第五章 交變電流、傳感器 (用)

第五章交變電流選修3-2區(qū)分直流電與交變電流biitait5-55直流電：方向不隨時間變化的電流。上圖b為直流電。中性面中性面甲乙丙丁理解e-t圖與-t圖之間的關(guān)系從哪個位置計時為正弦？

哪個位置計時為余弦？

圖中各位置的e、i、Φ的值？

【問題1】矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，在線圈中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎?【問題2】如圖幾種情況中，線圈的匝數(shù)和角速度相同，感應(yīng)電動勢是否相同？微分的思想【問題3】線圈的匝數(shù)和角速度相同，面積大小相同，產(chǎn)生的電動勢是否相同？

幾種發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)電刷直流發(fā)電機(jī)（初中）換向器直流發(fā)電機(jī)（初中）NSxvve2Blvt0T/2T3T/22T-2Blv如圖所示，制成弧形的兩磁極間放置一個圓柱形鐵心，產(chǎn)生一磁感線為放射狀的磁場，該磁場方向都垂直于鐵心表面，而以轉(zhuǎn)軸為圓心的同一圓周上磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等.線圈勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生什么形式的電流?交流電還是直流電？產(chǎn)生方波的交流發(fā)電機(jī)摩擦納米發(fā)電機(jī)中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近研究了摩擦納米發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的對稱性和互補(bǔ)性，首次提出了摩擦納米發(fā)電機(jī)是繼電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)之后，采用機(jī)械能發(fā)電的又一種重要方式，是具有可能和電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)同等重要的新能源技術(shù)。其原理基于摩擦生電和靜電感應(yīng)現(xiàn)象，不僅能夠驅(qū)動微納電子器件工作，還可以給便攜式電子設(shè)備和家用電器供電，收集電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)不容易獲取的機(jī)械能，比如海浪能、機(jī)械振動等，將有可能成為與電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)同等重要的發(fā)電技術(shù)。新能源技術(shù)摩擦納米發(fā)電機(jī)實驗表明摩擦納米發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻約為十幾兆甚至上百兆歐，可以等效為內(nèi)阻很大的電流源；而電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻僅為幾歐或十幾歐，可以等效為內(nèi)阻很小的電壓源。兩種電源通過與電阻的串并聯(lián)形式，可以實現(xiàn)對外電路供電的等效變換。由直流電磁感應(yīng)式發(fā)電機(jī)（DC-EMIG）和直流摩擦納米發(fā)電機(jī)（DC-TENG）構(gòu)成的混合式直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖【提升】還有哪種情況能產(chǎn)生正余弦交流電？“有效值”規(guī)定:交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的.定義:讓交變電流和直流電通過同樣的電阻，如果它們在一個周期內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫做這一交流電的有效值.“（3）強(qiáng)調(diào)：

