最好教案电磁感应

第四章电磁感应4.1划时代的发现一、基础知识1、奥斯特梦圆“电生磁”------电流的磁效应2、法拉第心系“磁生电”------电磁感应现象二、实例探究【例1】发电的基本原理是电磁感应。发现电磁感应现象的科学家是（）A．安培B．赫兹C．法拉第D．麦克斯韦【例2】发现电流磁效应现象的科学家是__________，发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是_______，发现电磁感应现象的科学家是________，发现电荷间相互作用力规律的的科学家是_________。【例3】下列现象中属于电磁感应现象的是（）A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场（C、B）4.2、探究电磁感应的产生条件一、基本知识1、磁通量定义：公式：=BS，单位_______，符号_______。推导：B=/S，磁感应强度又叫磁通密度，用Wb/m2表示B的单位；计算：当B与S垂直时=BS；当B与S不垂直时的计算要注意分解B，用垂直S的分量乘以S；线圈有n匝时仍用=BS求，不可以乘以匝数。2、初中知识回顾：当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。3、探究电磁感应的条件实验一：闭合电路的部分导线在匀强磁场中切割磁感线，探究导线运动快慢与电流表示数大小的关系.实验二：向线圈中插入磁铁,或把磁铁从线圈中抽出,探究磁铁插入或抽出快慢与电流表示数大小的关系。实验三：通电线圈放入大线圈或从大线圈中拔出，或改变线圈中电流的大小（改变滑线变阻器的滑片位置）探究将小线圈从大线圈中抽出或放入快慢与电流表示数的关系以上实验结论：1、产生感应电流的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量发生改变2、电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象3、感应电流：由磁场产生的电流叫感应电流4、思考产生感应电动势的条件二、例题分析例1、右图哪些回路中会产生感应电流例2、如图，要使电流计G发生偏转可采用的方法是A、K闭合或断开的瞬间B、K闭合，P上下滑动C、在A中插入铁芯D、在B中插入铁芯三、练习与作业1、关于电磁感应，下列说法中正确的是A导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流C闭合电路在磁场中做切割磁感线的运动，电路中一定会产生感应电流D穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流2、恒定的匀强磁场中有一圆形闭合圆形线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感应电流A线圈沿自身所在的平面做匀速运动B线圈沿自身所在的平面做加速直线运动C线圈绕任意一条直径做匀速转动D线圈绕任意一条直径做变速转动3、如图，开始时距形线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场外，另一半在匀强磁场内，若要使线圈中产生感应电流，下列方法中可行的是A以ab为轴转动B以oo/为轴转动C以ad为轴转动（转过的角度小于600）D以bc为轴转动（转过的角度小于600）4、如图，距形线圈abcd绕oo/轴在匀强磁场中匀速转动，下列说法中正确的是A线圈从图示位置转过90的过程中，穿过线圈的磁通量不断减小B线圈从图示位置转过90的过程中，穿过线圈的磁通量不断增大C线圈从图示位置转过180的过程中，穿过线圈的磁通量没有发生变化D线圈从图示位置转过360的过程中，穿过线圈的磁通量没有发生变化6、在无限长直线电流的磁场中，有一闭合的金属线框abcd，线框平面与直导线ef在同一平面内（如图），当线框做下列哪种运动时，线框中能产生感应电流A、水平向左运动B、竖直向下平动C、垂直纸面向外平动D、绕bc边转动4.3法拉第电磁感应定律一、基础知识1、感应电动势（1）电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象(2)产生感应电流的条件：线路闭合，闭合回路中磁通量发生变化。(3)感应电动势：定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势；其大小等于磁通量的变化率。产生条件：回路中的磁通量发生变化但回路不一定闭合；有关因素：穿过线圈的磁通量的变化快慢（/t）有关；注意：磁通量的大小;磁通量的变化;磁通量的变化快慢（/t）的区分；2、法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比。公式：单匝线圈：E=/t多匝线圈：E=n/t适用范围：普遍适用3、导线切割磁感线时产生的感应电动势计算公式：E=BLvsin。—导线的运动方向与磁感线的夹角。推导方法：条件：导线的运动方向与导线本身垂直适用范围：匀强磁场，导线切割磁感线单位：1V=1T1m1m/s=1Wb/s4、反电动势电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们就把感应电动势称为反电动势；其作用是阻碍线圈的转动。教材P12。电动机在使用时的注意点：二、例题分析例1、如图，导体平行磁感线运动，试求产生的感应电动势的大小（速度与磁场的夹角，导线长度为L）例2、如右图,电容器的电容为C,两板的间距为d,两板间静止一个质量为m,电量为+q的微粒,电容器C与一个半径为R的圆形金属环相连,金属环内部充满垂直纸面向里的匀强磁场.试求:B/t等于多少?例3、如右图,无限长金属三角形导轨COD上放一根无限长金属导体棒MN,拉动MN使它以速度v向右匀速运动,如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体,电阻率都相同,那么MN运动过程中,闭合回路的A感应电动势保持不变B感应电动流保持不变C感应电动势逐渐增大D感应电动流逐渐增大三、练习与作业1、如右图，平行放置的金属导轨M、N之间的距离为L；一金属杆长为2L，一端以转轴o/固定在导轨N上，并与M无摩擦接触，杆从垂直于导轨的位置，在导轨平面内以角速度顺时针匀速转动至另一端o/脱离导轨M。若两导挥间是一磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，不计一切电阻，则在上述整个转动过程中A、金属杆两端的电压不断增大B、o/端的电势总是高于o端的电势C、两导轨间的最大电压是2BL2D、两导轨间的平均电压是271/2BL2/22、如右图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，一直角边长度为a，电阻为R的等腰直角三角形导线框以速度v垂直于斜边方向在纸面内运动，磁场与纸面垂直，则导线框的斜边产生的感应电动势为，导线框中的感应电流强度为。3、如左图，一边长为a，电阻为R的正方形导线框，以恒定的速度v向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直于线框平面，磁感应强度为B，MN与线框的边成45角，则在线框进入磁场过程中产生的感应电流的最大值等于4、如图，长为L的金属杆在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，沿逆时针方向绕o点在纸面内匀速转动，若角速度为，则杆两端a、b和o间的电势差Uao=以及Ubo=5、半径为10cm、电阻为0.2的闭合金属圆环放在匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环所在平面，当磁感应强度为B从零开始随时间t成正比增加时，环中感应电流为0.1A。试写出B与t的关系式（B、t的单位分别取T、s）6、如图，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，感应强度为B。