3 交变电流　传感器—2021届高中物理一轮复习暑假专题学案（选修3-2）

1、一轮复习暑假专题-选修3-2学案3交变电流传感器一、交变电流的产生和描述1.交变电流及其产生和图象 (1)定义:大小和方向都随做周期性变化的电流叫作交变电流。 (2)图象:如图甲、乙、丙、丁所示都属于。其中按正弦规律变化的交变电流叫作,如图甲所示。 2.正弦式交变电流的描述 (1)周期和频率.周期(T):交变电流完成一次(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式T=。 .频率(f):交变电流在1 s内完成的次数。单位是赫兹(Hz)。 .周期和频率的关系:T= 或f=。(2)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时).电动势e随时间变化的规

2、律:e=。其中等于线圈转动的角速度,Em=。 .负载两端的电压u随时间变化的规律:u=。 .电流i随时间变化的规律:i=。 (3)交变电流的瞬时值、峰值、有效值.瞬时值:交变电流在某一时刻的值,是时间的函数。.峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。.有效值:跟交变电流的等效的恒定电流的值叫作交变电流的有效值。对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系:E=,U=,I=。 答案：时间交变电流正弦式交变电流周期性变化周期性变化Emsin tnBSUmsin tImsin t热效应二、交变电流的产生与变化规律1.正弦式交变电流的产生(

3、1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)两个特殊位置的特点:线圈平面与中性面重合时,SB,最大,=0,e=0,i=0,电流方向将发生改变。线圈平面与中性面垂直时,SB,=0,最大,e最大,i最大,电流方向不改变。(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次。(4)交变电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关。2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)物理量函数表达式图象磁通量=mcos t=BScos t电动势e=Emsin t=nBSsin t电压u=Umsin t=sin t电流i=Ims

4、in t=sin t三、交变电流“四值”的理解和应用对交变电流“四值”的比较和理解物理量物理意义适用情况及说明瞬时值e=Emsin tu=Umsin ti=Imsin t计算线圈某时刻的受力情况物理量物理意义适用情况及说明峰值(最大值)Em=nBS Im=讨论电容器的击穿电压有效值对正(余)弦式交变电流有:E=U= I=(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的示数为有效值平均值=n =计算通过电路截面的电荷量四、特殊交变电流有效值的计算计算交变电流有效值的方法(1)计算有效值时要根据电流的热效

5、应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量。(3)利用两个公式Q=I2Rt和Q=t可分别求得电流有效值和电压有效值。(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流,其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I=、U=求解。课堂练习1.图示为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理,下列分析正确的是()。A.当线圈平面转到中性面的

6、瞬间,穿过线圈的磁通量最小B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小2.(2018江西五校联考)如图,实验室一台手摇交流发电机的内阻r=1.0 ,外接R=9.0 的电阻。闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10 sin 10t(V),则()。A.该交变电流的频率为10 HzB.该电动势的最大值为10 VC.外接电阻R所消耗的电功率为10 WD.电路中理想交流电流表的示数为1 A3.(2019西安第一次模拟)将硬导线中间一段折成半圆形,使其半径为

7、R,让它在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动。导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P、电阻为r的小灯泡并且小灯泡正常发光。电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,则下列说法中正确的是()。A.半圆形硬导线的转速为B.半圆形硬导线的转速为C.线圈从图示位置转过90°过程中,通过小灯泡的电荷量为D.线圈从图示位置转过90°过程中,通过小灯泡的电荷量为零4.(2018山西大同一中月考)一个U形金属线框分别在两种匀强磁场中绕OO'轴以相同的角速度匀速转动,通过导线给同一电阻R供电,如图甲、乙所示。其中甲图中OO'轴右侧有磁场,

8、乙图中整个空间均有磁场,两磁场的磁感应强度相同。则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为()。A.1B.12C.14D.11一轮复习暑假专题-选修3-2学案3交变电流传感器参考答案1.C 当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为零,感应电动势为零,线圈中的感应电流为零,A、B两项错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大,感应电流最大,C项正确,D项错误。2.D 由发电机产生的感应电动势e=10 sin 10t(V)可知,该交变电流为正弦式交变电流,其感应电动势的瞬时值基本表达式为e=Emsin t,由两式对照可知Em=10 V,=10 rad/s,又由=2f,解得f=5 Hz,A、B两项错误;理想交流电流表测量的是电路中总电流的有效值,根据闭合电路的欧姆定律有I=1 A,外接电阻R所消耗的电功率P=I2R=9 W,C项错误,D项正确。3.A 转动的半圆形导线切割磁感线,产生感应电动势直接给灯泡供电,因灯泡此时正常发光,则其功率为P,电阻为r,设线圈转速为n,则感应电动势的有效值E=,由P=,解得n=,A项正确,B项错误;线圈从图示位置转过90°的过程中,通过灯泡的电荷量q=,C、D两项错误。4.A 题图甲中只在OO'轴的右侧有磁场,