①計算交變電流的功、功率、熱量等用有效值.②交流電表（電壓表或電流表）所測值為有效值.③各種使用交變電流的電器設(shè)備上所示值為有效值.④電容器的耐壓值是指能夠加在它兩端的最大電壓【例1】表示交變電流隨時間變化圖象如圖所示，則交變電流有效值為（）【例2】兩個相同電阻分別通以下圖兩種電流，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量QA∶QB=?【例3】求以下各圖電壓的有效值【例4】交流發(fā)電機(jī)矩形線圈邊長ab=cd=0.4m，bc=ad=0.2m，共50匝，線圈電阻r=1Ω，線圈在B=0.2T的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直磁場方向的軸OO′以r/s轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，外接電阻9Ω，如圖所示.求：（1）電壓表讀數(shù)；（2）電阻R上電功率.正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)方法1：圖像法Im2RIm2R/2T/2T0tpIm2RIm2R/2T/2T0ti2R任意時刻，兩電流的總功率任意時刻，兩者的總功率恒定經(jīng)過一個周期,某一電流生熱:方法2：等效法正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)方法3：積分法對于交流對于等效恒定電流二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)2012年教材分析方法1：圖像法二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量Im2RIm2R/2T/2T0tp正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)方法1：圖像法Im2RIm2R/2T/2T0ti2R2012年教材分析2014年教材分析任意時刻，兩電流的總功率任意時刻，兩者的總功率恒定經(jīng)過一個周期二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量方法2：等效法正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)2013年微格教學(xué)二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)3-2教參P100方法3：積分法對于交流對于等效恒定電流二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量正弦交流電最大值與有效值關(guān)系推導(dǎo)拓展內(nèi)容：學(xué)生程度較好的學(xué)校可以讓學(xué)生課下進(jìn)行推導(dǎo)。二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量實驗：驗證正弦交流電最大值與有效值關(guān)系二、教學(xué)建議二.描述交變電流的物理量相位和相位差相位和相位差是描述交流電很重要的物理量。理解相位和相位差的物理含義；蘊含了三相交流電的思想。應(yīng)該讓學(xué)生知道，我們所分析的一個線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電，是生活中交流電的基礎(chǔ)，實際生活的交流電是三個線圈相位相差120°同時在磁場中轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生。相位差與并網(wǎng)發(fā)電。交流電路中元件的特性需用阻抗和相位差兩個物理量才能完整地描述；二、教學(xué)建議三.電感和電容對交變電流的影響做好演示實驗教參P87教學(xué)片段新課的引入AB直流6V交流6V【演示1】電源分別連接至直流、交流，觀察燈泡亮暗；在AB間接(1)電阻R，(2)接電感器L，(3)接電容器C盡可能多用實驗說明問題，不必在理論上進(jìn)行過細(xì)的討論。二、教學(xué)建議三.電感和電容對交變電流的影響做好演示實驗用來源于生活的事例體會電感、電容對交變電流的影響。【演示2】二、教學(xué)建議三.電感和電容對交變電流的影響基本規(guī)律1、線圈對交流電的阻礙作用電感(感抗):通直流,阻交流；通低頻,阻高頻線圈自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，感抗越大.感抗大小：2、電容對交流電的阻礙作用電容(容抗):通交流,隔直流；通高頻,阻低頻電容器的電容越大，交變電流頻率越高，容抗越小。容抗大小：二、教學(xué)建議四.變壓器互感現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象你中有我，我中有你。理解二、教學(xué)建議四.變壓器理想變壓器什么是理想變壓器？（1）沒有漏磁通量——磁損（2）原、副線圈沒有電阻，即無熱量損失——銅損（3）忽略磁滯損耗和渦流損耗——鐵損（4）原、副線圈的感抗均趨于無窮大，從而空載電流趨于零。①沒有能量損失

②沒有磁通量損失二、教學(xué)建議四.變壓器理想變壓器電壓比等于匝數(shù)比的推導(dǎo)原線圈副線圈不計銅損（R=0），則不計磁損和鐵損，則所以理想變壓器：電壓互感器與電流互感器匝數(shù)規(guī)律？二、教學(xué)建議四.變壓器串并聯(lián)特點？導(dǎo)線粗細(xì)要求？①區(qū)分電壓損失與輸電電壓I3?P?U、~用戶U1

I2P1U2U3U4I1P2n1n2n4n3I4P3P4發(fā)電廠R二、教學(xué)建議五.遠(yuǎn)距離送電輸電過程及各物理量之間的關(guān)系②弄清輸電過程中三個功率四個電流五個電壓的關(guān)系三、課時分配教材內(nèi)容課時建議第一單元1.交變電流1課時2.描述交變電流的物理量1課時

習(xí)題課1課時第二單元3.電感和電容對交變電流的影響1課時第三單元4.變壓器1課時5.電能的輸送1課時

習(xí)題課1課時總課時數(shù)：7課時（+1課時“示波器的使用”）空載時，副線圈電流I2=0，空載時原線圈中的電流I1=I0，稱為空載電流或勵磁電流。空載電流的作用是在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生一定的交變磁通量，從而在原線圈內(nèi)引起一定的感應(yīng)電動勢，以平衡輸入電壓。四、問題研究變壓器副線圈空載時，原線圈閉合，為什么無輸出