一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值及通过的电量。4.4楞次定律一、基础知识1．实验．(1)选旧干电池用试触的方法查明电流方向与电流表指针偏转方向的关系．明确：对电流表而言，电流从哪个接线柱流入，指针向哪边偏转．(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况．a．磁场方向不变，两次改变导体运动方向，如导体向右和向左运动．b．导体切割磁感线的运动方向不变，改变磁场方向．根据电流表指针偏转情况，分别确定出闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生的感应电流方向．感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向都有关系．感应电流的方向可以用右手定则加以判定．右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指的就是感应电流的方向．(3)闭合电路的磁通量发生变化的情况：实线箭头表示原磁场方向，虚线箭头表示感应电流磁场方向．分析：(甲)图：当把条形磁铁N极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．(乙)图：当把条形磁铁N极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．(丙)图：当把条形磁铁S极插入线圈中时，穿过线圈的磁通量增加，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反．(丁)图：当条形磁铁S极拔出线圈中时，穿过线圈的磁通量减少，由实验可知，这时感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同．2、实验结论：楞次定律--感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．可以简化为“来拒去留、增反减同”。说明：对“阻碍”二字应正确理解．“阻碍”不是“阻止”，而只是延缓了原磁通的变化，电路中的磁通量还是在变化的．例如：当原磁通量增加时，虽有感应电流的磁场的阻碍，磁通量还是在增加，只是增加的慢一点而已．实质上，楞次定律中的“阻碍”二字，指的是“反抗着产生感应电流的那个原因．”3、应用楞次定律判定感应电流的步骤(四步走)．(1)明确原磁场的方向；(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；(3)根据楞次定律，判定感应电流的磁场方向；(4)利用安培定则判定感应电流的方向．4、推论：当导线切割磁感线时可用右手定则来判定，即大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导线的运动方向，则四指的指向为感应电流的方向二、例题分析例1、在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图，导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面。欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动情况可能是A、匀速向右运动B、加速向右运动C、减速向右运动D、加速向左运动例2、如图，水平地面上方有正交的匀强磁场和匀强电场，电场竖直向下，磁场垂直纸面向里，半圆形铝框从直径出于水平位置时开始下落，不计阻力，a、b两端落到地面的次序是A、a先于bB、b先于aC、a、b同时落地D、无法判定例3、如图，电容器PQ的电容为10F，垂直于回路的磁场的磁感应强度以510-3T/s的变化率均匀增加，回路面积为10-2m2。则PQ两极电势差的绝对值为V。P极所带电荷的种类为，带电量为三、练习与作业1、一根沿东西方向的水平导线，在赤道上空自由落下的过程中，导线上各点的电势A、东端最高B、西端最高C、中点最高D、各点一样高2、如右图，匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形，设线圈导线不可伸长，且线圈仍处于原先所在的平面内，则在线圈发生形变的过程中A、线圈中将产生abcd方向的感应电流B、线圈中将产生adcb方向的感应电流C、线圈中将产生感应电流的方向先是abcd，后是adcbD、线圈中无感应电流3、如右图，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与一圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合。为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动B、S极向纸内，N极向纸外，使磁铁绕O点转动C、使磁铁在线圈平面内绕O点顺时针转动D、使磁铁在线圈平面内绕O逆时针转动4、如右图，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合距形导线框，E是电源，当滑线变阻器R的滑片P自左向右滑行时，线框ab将A、保持静止不动B、沿逆时针方向转动C、沿顺时针方向转动D、发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向。

4.5感生电动势和动生电动势一、基础知识：1、感应电场与感生电动势由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。2、洛伦兹力与动生电动势一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时非静电力与洛伦兹力有关。由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。如图所示，导体棒运动过程中产生感应电流，试分析电路中的能量转化情况。导体棒中的电流受到安培力作用，安培力的方向与运动方向相反，阻碍导体棒的运动，导体棒要克服安培力做功，将机械能转化为电能。二、实例探究磁场变强【例1】如图所示，一个闭合电路静止于磁场中，由于磁场强弱的变化，而使电路中产生了感应电动势，下列说法中正确的是（AC）磁场变强A．磁场变化时，会在在空间中激发一种电场B．使电荷定向移动形成电流的力是磁场力C．使电荷定向移动形成电流的力是电场力D．以上说法都不对【例2】如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（AB）A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关C．动生电动势的产生与电场力有关D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的【例3】如图所示，两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻不计，另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m，电阻均为R，若要使cd静止不动，则ab杆应向上运动，速度大小为_2mgR/B2L2_，作用于ab杆上的外力大小为巩固练习1．如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（B）A．不变B．增加C．减少D．以上情况都可能2．穿过一个电阻为lΩ的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2Wb，则（BD）A．线圈中的感应电动势一定是每秒减少2VB．线圈中的感应电动势一定是2VC．线圈中的感应电流一定是每秒减少2AD．线圈中的感应电流一定是2A3．