（江蘇版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十一 交變電流 傳感器課件

1、專題十一交變電流傳感器 高考物理（江蘇專用）高考物理（江蘇專用） 考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生及描述考點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生及描述 考點(diǎn)考點(diǎn)清單清單 考向基礎(chǔ)考向基礎(chǔ) 一、交變電流的產(chǎn)生一、交變電流的產(chǎn)生 1.交變電流交變電流 (1)定義:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。 (2)圖像:如圖(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流。其中按正弦規(guī)律 變化的交變電流叫正弦式交變電流,如圖(a)所示。 2.正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖像正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖像 (1)產(chǎn)生:在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里,線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2)兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn) 圖示 線圈位置中性面位置與中性面垂直的位置 特點(diǎn)BSB

2、S =BS,最大=0,最小 e=n =0,最小e=n =nBS,最大 感應(yīng)電流為零,方向改變感應(yīng)電流最大,方向不變 t t (3)電流方向的改變:線圈通過中性面時(shí),電流方向發(fā)生改變,一個(gè)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)圖像:用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面 位置開始計(jì)時(shí),其圖像為正弦曲線。如圖甲、乙所示。 二、正弦式交變電流的描述二、正弦式交變電流的描述 1.函數(shù)表達(dá)式函數(shù)表達(dá)式(線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)) (1)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律:e=Emsint,其中等于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。 (2)負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律:

3、u=Umsint。 (3)電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律:i=Imsint。 2.周期和頻率周期和頻率 (1)周期(T):交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間,單 位是秒(s),公式T=。 (2)頻率(f):交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位是赫茲 (Hz)。 2 (3)周期和頻率的關(guān)系:T=或f=。 3.交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值 (1)瞬時(shí)值:交變電流某一時(shí)刻的值,是時(shí)間的函數(shù)。 (2)峰值:交變電流(電流、電壓或電動(dòng)勢(shì))所能達(dá)到的最大的值,也叫最 大值,Em=nBS。 (3)有效值:跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫做交變電流的 有效值

4、。對(duì)正弦交流電,其有效值和峰值的關(guān)系為:E=,U=,I=。 1 f 1 T m 2 E m 2 U m 2 I 三、電感和電容對(duì)交變電流的影響三、電感和電容對(duì)交變電流的影響 1.電感對(duì)交變電流的阻礙作用電感對(duì)交變電流的阻礙作用 電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小用感抗表示,線圈的自感系數(shù)越 大,交變電流的頻率越高,產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)就越大,對(duì)交變電流的阻礙 作用越大,感抗就越大。所以電感具有“通直流、阻交流,通低 頻、阻高頻”的作用。 2.電容器對(duì)交變電流的阻礙作用電容器對(duì)交變電流的阻礙作用 電容對(duì)交流電的阻礙作用叫做容抗。電容器的電容越大,交流電 的頻率越高,充、放電進(jìn)行得越快,容抗就越小。可見,電

5、容器具有“隔 直流、通交流,阻低頻、通高頻”的作用。 考向突破考向突破 考向一考向一交變電流的變化規(guī)律交變電流的變化規(guī)律 1.交變電流相關(guān)物理量的變化規(guī)律交變電流相關(guān)物理量的變化規(guī)律(線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)) 函數(shù)表達(dá)式圖像 磁通量=mcost=BScost 電動(dòng)勢(shì)e=Emsint=nBSsint 電壓u=Umsint=sint 電流i=Imsint=sint RE Rr m E Rr m 2.交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫規(guī)律交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫規(guī)律 (1)確定正弦式交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式求出相應(yīng) 峰值。 (2)明確線圈的初始位置,找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)

6、關(guān)系式。如: 線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng),則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)式為i= Imsint。 線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng),則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)式 為i=Imcost。 例例1邊長為a的N匝正方形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線且與線 圈在同一平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為n,線圈所圍面積內(nèi)的磁通量隨 時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示,圖像中0為已知。則下列說法正確的是 () A.t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B.t2時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流為零 C.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D.線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e=2N0ncos2nt 0 2 Na 解析解析t1時(shí)刻線圈的磁通量最大,但磁通量的變