功率因數(shù)

在空載情況下，只要變壓器是純電感性的，則電壓u1的相位超前于電流i0的相位900，電動勢e2的相位落后于i0的相位900，故u1與e2的相位差為1800.而電壓u2的相位與e2的相位相同，所以u1與u2的相位差為1800，即反相。由于漏磁通量的存在不影響電流、電壓的相位關(guān)系，所以這個結(jié)論與變壓器磁芯是否存在漏磁通量無關(guān)。若負(fù)載是純電阻性的，u1與u2的相位差為1800

的結(jié)論仍然成立。若電路是電感性（或電容性）的，則副線圈上的電流i2和端電壓u2不再是同相位的。電流i2的磁通量反饋到變壓器中去，將改變e1（或u1）與i0的相位關(guān)系，則u1與u2的相位差為1800

的結(jié)論不再成立。四、問題研究原、副線圈的電壓為什么反相四、問題研究發(fā)電廠如何解決用戶所需電能小于發(fā)電廠的輸出功率1、當(dāng)用戶用電需求較低時：

（1）適當(dāng)關(guān)閉發(fā)電機(jī)組；

（2）利用抽水蓄能電站。2、當(dāng)用戶用電需求較高時：限電傳感器教學(xué)建議選修3-2目錄一、教學(xué)依據(jù)二、教學(xué)建議三、課時分配一、教學(xué)依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求交變電流1.知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義。第1節(jié)2.通過實驗，知道常見傳感器的工作原理。3.列舉傳感器在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。第2、3節(jié)見教參P127《課程標(biāo)準(zhǔn)》將“傳感器”列為選修3-2模塊的二級主題，體現(xiàn)《課程標(biāo)準(zhǔn)》對科學(xué)、技術(shù)與社會相互關(guān)系的關(guān)注。52常用傳感器的工作原理Ⅰ2015年高考考試說明一、教學(xué)依據(jù)本章特點：屬于“非主干知識”，體現(xiàn)應(yīng)用或綜合，具有創(chuàng)新性。能聯(lián)系科技發(fā)展、日常生活，教學(xué)建議：轉(zhuǎn)化思想眼見為實培養(yǎng)分析能力二、教學(xué)分析

非電學(xué)量→傳感器→電學(xué)量角度位移速度壓力溫度濕度聲強(qiáng)光照

傳感器電壓電流電阻電容轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路能通過電學(xué)儀表觀察二、教學(xué)分析轉(zhuǎn)換思想二、教學(xué)分析眼見為實一.傳感器及其工作原理二.傳感器的應(yīng)用（1）光敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨光照增強(qiáng)而減小，能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強(qiáng)弱。原理：硫化鎘是半導(dǎo)體材料，其表面受到光照強(qiáng)度不同時，兩個電極間的電阻也不一樣。隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。1.敏感元件【演示】光敏電阻：路燈控制、計數(shù)裝置二、教學(xué)分析眼見為實一.傳感器及其工作原理二.傳感器的應(yīng)用（2）熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，電阻隨溫度升高而減小，溫度特性曲線如圖熱敏電阻（正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)）；熱敏溫度計（3）金屬熱電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器。金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差；與金屬熱電阻相比，熱敏電阻的靈敏度較好。二、教學(xué)分析眼見為實一.傳感器及其工作原理二.傳感器的應(yīng)用其它如：磁敏電阻、聲敏電阻、壓敏電阻、濕敏電阻等。（1）力電傳感器：力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等?！狙菔?】電子秤二、教學(xué)分析眼見為實一.傳感器及其工作原理二.傳感器的應(yīng)用2.傳感器（2）熱電傳感器（溫度傳感器）：熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高減?。ㄅc金屬熱電阻的特性相反）的原理制成的,它能用把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)等)的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等?！狙菔?】電熨斗、電飯鍋二、教學(xué)分析眼見為實一.傳感器及其工作原理二.傳感器的應(yīng)用(3)光電傳感器：光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。路燈的控制、鼠標(biāo)器、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。光傳感器