在匀强磁场中，ab、cd两根导体棒沿两根导轨分别以速度v1、v2滑动，如图所示，下列情况中，能使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的是（C）A．v1＝v2，方向都向右B．v1＝v2，方向都向左C．v1>v2，v1向右，v2向左D．v1>v2，v1向左，v2向右4．如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，求：（1）磁通量变化率，回路的感应电动势；（4V）（2）a、b两点间电压Uab（2.4A）5．如图所示，在物理实验中，常用“冲击式电流计”来测定通过某闭合电路的电荷量．探测器线圈和冲击电流计串联后，又能测定磁场的磁感应强度．已知线圈匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R，把线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈与磁场方向垂直，现将线圈翻转180°，冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为q，由此可知，被测磁场的磁磁感应强度B=__qR/2nS__6．如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度．两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面．下面对于两管的描述中可能正确的是（AD）A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的4.6互感和自感一、互感现象1、基本概念：①互感：②互感现象：③互感电动势：2、互感的理解：（1）、如右图断开、闭合开关瞬间会发生电磁感应吗？（2）这是互感吗？小结：互感现象不仅发生与绕在同一铁芯上的两个何相互靠近的电路之间。线圈之间，而且可以发生于任何两个相互靠近的电路之间。问题情景：（互感中的能量）另一电路中能量从哪儿来的？小结：互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。3、互感的应用和防止：二、自感现象：1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。2、自感电动势：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势，E=L△I／△t3、原因：由电流的磁效应可知，线圈通电后周围就有磁场产生，电流变化，则磁场也变化，那么对于这个线圈自身来说穿过它的磁通量在此过程中也发生了变化，因此也产生了电磁感应现象。4.磁场的能量分析：电源断开以后，线圈中电流不会立即消失，这时的电流仍然可以做功，说明线圈储存能量。当开关闭合时，线圈中的电流从无到有，其中的磁场也是从天到有，这可以看作电源把能量输送到磁场，储存在磁场中。这里我们知识一个合理的假设，有关电磁场能量的直接式样验证，要在我们认识了电磁波之后才有可能。5．自感现象的理解：线圈中电流的变化不能在瞬间完成，即不能“突变”。也可以说线圈能体现电的惯性6．自感的应用与防止：应用：日光灯防止：变压器、电动机三、自感系数1.自感系数，简称自感或电感，用字母L表示。影响因素：形状、长短、匝数、有无铁芯。2．单位：亨利符号：H常用单位：毫亨（mH）微亨（μH）四、实例探究【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（）A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗（AD）【例2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K断开后，分析：（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？五、巩固练习1．下列关于自感现象的说法中，正确的是（）A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是（）A．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零C．线圈中电流变化越快，自感系数越大D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定3．如图所示，L为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯能正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象分别是（）A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭B．小灯立即亮，小灯立即熄灭C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭（ACD，D，A）4.7涡流1、涡流当线圈中的电流发生变化时，这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡，所以叫做涡流。应用：电磁炉：因为铁锅中的涡流很强，会产生大量的热。变压器：铁芯中的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流产生的热量也减少。2、电磁阻尼导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。［演示］如图所示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，磁铁会很快停下来。上述现象说明了什么？当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中会产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开，也就是磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，安培阻力较相对较大，因而磁铁会很快停下来。3、电磁驱动磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种现象称为电磁驱动。交流感应电动机就是应用电磁驱动的原理工作的。简要介绍交流感应电动机的工作过程。4、实例探究【例1】如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（）A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大（AD）巩固练习1．如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则（）A．铝环的滚动速度将越来越小B．铝环将保持匀速滚动C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变2．如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则（）A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h3．如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（）A．铁B．木C．铜D．铝4．如图所示，圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线在圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过环过程中，做___减速___运动．（选填“加速”、“匀速”或“减速”）5．