届高三物理一轮复习第11章 交变电流 传感器Word文件下载.docx

届高三物理一轮复习第11章 交变电流 传感器Word文件下载.docx

《届高三物理一轮复习第11章 交变电流 传感器Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高三物理一轮复习第11章 交变电流 传感器Word文件下载.docx（102页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验十二　传感器的简单使用

16Ⅰ卷T23（10分）

综合命题概率30%

第1节

交变电流的产生及描述

（1）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。

（×

）

（2）线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。

（3）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变。

（√）

（4）交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。

（5）交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。

（6）交变电流的峰值总是有效值的

倍。

解题中常用到的二级结论：

（1）正弦交流电的产生：

中性面垂直于磁场方向，线圈平面平行于磁场方向时电动势最大：

Em＝nBSω。

①线圈从中性面开始转动：

e＝Emsinωt。

②线圈从平行于磁场方向开始转动：

e＝Emcosωt。

（2）正弦交变电流的有效值与最大值的关系，对整个波形、半个波形、甚至

个波形都成立。

（3）非正弦交流电的有效值的求法：

I2RT＝一个周期内产生的总热量。

突破点

（一）　交变电流的产生和描述

1．正弦式交变电流的产生

（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：

①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，

＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。

②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝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＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。

2．正弦式交变电流的图像（线圈在中性面位置开始计时）

函数表达式

图像

磁通量

Φ＝Φmcosωt＝BScosωt

电动势

e＝Emsinωt＝nBSωsinωt

电流

i＝Imsinωt＝

sinωt

电压

u＝Umsinωt＝

[题点全练]

1．（2015·

山东高考）如图甲，R0为定值电阻，两金属圆环固定在同一绝缘平面内。

左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上，经二极管整流后，通过R0的电流i始终向左，其大小按图乙所示规律变化。

规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压uab为正，下列uabt图像可能正确的是（　　）

解析：

选C　由题图乙知，0～0.25T0，外圆环电流逐渐增大且

逐渐减小，根据安培定则，外圆环内部磁场方向垂直纸面向里，磁场逐渐增强且

逐渐减小，根据楞次定律知内圆环a端电势高，所以uab＞0，根据法拉第电磁感应定律uab＝

＝

知，uab逐渐减小；

t＝0.25T0时，

＝0，所以

＝0，uab＝0；

同理可知0.25T0～0.5T0时间内，uab＜0，且|uab|逐渐增大；

0.5T0～T0内重复0～0.5T0的变化规律。

故选项C正确。

2．[多选]（2018·

湖南石门一中模拟）如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程中所产生正弦交流电的图像如图线b所示。

以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（　　）

A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零

B．线圈先后两次转速之比为3∶2

C．交流电a的瞬时值为u＝10sin5πt（V）

D．交流电b电压的最大值为

V

选BCD　由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，所以A错误；

由图像可知TA∶TB＝2∶3，故nA∶nB＝3∶2，所以B正确；

由图像可知，交流电a的最大值为10V，角速度为ω＝

rad/s＝5πrad/s，所以交流电a的瞬时值为u＝10sin5πt（V），所以C正确；

交流电最大值Um＝NBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，故Umb＝

Uma＝

V，D正确。

3．[多选]（2016·

全国卷Ⅲ）如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；

N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；

两导线框在同一竖直面（纸面）内；

两圆弧半径相等；

过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。

现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则（　　）

A．两导线框中均会产生正弦交流电

B．两导线框中感应电流的周期都等于T

C．在t＝

时，两导线框中产生的感应电动势相等

D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等

选BC　两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；

导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；

在t＝

时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；

M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误。

突破点

（二）　有效值的理解与计算

有效值的求解

（1）计算有效值的根据是电流的热效应，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）利用公式Q＝I2Rt和Q＝

