3 交變電流　傳感器—2021屆高中物理一輪復習暑假專題學案（選修3-2）

1、一輪復習暑假專題-選修3-2學案3交變電流傳感器一、交變電流的產(chǎn)生和描述1.交變電流及其產(chǎn)生和圖象 (1)定義:大小和方向都隨做周期性變化的電流叫作交變電流。 (2)圖象:如圖甲、乙、丙、丁所示都屬于。其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫作,如圖甲所示。 2.正弦式交變電流的描述 (1)周期和頻率.周期(T):交變電流完成一次(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間,單位是秒(s),公式T=。 .頻率(f):交變電流在1 s內(nèi)完成的次數(shù)。單位是赫茲(Hz)。 .周期和頻率的關系:T= 或f=。(2)正弦式交變電流的函數(shù)表達式(線圈在中性面位置開始計時).電動勢e隨時間變化的規(guī)

2、律:e=。其中等于線圈轉(zhuǎn)動的角速度,Em=。 .負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律:u=。 .電流i隨時間變化的規(guī)律:i=。 (3)交變電流的瞬時值、峰值、有效值.瞬時值:交變電流在某一時刻的值,是時間的函數(shù)。.峰值:交變電流(電流、電壓或電動勢)所能達到的最大的值,也叫最大值。.有效值:跟交變電流的等效的恒定電流的值叫作交變電流的有效值。對正弦式交變電流,其有效值和峰值的關系:E=,U=,I=。 答案：時間交變電流正弦式交變電流周期性變化周期性變化Emsin tnBSUmsin tImsin t熱效應二、交變電流的產(chǎn)生與變化規(guī)律1.正弦式交變電流的產(chǎn)生(

3、1)線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。(2)兩個特殊位置的特點:線圈平面與中性面重合時,SB,最大,=0,e=0,i=0,電流方向?qū)l(fā)生改變。線圈平面與中性面垂直時,SB,=0,最大,e最大,i最大,電流方向不改變。(3)電流方向的改變:線圈通過中性面時,電流方向發(fā)生改變,一個周期內(nèi)線圈兩次通過中性面,因此電流的方向改變兩次。(4)交變電動勢的最大值Em=nBS,與轉(zhuǎn)軸位置無關,與線圈形狀無關。2.正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)物理量函數(shù)表達式圖象磁通量=mcos t=BScos t電動勢e=Emsin t=nBSsin t電壓u=Umsin t=sin t電流i=Ims

4、in t=sin t三、交變電流“四值”的理解和應用對交變電流“四值”的比較和理解物理量物理意義適用情況及說明瞬時值e=Emsin tu=Umsin ti=Imsin t計算線圈某時刻的受力情況物理量物理意義適用情況及說明峰值(最大值)Em=nBS Im=討論電容器的擊穿電壓有效值對正(余)弦式交變電流有:E=U= I=(1)計算與電流的熱效應有關的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設備“銘牌”上所標的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值(4)電表的示數(shù)為有效值平均值=n =計算通過電路截面的電荷量四、特殊交變電流有效值的計算計算交變電流有效值的方法(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效

5、應,抓住“三同”:“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解。(2)分段計算電熱求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量。(3)利用兩個公式Q=I2Rt和Q=t可分別求得電流有效值和電壓有效值。(4)若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流,其中的周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和周期部分可直接應用正弦式交變電流有效值與最大值間的關系I=、U=求解。課堂練習1.圖示為交流發(fā)電機示意圖,線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上,導體制作的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。關于其工作原理,下列分析正確的是()。A.當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的

6、瞬間,穿過線圈的磁通量最小B.當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈中的感應電流最大C.當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過線圈的磁通量最小D.當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈中的感應電流最小2.(2018江西五校聯(lián)考)如圖,實驗室一臺手搖交流發(fā)電機的內(nèi)阻r=1.0 ,外接R=9.0 的電阻。閉合開關S,當發(fā)電機轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生的電動勢e=10 sin 10t(V),則()。A.該交變電流的頻率為10 HzB.該電動勢的最大值為10 VC.外接電阻R所消耗的電功率為10 WD.電路中理想交流電流表的示數(shù)為1 A3.(2019西安第一次模擬)將硬導線中間一段折成半圓形,使其半徑為

7、R,讓它在磁感應強度為B、方向如圖所示的勻強磁場中繞軸MN勻速轉(zhuǎn)動。導線在a、b兩處通過電刷與外電路連接,外電路接有額定功率為P、電阻為r的小燈泡并且小燈泡正常發(fā)光。電路中除燈泡外,其余部分的電阻不計,則下列說法中正確的是()。A.半圓形硬導線的轉(zhuǎn)速為B.半圓形硬導線的轉(zhuǎn)速為C.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°過程中,通過小燈泡的電荷量為D.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°過程中,通過小燈泡的電荷量為零4.(2018山西大同一中月考)一個U形金屬線框分別在兩種勻強磁場中繞OO'軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動,通過導線給同一電阻R供電,如圖甲、乙所示。其中甲圖中OO'軸右側(cè)有磁場,

8、乙圖中整個空間均有磁場,兩磁場的磁感應強度相同。則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為()。A.1B.12C.14D.11一輪復習暑假專題-選修3-2學案3交變電流傳感器參考答案1.C 當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,穿過線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零,感應電動勢為零,線圈中的感應電流為零,A、B兩項錯誤;當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過線圈的磁通量最小,磁通量變化率最大,感應電動勢最大,感應電流最大,C項正確,D項錯誤。2.D 由發(fā)電機產(chǎn)生的感應電動勢e=10 sin 10t(V)可知,該交變電流為正弦式交變電流,其感應電動勢的瞬時值基本表達式為e=Emsin t,由兩式對照可知Em=10 V,=10 rad/s,又由=2f,解得f=5 Hz,A、B兩項錯誤;理想交流電流表測量的是電路中總電流的有效值,根據(jù)閉合電路的歐姆定律有I=1 A,外接電阻R所消耗的電功率P=I2R=9 W,C項錯誤,D項正確。3.A 轉(zhuǎn)動的半圓形導線切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢直接給燈泡供電,因燈泡此時正常發(fā)光,則其功率為P,電阻為r,設線圈轉(zhuǎn)速為n,則感應電動勢的有效值E=,由P=,解得n=,A項正確,B項錯誤;線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,通過燈泡的電荷量q=,C、D兩項錯誤。4.A 題圖甲中只在OO'軸的右側(cè)有磁場,