如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（）A．A、B两点在同一水平线B．A点高于B点C．A点低于B点D．铜环将做等幅摆动（1B，2BD，3CD，5B）第五章交变电流5．1交变电流一、基础知识：1、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。2、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流。3、解释如右图：当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向沿着a→b→c→d→a方向流动的。当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的。线圈平面与磁感线平行时（极值面），ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?当线圈平面跟磁感线垂直时（中性面），ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。（1）中性面——线框平面与磁感线垂直的位置。（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但=0。（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。4．交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?eab=BL1vsinωt=BL1·ωsinωt=BL1L2sinωt此时整个线框中感应电动势多大?e=eab+ecd=BL1L2ωsinω做感应电动势的峰值，根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：4．几种常见的交变电波形5、总结：（1）．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。（2）．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。（3）．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。(4)、极值面的特点：感应电动势最大为，但磁通量为0。（四）实例探究交变电流的图象、交变电流的产生过程【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是（）A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大交变电流的变化规律【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。分析物理图象的要点：一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。三判：在此基础上进行正确的分析和判断。综合应用【例3】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200rad/s。已知ab=0.1m，bc=0.2m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；（4）当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？5．2描述交变电流的物理量一、基础知识1、瞬时电动势：e=Emsinωt瞬时电流：i=Imsinωt2、瞬时电压：u=Umsinωt其中Em=NBSω3、表征正弦交变电流的物理量。（1）．周期和频率（1）周期：交变电流完成一次周期性的变化所用的时间，叫做交变电流的周期，用T表示。（2）频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，用f表示。T=（3）它们之间成倒数关系。（4）我国使用的交变电流频率f=50Hz，周期T=0。02s。4．交变电流的峰值（Em，Im，Um）交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。5、有效值（E、I、U）让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。只有正（余）弦交变电流的最大值与有效值有以下关系：I==0.707ImU==0.707Um［强调］（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。（2）交变电流表（电压表或电流表）所测值为有效值。（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。6、电容器的耐压值：是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值，电容器可能被击穿。如某电容器标有（8V，500μF）则8V即为耐压值。二、实例探究【例1】表示交变电流随时间变化图象如图所示，则交变电流有效值为（）A．5A B．5AC．3.5 A D．3.5A综合应用【例2】交流发电机矩形线圈边长ab=cd=0.4m，bc=ad=0.2m，共50匝，线圈电阻r=1Ω，线圈在B=0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO′以r/s转速匀速转动，外接电阻9Ω，如图所示。求：（1）电压表读数；（2）电阻R上电功率。5．3电感和电容对交变电流的影响一、基础知识：1．电感对交变电流的阻碍作用［演示］电阻、电感对交、直流的影响。实验电路如下图甲、乙所示：结论：线圈对直流电的阻碍作用只是电阻；而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外，还有电感.由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化。原因：电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就越大；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大。应用：线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。出示扼流圈，并介绍其构造和作用。（1）低频扼流圈构造：线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大。作用：对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”。（2）高频扼流圈构造：线圈绕在铁氧体芯上，线圈匝数少，自感系数小。作用：对低频交变电流阻碍小，对高频交变电流阻碍大。即“通低频、阻高频”。2．电容器对交变电流的影响：［演示1］电容对交、直流的影响。实验电路如图所示：［演示2］电容器对交变电流的影响将刚才实验电路中“1000μF，15V”的电容器去掉，观察灯泡的亮度，灯泡的亮度变亮了。说明结论：电容器对交变电流也有阻碍作用，这种阻碍作用叫容抗。容抗决定于电容器电容的大小和交变电流的频率.电容越大，在同样电压下电容器容纳电荷越多，因此充放电的电流越大，容抗就越小；交变电流的频率越高，充放电进行得越快，充放电电流越大，容抗越小.即电容器的电容越大，交变电流频率越高，容抗越小。电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点。介绍电感、电容的广泛存在。二、实例探究电感对交变电流的影响【例1】如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零。电压表内阻无限大，交流电源的电压u=220sin10πtV。