7、化率為0,根據(jù)法拉第電 磁感應(yīng)定律可知此時(shí)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0,A項(xiàng)錯(cuò)誤;t2時(shí)刻線圈的磁通 量為零,但磁通量的變化率最大,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知此時(shí)線 圈中感應(yīng)電流為最大值,B項(xiàng)錯(cuò)誤;磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān),根據(jù)磁通量 的定義可得0=Ba2,B=,C項(xiàng)錯(cuò)誤;線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為 e=NBScost=2N0ncos2nt,D項(xiàng)正確。 0 2 a 答案答案D 考向二考向二交流電有效值的理解交流電有效值的理解 1.交變電流有效值的規(guī)定交變電流有效值的規(guī)定:交變電流、恒定電流I直分別通過同一電阻R, 在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱分別為Q交、Q直,若Q交=Q直,則交變電流的有效 值I=I直(直流

8、有效值也可以這樣算)。 2.對(duì)有效值的理解對(duì)有效值的理解 (1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)是指有效值; (2)用電器銘牌上標(biāo)的值(如額定電壓、額定功率等)指的均是有效值; (3)計(jì)算熱量、電功率及保險(xiǎn)絲的熔斷電流指的是有效值; (4)“交流的最大值是有效值的倍”僅用于正弦式電流。 3.交流電通過電阻產(chǎn)生的焦耳熱的計(jì)算只能用交變電流的有效值(不能用 平均值)求解,求解電荷量時(shí)只能用交變電流的平均值(不能用有效值)計(jì)算。 2 4.計(jì)算交變電流有效值的方法計(jì)算交變電流有效值的方法 (1)計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng),抓住“三同”:“相同時(shí)間”內(nèi) “相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”,列式求解。 (2)

9、分段計(jì)算電熱求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量。 (3)利用兩個(gè)公式Q=I2Rt和Q=t可分別求得電流有效值和電壓有效 值。 (4)若圖像的一部分是正弦(或余弦)曲線,其中的(但必須是從零至最大 值或從最大值至零)和周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與 最大值間的關(guān)系I=、U=求解。 2 U R 1 4 1 2 m 2 I m 2 U 例例2如圖所示,表示一交流電的電流隨時(shí)間變化的圖像,此交流電的有 效值是 () A.5AB.3.5AC.3.5AD.5A22 解析解析設(shè)交流電的有效值為I,令該交變電流通過一阻值為R的純電阻, 在一個(gè)周期內(nèi)有:I2RT=R+R,所以該交流電的有效值為I= =5A

10、。 2 1 I 2 T 2 2 I 2 T 22 12 2 II 答案答案D 考向三考向三交變電流交變電流“四值四值”的理解和計(jì)算的理解和計(jì)算 交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較 物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明 瞬 時(shí) 值 交變電流某一時(shí)刻的值e=Emsint i=Imsint 計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況 峰 值 最大的瞬時(shí)值Em=NBS Em=Nm Im= 討論電容器的擊穿電壓 有 效 值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定 電流值 對(duì)正(余)弦式交變電流有: E=Em/ U=Um/ I=Im/ (1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量(如功、 功率

11、、熱量等) (2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是 有效值 (3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值 平 均 值 交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所 圍的面積與時(shí)間的比值 =BL =n = 計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電 荷量 E Rr m 2 2 2 Ev E t I E Rr 例例3如圖所示,N=50匝的矩形線圈abcd,邊長=20cm,=25cm,放在 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,外力使線圈繞垂直于磁感線且通過 線圈中線的OO軸以n=3000r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈電阻r=1,外 電路電阻R=9,t=0時(shí),線圈平面與磁感線平行,ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊 轉(zhuǎn)入紙里。 (1)求t=0時(shí)感應(yīng)電流

12、的方向; (2)寫出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式; (3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功多大? (4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90過程中流過電阻R的電荷量是多少? abad 解題導(dǎo)引解題導(dǎo)引 解析解析(1)線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcb。 (2)線圈的角速度=2n=100rad/s 設(shè)ab邊在t=0時(shí)刻速度為vab,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,其大小為 Em=2NBvab =NB =500.40.200.25100V=314V 電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=314cos100t(V)。 (3)電動(dòng)勢(shì)的有效值E= 線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T=0.02s 線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,外力做功大小等于電功的大小,即 ab ab ad m 2 E W外

