 通过输出部分输出 然后经过控制器分析处理 非电学 电学 敏感 敏感 第48讲 考点自主梳理 3 传感器元件 1 光敏电阻 当光照增强时 光敏电阻的电阻值 当光照减弱时 光敏电阻的电阻值 光敏电阻把光照强度的变化转换成 的变化 2 热敏电阻与金属热电阻 热敏电阻的电阻值随温度的升高而 金属热电阻的电阻值随温度的升高而 热敏电阻和金属热电阻把温度的变化转换为 的变化 减小 增大 电阻值 减小 增大 电阻值 第48讲 考点自主梳理 4 传感器工作原理 磁感应强度 第48讲 考点自主梳理 知识点二传感器的应用及实例1 力传感器 电子秤 它是由金属梁和 组成的 应变片是一种敏感元件 多用半导体材料制成 2 声传感器 话筒 它是一种常用的声传感器 其作用是将 信号转换为 信号 3 温度传感器 不同的温度传感器所用的温控元件不同 电熨斗内装有 温度传感器 自动电饭锅内的温控元件是 测温仪中的测温元件有使用 电阻的 有使用 电阻的 还有使用红外线敏感元件的 应变片 声 声音 电 双金属片 感温铁氧体 热敏 金属热 第48讲 考点自主梳理 4 光传感器 利用 电阻的电阻值随光照强度的增强而 的特性可制作光传感器 其他光传感器所用的敏感元件还有红外接收管和光电三极管等 5 电容传感器 电容传感器是利用电容器的电容量随 两板的 以及两板间电介质的 常数的变化而改变的原理工作的 光敏 减小 两板间距 正对面积 介电 第48讲 考向互动探究 探究考向一光电传感器1 光敏电阻 光敏电阻的阻值被光照射时发生变化 光照增强则电阻变小 光照减弱则电阻变大 2 机械式鼠标器 机械式鼠标内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接收管 两个红外接收管就是两个光电传感器 光电传感器接收到的是红外发射管发出的断续的红外线脉冲信号 输出的是对应的电脉冲信号 第48讲 考向互动探究 3 火灾报警器 会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器 这些报警器中有一种是利用烟雾对光的散射来工作的 该报警器带孔的罩子内装有发光二极管led 三极管和不透明的挡板 正常情况下 发光二极管发出的光被挡板挡住 不能照射到光电三极管上 报警电路不工作 当烟雾进入报警器带孔的罩子后 由于烟雾对光有散射作用 使部分光线照射到光电三极管上 光电三极管电阻变小 与传感器连接的电路检测出这种变化后就会启动报警电路发出警报 第48讲 考向互动探究 例1如图48 3所示是一火警报警器的部分电路示意图 其中r3为用半导体热敏材料制成的传感器 该材料电阻值随温度升高而减小 值班室的显示器为电路中的电流表 a b之间接报警器 当传感器r3所在处出现火情时 显示器的电图48 3流i 报警器两端的电压u的变化情况是 a i变小 u变小b i变小 u变大c i变大 u变大d i变大 u变小 a 第48讲 考向互动探究 点评 光敏电阻的特点是有光照射时电阻减小 利用这种特性制成的传感器可用在读数器 报警器等设备上 第48讲 考向互动探究 变式题如图48 4所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当照射光强度增大时 a 电压表的示数增大b r2中电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压增大 abc 第48讲 考向互动探究 解析 当光强度增大时 r3阻值减小 外电路电阻随r3的减小而减小 r1两端电压因干路电流增大而增大 同时内电压增大 故电路路端电压减小 电压表的示数增大 a项正确 d项错误 由路端电压减小而r1两端电压增大知 r2两端电压必减小 则r2中电流减小 故b项正确 结合干路电流增大知 流过小灯泡的电流必增大 则小灯泡的功率增大 故c项正确 第48讲 考向互动探究 第48讲 考向互动探究 2 温度传感器的应用 1 电熨斗 日光灯启动器 电熨斗和日光灯启动器中均装有双金属片温度传感器 这种传感器的作用是控制电路的通断 2 电饭锅 电饭锅中应用的温度传感器的主要元件是感温铁氧体 感温铁氧体的特点是 常温下具有铁磁性 能够被磁铁吸引 但是上升到约103 时 就失去铁磁性 不能被磁铁吸引了 这个温度在物理学中称为该材料的 居里温度 或 居里点 这样 当电饭锅中温度上升到约103 时 开关自动断开 以此来控制电饭锅中的温度 第48讲 考向互动探究 3 测温仪 测温仪中应用了温度传感器 它可以把温度转换成电信号 由指针式仪表或数字式仪表显示出来 测温仪中的测温元件可以是热敏电阻 金属热电阻 热电偶等 还可以是红外线敏感元件等 第48讲 考向互动探究 