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确的是（）A．电流表示数增大B．电压表示数减小C．灯泡变暗D．灯泡变亮电感和电容对交变电流的影响【例2】图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用。三、巩固练习1．关于低频扼流圈，下列说法正确的是A．这种线圈的自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用B．这种线圈的自感系数很大，对低频电流有很大的阻碍作用C．这种线圈的自感系数很大，对高频交流的阻碍作用比低频交流的阻碍作用更大D．这种线圈的自感系数很小，对高频交流的阻碍作用很大而对低频交流的阻碍作用很小2．在图所示电路中，u是有效值为200V的交流电源，C是电容器，R是电阻.关于交流电压表的示数，下列说法正确的是（）A．等于220V B．大于220VC．小于220V D．等于零3．在图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻，下列说法中正确的是（）A.L的作用是“通低频，阻高频”B.C的作用是“通交流，隔直流”C.C的作用是“通高频，阻低频”D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比4．如图所示，交变电流电压的瞬时表达式u=311sin157tV时，三个电流表的示数相同，若电源电压改为u′=sin314tV时，则（）A．电流表的示数减小B．电流表的示数增大C．电流表的示数不变5．4变压器一、基础知识：1．变压器的原理2、变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。3、变压器的结构示意图和符号，如下图所示：说明：互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。4、变压器线圈两端的电压与匝数的关系：5、理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器。（1）、，（2）、因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入（3）、又因为P入=U1I1=P出=U2I2所以有上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。当副线圈有多个时，每个副线圈和原线圈之间仍满足电压比等于匝数比，但电流比就只能用P入=U1I1=U2I2+U3I3+U4I4+……来计算。6、如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。升压变压器，I2<I1，降压变压器，I2>I1。因为升压变压器，I2<I1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。降压变压器，I2>I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。二、实例探究理想变压器基本规律【例1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）A．交流的频率 B．电流的有效值C．电功率 D．磁通量变化率理想变压器的综合应用【例2】如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（）A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大【例3】如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3.三、巩固练习1．理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6V的电池上，则副线圈两端电压为（）A.36V B.6VC.1V D.0V2．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）A.负载电阻为0 B.输出电流为0C.两端电压为0 D.输出功率为03．理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（）A.I2由I1决定 B.U2与负载有关C.P1由P2决定 D.U1由U2决定4．一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍（）A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍C.负载电阻变为原来的2倍D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍5．用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流A．增加原线圈的匝数B．增加副线圈的匝数C．减小负载电阻R的数值D．增加负载电阻R的数值6．在图所示的电路中，理想变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（）A.L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作C.L1和L2中只有一个能正常工作D.条件不足，无法判断7．如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?8．如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1，交流电源电压U1=220V，F为熔断电流为I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻.（1）当电阻R=100Ω时，保险丝能否被熔断?（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?5．5电能的输送一、基础知识：1．降低输电损耗的两个途径（1）、其一是减小输电线电阻：由r=ρ，要减小输电线的电阻r，可采用下述方法：①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小，但价格昂贵，目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度l不可行，因为要保证输电距离.③增加导线的横截面积，可适当增大横截面积。太粗不可能，既不经济又架设困难。（2）、其二是减小输电电流：根据P=UI可知，当输送功率一定时要减小输电线中的电流I，必须提高输电电压U，这就是采用高压输电的道理。有110kV、220kV、330kV，输电干线采用500kV的超高压，20XX年已经实现了1000kv的超高压输电。2、远距离输电模型图：设发电机的输出功率为P，则功率损失为ΔP=I22R用户得到的功率为P用=P-ΔP.输电线路上的电压损失为：ΔU=I2R，则U3=U2-ΔU.说明：不是输电电压越高越好，因为电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。实际输送电能时，要综合考虑，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，要依照不同情况选择合适的输电电压。3．电网供电的优点：可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。二、实例探究高压输电的优点【例1】远距离输送交变电流都采用高压输电。我国西北电网正在建设750kV线路。采用高压输电的优点是（）A．可节省输电线的铜材料B．可根据需要调节交流电的频率C．可减少输电线上的能量损耗D．可加快输电的速度远距离输电的过程【例2】某小型水电站发电机输出的电功率为100kW，输出电压250V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220V电压.