13、力=98.6J (4)Q=t。 從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中,流過R的電荷量 Q=t=0.1C 2 E T Rr 2 m 2 ( 2) () E T Rr I () N t Rr NBS Rr 答案答案(1)adcb(2)e=314cos100t(V) (3)98.6J(4)0.1C 考向四考向四電阻、電感器與電容器電阻、電感器與電容器 電阻感抗容抗 產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的粒 子間的碰撞 電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流 的 變化 電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向 這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗 作用 在電路中的 特點(diǎn) 對(duì)直流電、交流電均有阻礙作用只對(duì)變化的電流(如交流電)有阻 礙作用。可分為

14、:高頻扼流圈,通 低頻阻高頻;低頻扼流圈,通直流 阻交流 不能通直流電,只能通交流電。對(duì)直 流電的阻礙作用無限大,對(duì)交流電的 阻礙作用隨頻率的降低而增大。C較 大的電容器通交流阻直流,C較小的電 容器通高頻阻低頻 決定因素由導(dǎo)體本身(長短、粗細(xì)、材料) 決定,與溫度有關(guān) 由線圈本身的自感系數(shù)和交流 電的頻率決定 由電容的大小和交流電的頻率決定 電能的轉(zhuǎn)化與 做功 電流通過電阻做功,電能轉(zhuǎn)化為 內(nèi)能 電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化 例例4某電源輸出的電流既有交流成分又有直流成分,而我們只需要穩(wěn) 定的直流,下列設(shè)計(jì)的電路圖中,能最大限度使電阻R2獲得穩(wěn)定直流的 是() 解析解析在電路中,

15、電容的作用為通交流,隔直流,B、C圖中R2與電容串聯(lián), 所以R2不能獲得穩(wěn)定直流,B、C錯(cuò);在A電路圖中,自感系數(shù)大的線圈阻 擋高頻交流電,與R2并聯(lián)的大電容通過低頻交流電,能獲得穩(wěn)定的直流, A對(duì);在D電路圖中,電容C小,通高頻,阻低頻,則低頻成分通過R2不符合要 求,D錯(cuò)。 答案答案A 考點(diǎn)二變壓器、遠(yuǎn)距離輸電考點(diǎn)二變壓器、遠(yuǎn)距離輸電 考向基礎(chǔ)考向基礎(chǔ) 一、理想變壓器一、理想變壓器 1.構(gòu)造和原理構(gòu)造和原理 (1)構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成 的。 (2)原理:互感現(xiàn)象。 2.基本關(guān)系式基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系:P入=P出。 (2)電壓關(guān)系:=。 有多個(gè)副

16、線圈時(shí)=。 (3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí)=。 由P入=P出及P=UI推出有多個(gè)副線圈時(shí),U1I1=U2I2+U3I3+UnIn。 3.幾種常用的變壓器 (1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器,如圖A、B所示。 1 1 U n 2 2 U n 1 1 U n 2 2 U n 3 3 U n 1 2 I I 2 1 n n (2)互感器 二、遠(yuǎn)距離輸電 1.減少輸電電能損失的兩種方法 (1)減小輸電線的電阻:根據(jù)電阻定律R=,要減小輸電線的電阻R,在保 證輸電距離不變的情況下,可采用減小材料的電阻率、增大導(dǎo)線 的橫截面積等方法。 (2)減小輸電導(dǎo)線中的電流:在輸電功率一定的情況下,根據(jù)P=UI,要減小 電

17、流,必須提高電壓。 :,C :,D 電壓互感器 把高電壓變成低電壓 如圖 所示 電流互感器 把大電流變成小電流 如圖 所示 l S 2.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系 (1)功率關(guān)系:P1=P2,P3=P4,P2=P損+P3。 (2)電壓、電流關(guān)系:=,=,U2=U+U3,I2=I3=I線。 (3)輸電電流:I線=。 (4)輸電線上損耗的電功率:P損=I線U=R線=R線。 當(dāng)輸送功率一定時(shí),輸電電壓增大到原來的n倍,輸電線上損耗的功率就 減小到原來的。 1 2 U U 1 2 n n 2 1 I I 3 4 U U 3 4 n n 4 3 I I 2 2 P U 3