例2 2010 课标全国卷 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻rt 在给定温度范围内 其阻值随温度的变化是非线性的 某同学将rt和两个适当的固定电阻r1 r2连成如图48 5虚线框内所示的电路 以使该电路的等效电阻rl的阻值随rt所处环境温度的变化近似为线性的 且具有合适的阻值范围 为了验证这个设计 他采用伏安法测量在不同温度下rl的阻值 测量电路如图48 5所示 图中的电压表内阻很大 rl的测量结果如下表所示 第48讲 考向互动探究 第48讲 考向互动探究 规范解答 1 连线如图48 9所示 第48讲 考向互动探究 2 为了检验rl与t之间近似为线性关系 在图48 7的坐标系中作rl t关系图线 2 rl t关系曲线如图48 10所示 第48讲 考向互动探究 3 在某一温度下 电路中的电流表 电压表的示数如图48 8甲 乙所示 电流表的读数为 电压表的读数为 此时等效电阻rl的阻值为 热敏电阻所处环境的温度约为 115ma 5 00v 43 5 64 62 66 均可 第48讲 考向互动探究 主编剖析 本题在原卷中占15分 第 1 问得分要点是连线不交叉 连接到位 电表和电源接线柱连接准确 应特别注意滑动变阻器连接 第 2 问得分要点是描点准确 图线为直线 画线要细 保留描点痕迹 解答第 3 问的关键是利用计算出的电阻值结合图线获得环境温度 第48讲 考向互动探究 第48讲 考向互动探究 高考命题者说 本题主要考查考生的实验能力 同时也考查了考生的理解能力和分析综合能力 根据实验原理图连接实物图是电学实验中最基本的实验操作能力 本题第 1 问要求考生按照题给的电路图将实物图中的器材进行连接 考查了考生实验的操作能力 第 2 问要求考生根据所给数据作出电阻和温度的关系曲线图 考查了考生处理实验数据的能力 由于在第 3 问中要利用此图表分析问题 因此要求考生在作图时要非常仔细 掌握利用数据点获得关系曲线的基本方法 第48讲 考向互动探究 第 3 问通过对电流表和电压表的实验数据的读取 考查考生读取实验数据和运用欧姆定律的能力 同时又结合第 2 问的图线获得所需结论 这样的考核内容的设计 能够较好反映出考生实际操作实验的能力和水平 本题抽样统计难度为0 682 区分度为0 493 对全体考生都有一定的区分度 有8 的考生得4分 10 的考生得6分 11 的考生得8分 16 的考生得9分 18 的考生得10分 12 的考生得满分 第48讲 考向互动探究 变式题 2011 江苏卷 美国科学家willards boyle与georgee smith因电荷耦合器件 ccd 的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖 ccd是将光学量转变成电学量的传感器 下列器件可作为传感器的有 a 发光二极管b 热敏电阻c 霍尔元件d 干电池 bc 第48讲 考向互动探究 解析 热敏电阻的阻值随温度的变化而变化 可以把温度转化为电学量 而霍尔元件可以把磁场的磁感应强度转化为电学量 热敏电阻和霍尔元件可作为传感器 b c正确 第48讲 考向互动探究 探究考向三电容传感器电容式传感器的工作原理电容器的电容决定于极板的正对面积s 极板间距d 极板间的电介质这几个因素 如果某一物理量 如角度 位移x 深度h等 的变化能引起上述某个因素的变化 从而引起电容的变化 通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化 如图48 11所示是测量液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质 放入导电溶液中 导线芯和导电溶液构成电容的两个极 导线芯外面的绝缘物质就是电介质 当液面高度h发生变化时 引起正对面积发生变化 使电容c发生变化 知道电容c的变化 就可以确定液面高度h的变化情况 第48讲 考向互动探究 第48讲 考向互动探究 如图48 12所示是用来测定角度 的电容式传感器 当动片与定片之间的角度 发生变化时 引起极板正对面积s的变化 则电容c发生变化 知道电容c的变化 就可以确定角度 的变化情况 第48讲 考向互动探究 如图48 13所示是测定压力f的电容式传感器 当待测压力f作用于可动膜片电极上时 膜片发生形变 使极板间距离d发生变化 引起电容c变化 知道电容c的变化 就可以确定f的变化情况 第48讲 考向互动探究 如图48 14所示是测定位移x的电容式传感器 电容c随着电介质板进入极板间的长度发生变化 知道电容c的变化 就可以确定位移x的变化情况 第48讲 考向互动探究 例3如图48