求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？（理想变压器）例3：某交流发电机输出功率为5×10.5W，输出电压为U=1.0×10.3V，假如输电线的总电阻R=10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压U=380V.（1）画出输电线路的示意图并标明各部分的符号；（2）所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少？（使用的变压器是理想变压器）三、巩固练习1．在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是（）A．使输电线粗一些 B．减短输电线长度C．减少通电时间 D．采用高压输电2．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是（）A．输电线上的电流变为原来的n倍B．输电线上的电压损失变为原来的1/n2C．输电线上的电功率损失变为原来的1/nD．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍3．下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（）A．因为热功率P=，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗D．以上说法均不正确4．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电导线上损耗的功率可表示为（）A． B．C．I2R D．I（U1-U2）第五章交变电流一、知识梳理1．交变电流的产生：线圈在匀强磁场中绕_______于磁场的轴匀速转动，产生按_______规律变化的电流。线圈转至中性面时，穿过线圈的磁通量______，而感应电动势________。2．表征交变电流的物理量：周期T、频率f，它们之间关系是_________；峰值：Em、Im、Um；有效值：E、I、U3．正弦交变电流的变化规律：瞬时值表达：e=______________，i=______________，u=____________峰值：Em=__________；正弦交变电流有效值与峰值的关系：E=__________，I=____________，U=_____________4．电感电容：感抗RL=2πfL容抗RC=1/（2πfc）电感作用：________，_________；_________，__________；电容作用：_____________，_____________；____________；______________。5．理想变压器：原理：______________；原副线圈输入输出功率的关系：__________；电压与匝数的关系：_________；电流与匝数的关系：只有一个副线圈时，___________；有多个副线圈时，________________6．远距离输电：导线上的功率损失_________________；导线上的电压损失______________二、专题讲练专题一交变电流的四值交变电流的四值是指：瞬时值、峰值、有效值、平均值1、瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，。应当注意必须从中性面开始。生活中用的市电电压为220V，其峰值为______V，频率为____HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=__________V。针对练习：（1）、有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？（2）、交流发电机的线圈从平行磁场的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为_________V。2．峰值：它是瞬时值的_____值，它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，______（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的峰值不能超过电容器的耐压值。针对练习3、一只氖管的起辉电压为50V，把它接在u=50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为（）A．0.02sB．0.01sC．0.015sD．0.005s3、有效值：交变电流的有效值是根据电流的______规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的____相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：_______，_________对于非正弦交变电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指________。用电器上所标电压、电流值也是指______。在计算交变电流通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用_________。针对练习4、通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求该交变电流的有效值I。4、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律·来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有。计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。针对练习5、如图所示，求线圈由图示位置转过60°角的过程中，通过线圈某一横截面的电量。针对练习6、交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：⑴通过R的电荷量q为多少？⑵R上产生电热QR为多少？⑶外力做的功W为多少？专题二感抗和容抗（统称电抗）1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。C1C2针对练习7、左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么C1、C1C2针对练习8、对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）A．双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大B．双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大C．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大D．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小专题三理想变压器1．理想变压器的电压变化规律为U1/U2＝________2．输入输出功率关系：________3．只有一个副线圈的理想变压器的电流变化规律I1/I2＝__________4．变压器的电压决定电压；电流决定电流；功率决定功率n2Ln3R220Vn1针对练习9、理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1n2n3R220Vn1针对练习10、在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是（）AAAAA零线火线火线零线零线火线零线火线A.B.C.D.