18、3 P U 23 UU R 線 2 I線 2 2 2 P U 2 1 n 考向突破考向突破 考向一考向一理想變壓器的分析與計(jì)算理想變壓器的分析與計(jì)算 基本 關(guān)系 功率關(guān)系P入=P出 電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比,公式:= 電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí): = 頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等 制約 關(guān)系 電壓原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2 功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入 電流副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1 1 2 U U 1 2 n n 1 2 I I 2 1 n n 例例5如圖,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1 n2=2 1,和均為理 想電表,燈泡電阻

19、RL=6,AB端電壓u1=12sin100t(V)。下列說法正 確的是() A.電流頻率為100HzB.的讀數(shù)為24V C.的讀數(shù)為0.5AD.變壓器輸入功率為6W 2 解析解析由u1=12sin100t(V)可知,Um=12V,=100Hz,則頻率f= =50Hz,A項(xiàng)錯(cuò)誤。U1=12V,U2=U1=6V,B項(xiàng)錯(cuò)誤。I2=1 A,C項(xiàng)錯(cuò)誤。P1=P2=U2I2=6W,D項(xiàng)正確。 22 2 m 2 U 2 1 n n 2 L U R 答案答案D 考向二考向二遠(yuǎn)距離輸電問題的遠(yuǎn)距離輸電問題的“三二二三二二” 1.理清三個(gè)回路理清三個(gè)回路 回路1:發(fā)電機(jī)回路。該回路中,通過線圈1的電流I1等于發(fā)電

20、機(jī)中的電流I機(jī); 線圈1兩端的電壓U1等于發(fā)電機(jī)的路端電壓U機(jī);線圈1輸入的電功率P1等于發(fā) 電機(jī)輸出的電功率P機(jī)。 回路2:輸送電路。I2=I3=IR,U2=U3+U,P2=P+P3。 回路3:輸出電路。I4=I用,U4=U用,P4=P用。 2.抓住兩個(gè)聯(lián)系抓住兩個(gè)聯(lián)系 (1)理想的升壓變壓器聯(lián)系著回路1和回路2,由變壓器原理可得:線圈1 (匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是=,=,P1=P2。 (2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著回路2和回路3,由變壓器原理可得:線圈3 (匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是=,=,P3=P4。 1 2 U U 1 2 n n 1

21、 2 I I 2 1 n n 3 4 U U 3 4 n n 3 4 I I 4 3 n n 3.掌握兩種損耗掌握兩種損耗 (1)電壓損耗:輸電線上的電阻導(dǎo)致的電壓損耗,U=U2-U3=IRR線。 (2)功率損耗:輸電線上的電阻發(fā)熱的功率損耗,P=P2-P3=R線。輸電線 上能量損耗是熱損耗,計(jì)算功率損耗時(shí)用公式P=R線或P=。 2 R I 2 R I 2 ()U R 線 例例6若某小區(qū)變壓器輸入電壓為6600V,經(jīng)過變壓器降壓,然后經(jīng)過一 段輸電線路給小區(qū)供電,該居民區(qū)有440戶。以前每戶平均消耗電功率 100W,使用的降壓變壓器匝數(shù)比為165 6,恰好能使額定電壓為220V的 用電器正常工

22、作?，F(xiàn)在因家用電器增加,每戶平均消耗電功率為250W。 若輸入電壓為6600V、輸電線路不變,為了使家用電器正常工作,需換 用變壓器,則此變壓器原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)為(變壓器皆可視為理想變 壓器)() A.110 9B.220 9C.30 1D.200 9 解析解析居民小區(qū)有居民440戶,以前每戶平均消耗電功率100W,消耗的 總功率為44000W,此時(shí)輸電線路上的電流為I1=A=200A,使用 的變壓器匝數(shù)比為165 6,所以變壓器副線圈上的電壓為U2=6V =240V,輸電線路上的電壓為240V-220V=20V,輸電線電阻為= 0.1。家用電器增加,每戶平均消耗電功率為250W時(shí),消耗的總