t可分别求得电流有效值和电压有效值。

[典例]　电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10Ω，R2＝20Ω。

合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。

则（　　）

A．通过R1的电流有效值是1.2A

B．R1两端的电压有效值是6V

C．通过R2的电流有效值是1.2

A

D．R2两端的电压最大值是6

V

[解析]　首先从交流电图像中找出交变电流的最大值即通过R2的电流最大值为0.6

A，由正弦式交变电流最大值与有效值的关系Im＝

I可知其有效值为0.6A，由于R1与R2串联，所以通过R1的电流有效值也是0.6A，选项A、C错；

R1两端电压有效值为U1＝IR1＝6V，选项B对；

R2两端电压最大值为U2m＝ImR2＝0.6

×

20V＝12

V，选项D错。

[答案]　B

[多维探究]

[变式1]　把图像下半部分翻到t轴的上面

正弦交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的。

线圈中感应电动势随时间变化的规律如图所示，则此感应电动势的有效值为________V。

由有效值的定义式得：

2＝

T，得：

U＝220V。

答案：

220

[变式2]　仅余

周期的波形

家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调压方便且体积小。

某电子调光灯经调整后电压波形如图所示，求灯泡两端的电压的有效值。

从ut图像看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为U1＝

；

后半周期电压为零。

根据有效值的定义，

T＝

·

＋0，解得U＝

。

[变式3]　仅余

如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为（　　）

A．Um　　　　　　　　　　B.

C.

D.

选D　从Ut图像上看，每个

周期正弦波形的有效值U1＝

，根据有效值的定义：

2＋0，解得：

U＝

，D正确。

[变式4]　把正余弦波形变成矩形波形

如图所示，表示一交流电的电流随时间而变化的图像，此交流电的有效值是（　　）

A．5

AB．3.5

C．3.5AD．5A

选D　交流电的有效值是根据其热效应定义的，它是从电流产生焦耳热相等的角度出发，使交流电与恒定电流等效。

设交流电的有效值为I，令该交变电流通过一阻值为R的纯电阻，在一个周期内有：

I2RT＝I12R

＋I22R

所以该交流电的有效值为I＝

＝5A。

[变式5]　上下波形的最大值不一致

电压u随时间t的变化情况如图所示，求电压的有效值？

＋

U＝55

V。

55

[变式6]　在电阻两端并联二极管如图所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A、B间加一正弦交流电u＝20

sin100πtV，则加在R2上的电压有效值为（　　）

A．10V　　B．20V　　　C．15V　　　D．5

选D　电压值取正值时，即在前半个周期内，二极管电阻为零，R2上的电压等于输入电压值，电压值取负值时，即在后半周期内，二极管电阻无穷大可看作断路，R2上的电压等于输入电压值的一半，据此可设加在R2的电压有效值为U，根据电流的热效应，在一个周期内满足

T＝

，可求出U＝5

故选项D正确。

[方法规律]　几种典型交变电流的有效值

电流名称

电流图像

有效值

正弦式交变电流

I＝

正弦半波电流

矩形脉动电流

I＝

Im

非对称性交变电流

突破点（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

表达式

适用情况及说明

瞬时值

e＝Emsinωt

u＝Umsinωt

i＝Imsinωt

计算线圈某时刻的受力情况

最大值（峰值）

Em＝nBSω

Im＝

讨论电容器的击穿电压

对正（余）弦交流

电有：

E＝

　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）电表的读数为有效值

平均值

＝BL

＝n

计算通过电路截面的电荷量

1.（2015·

四川高考）小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。

矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（　　）

A．峰值是e0　　　　　　　B．峰值是2e0

C．有效值是

Ne0D．有效值是

Ne0

选D　因每匝矩形线圈ab边和cd边产生的电动势的最大值都是e0，每匝中ab和cd串联，故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e0。

N匝线圈串联，整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne0，因线圈中产生的是正弦交流电，则发电机输出电压的有效值E＝

Ne0，故选项D正确。

2．[多选]（2017·

天津高考）在匀强磁场中，一个100匝的闭