针对练习11、如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?针对练习12、如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大专题四远距离输电远距离输电的示意图如图所示：包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1′,n2、n2′，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1′，P2=P2′，P1′=Pr=P2。电压之间的关系是：。电流之间的关系是：。可见其中电流之间的关系最简单，中只要知道一个，另两个总和它相等。因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。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，而不能用。针对练习13、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r。⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？针对练习14、发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.（2）画出此输电线路的示意图.（3）用户得到的电功率是多少？针对练习15、学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R=4Ω，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：⑴发电机的输出功率多大？⑵发电机的电动势多大？⑶输电线上损耗的电功率多大？~~R6．1传感器及其工作原理一、基础知识：1、传感器演示实验：（1）定义：传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断的仪器。（2）传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。几种常见的传感器：2．制作传感器常用的一些元器件：（1）光敏电阻特点：光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。作用：光敏电阻能够将光信号转化为电信号。（2）．热敏电阻和金属热电阻金属导体的电阻随温度升高而变大；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度交差。热敏电阻（半导体材料）的阻值随温度升高而变小，热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小。热敏电阻或金属热电阻能够将热信号转化为电阻这个电信号。（3）．霍尔元件设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为①载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即②由①②式得③式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令，则上式可写为④一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁信号转化为电压信号。二、实例探究光敏电阻及其应用【例1】如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（）A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次热敏电阻及其应用【例2】有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻霍尔元件及其应用【例3】如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）6．2传感器的应用一、基础知识：1、传感器应用的一般模式阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。2．力传感器的应用——电子秤阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。3．声传感器的应用——话筒（1）话筒的作用是把声音信号转化为电信号。（2）动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。（3）电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。（4）驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。4．温度传感器的应用——电熨斗、日光灯的启动器、电饭锅、测温仪温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。（1）电熨斗结构图（如图所示）（2）启动器的结构示意图：（3）电饭锅的原理图现象：当感温铁氧体的温度升高到一定数值时，感温铁氧体与磁铁分离。说明温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失。结构示意图开始煮饭时，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．（4）测温仪：优点：可以远距离读取温度的数值．因为温度信号变成电信号后可以远距离传输．常见的测温元件有：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等．5、光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器（1）鼠标器：机械式和光电式机械式：鼠标器移动时，滚球运动通过轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计两个方向的脉冲信号，红外接收管处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。光电式：激光鼠标传感器获得影像的过程是根据，激光照射在物体表面所产生的干涉条纹而形成的光斑点反射到传感器上获得的，而传统的光学鼠标是通过照射粗糙的表面所产生的阴影来获得。（2）火灾报警器：报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．二、实例探究力传感器的应用【例1】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为10N（取g=10m／s2）．（1）若传感器a的示数为14N、b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向．（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．温度传感器的应用【例1】在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是（）①通电后，其电功率先增大，后减小②通电后，其电功率先减小，后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变A．①③B．②③C．②④D．①④【例2】如图甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_________℃．光传感器的应用【例】如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间