23、功率 為110000W,此時(shí)輸電線路上的電流為500A,輸電線路上的電壓為500 0.1V=50V,所以變壓器副線圈上的電壓為220V+50V=270V,此時(shí)變 壓器原、副線圈匝數(shù)比為6600 270=220 9,B正確。 44000 220 6600 165 20 200 答案答案B 考點(diǎn)三傳感器考點(diǎn)三傳感器 考向基礎(chǔ)考向基礎(chǔ) 一、傳感器的定義一、傳感器的定義 傳感器是指這樣一類元件:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成 分等非電學(xué)量,并且能夠把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電流、電壓等電 學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。 二、傳感器的原理二、傳感器的原理 傳感器感受到的通常是非電學(xué)量,如壓力、溫度、

24、位移、濃度、速度 等,而它輸出的通常是電學(xué)量,如電壓值、電流值、電荷量等,這些輸出 信號(hào)非常微弱,通常經(jīng)過放大后再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳 感器的原理可以表示為: 三、傳感器中的常用元件三、傳感器中的常用元件 (1)傳感器元件 (2)常用實(shí)例 傳感器元件 光敏電阻 熱敏電阻 霍爾元件 : : 特點(diǎn) 被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化 作用 把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè) 電學(xué)量 : : 特點(diǎn) 溫度變化時(shí)電阻變化 作用 把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量 IB :Uk d : H 霍爾電壓 作用 把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè) 電學(xué)量 常用實(shí)例力傳感器的應(yīng)用電子秤 聲傳感器的應(yīng)用話筒 溫

25、度傳感器的應(yīng)用 光傳感器的應(yīng)用 電熨斗 電飯鍋 測(cè)溫儀 光學(xué)鼠標(biāo) 火災(zāi)報(bào)警器 考向突破考向突破 考向考向常見的傳感器常見的傳感器 (1)溫度傳感器:可從日光燈啟動(dòng)器中拆出,是由兩層熱膨脹系數(shù)不同的 金屬組成,溫度高時(shí)可自動(dòng)閉合,溫度低時(shí)自動(dòng)斷開,應(yīng)用了熱脹冷縮原 理。 (2)振動(dòng)傳感器:是一種特殊的陶瓷(壓電陶瓷),當(dāng)兩端受到振動(dòng)壓力時(shí) 會(huì)產(chǎn)生電壓,此電壓可以觸發(fā)集成電路工作,這種材料在煤氣灶、打火 機(jī)和音樂賀卡等物品中廣泛使用,僅形狀不同。 (3)光傳感器(光敏電阻):是一種特殊的電阻,光照時(shí)電阻很小,無光時(shí)電 阻很大,廣泛用在自動(dòng)照明中。 (4)磁場(chǎng)傳感器(干簧管):當(dāng)周圍有較強(qiáng)的磁場(chǎng)時(shí)會(huì)

26、自動(dòng)閉合,沒有磁場(chǎng) 時(shí)自動(dòng)斷開,實(shí)際上就是一個(gè)自動(dòng)開關(guān)。 (5)電容式傳感器:電容器的電容C決定于極板正對(duì)面積S、極板間距離d 及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素,如果某一物理量(如角度、位移s、深度h 等)的變化能引起上述某個(gè)因素的變化,從而引起電容的變化,那么測(cè)定 電容器的電容就可以確定上述物理量的變化,有這種用途的電容器稱為 電容式傳感器。幾種常見的電容式傳感器如圖所示。 圖1是用來測(cè)定角度的電容式傳感器。當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度發(fā) 生變化時(shí),引起極板正對(duì)面積S的變化,使電容C發(fā)生變化,知道C的變化, 就可以知道的變化情況。 圖2是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器。在金屬芯線的外面涂上一層絕 緣物質(zhì),放

27、入導(dǎo)電液體中,金屬芯線和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極,金 屬芯線外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì),液面高度h發(fā)生變化時(shí),引起正對(duì)面 積發(fā)生變化,使電容C發(fā)生變化,知道C的變化,就可以知道h的變化情況。 圖3是測(cè)定壓力F的電容式傳感器。待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上 的時(shí)候,膜片發(fā)生形變,使極板間距離d發(fā)生變化,引起電容C的變化,知道 C的變化,就可以知道F的變化情況。 圖4是測(cè)定位移x的電容式傳感器,隨著電介質(zhì)板進(jìn)入極板間的長度發(fā)生 變化,電容C發(fā)生變化,知道C的變化,就可以知道x的變化情況。 例例7如圖是一火警報(bào)警裝置的一部分電路示意圖,其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳 感器,它的電阻隨溫度升高而減小,a、b接

28、報(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn) 火情時(shí),電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比() A.I變大,U變大B.I變小,U變小C.I變小,U變大D.I變大,U變小 解析解析當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),溫度升高,電阻減小,電路中的總 電阻減小,總電流I增大,路端電壓Uab=E-Ir減小,I(r+R1)增大,U并=E-I(r+R1) 減小,通過R3的電流I3減小,通過R2的電流I2=I-I3增大,D對(duì)。 答案答案D (6)霍爾元件 例例8如圖所示,厚度為h、寬為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度 為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí),在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面 A之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,這種現(xiàn)象稱

29、為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)磁場(chǎng)不太 強(qiáng)時(shí)電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為U=k,式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系 數(shù)。 霍爾效應(yīng)可解釋如下:外部磁場(chǎng)的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板 的一側(cè),在導(dǎo)體板的另一側(cè)出現(xiàn)多余的正電荷,從而形成縱向電場(chǎng),縱向 IB d 電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力,當(dāng)靜電力與洛侖茲力達(dá) 到平衡時(shí),導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。 設(shè)電流I是電子定向移動(dòng)形成的,電子的平均定向移動(dòng)速度為v,電荷量為 e,回答下列問題: (1)達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)下側(cè)面A的電勢(shì) (填“高于”、“低于”或“等于”)。 (2)電子所受的洛侖茲力的大小為。 (3)當(dāng)導(dǎo)體

30、板上下兩側(cè)面之間的電勢(shì)差為U時(shí),電子所受靜電力的大小為 。 (4)由靜電力和洛侖茲力平衡的條件,證明霍爾系數(shù)k=,其中n代表導(dǎo) 體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)。 1 ne 解析解析(1)首先分析電流通過導(dǎo)體板時(shí)的微觀物理過程。由于導(dǎo)體板放 在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電流是電子的定向運(yùn)動(dòng)形 成的,電流方向從左到右,電子運(yùn)動(dòng)的方向從右到左。根據(jù)左手定則可 判斷電子受到的洛侖茲力的方向向上,電子向上側(cè)面A聚集,下側(cè)面A出 現(xiàn)多余的正電荷,所以上側(cè)面A的電勢(shì)低于下側(cè)面A的電勢(shì),應(yīng)填“低 于”。 (2)電子所受洛侖茲力的大小為f=evB。 (3)縱向電場(chǎng)可認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E=,電子所受電

31、場(chǎng)力的大小 為F=eE=e。 U h U h (4)電子受到縱向靜電力與洛侖茲力的作用,由二力平衡有e=evB,可得 U=hvB。 通過導(dǎo)體的電流微觀表達(dá)式為I=nevdh。由題目給出的霍爾效應(yīng)公式U= k,有hvB=k得k=。 IB d nevdhB d 1 ne U h 答案答案見解析 方法方法1 1 交變電流的產(chǎn)生和電路的綜合分析交變電流的產(chǎn)生和電路的綜合分析 部分電路和閉合電路的有關(guān)公式仍適用于正弦式交流電路,應(yīng)用時(shí)仍要 分清電源(如發(fā)電機(jī))和外電路、電動(dòng)勢(shì)和路端電壓等,而對(duì)交流電路特 別要注意正確選用交變電流的“四值”。一般常從圖像或瞬時(shí)值表達(dá) 式入手,得出交變電流的最大值、有效值,

32、然后再按照電路知識(shí)解決相 關(guān)問題。 方法技巧方法技巧 例例1圖1是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO轉(zhuǎn)動(dòng),由線圈 引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連 接,金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸,這樣矩形線圈在 轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路。圖2是線圈的主視 圖,導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示。已知ab長度為L1,bc長度為 L2,線圈以恒定角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。(只考慮單匝線圈) (1)線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí),試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1的表達(dá)式; (2)線圈平面處于與中性面成0夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí),如圖3所示,試寫出t 時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2的表達(dá)式; (3)若線圈電阻為r,求線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。(其他電 阻均不計(jì)) 解析解析(1)矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,只有ab和cd切割磁感線,設(shè)ab和cd 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為v,則 v= 在t時(shí)刻,導(dǎo)線ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為 E1=BL1vy 由圖可知vy=vsint 則整個(gè)線圈的感