新兴中学高三物理学科版大一轮复习第十章第十三章 教学案.docx

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新兴中学高三物理学科版大一轮复习第十章第十三章教学案

新兴中学高三物理学科教学案

课题：

第1课时　交变电流的产生和描述

一、学习目标

1、能掌握交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式

2、能认识交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算

二、学习重点与难点

1、交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式

2、交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算

三、课前学习

基础再现·深度思考（先想后结自主梳理基础知识）

一、交变电流的产生和变化规律

[基础导引]

关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是（　　）

A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变

B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C．线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零

D．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大

[知识梳理]

1．交变电流

大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1（a）、（b）、（c）、（d）所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图（a）所示．

图1

2．正弦交流电的产生和变化规律

（1）产生：

在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动．

（2）中性面：

①定义：

与磁场方向________的平面．

②特点：

a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为______，感应电动势为______．b.线圈转动一周，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次．

（3）图象：

用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为__________曲线．如图1（a）所示．

：

由正弦交流电的图象可以得出哪些物理量？

二、描述交变电流的物理量

[基础导引]

我们日常生活用电的交变电压是e＝220sin100πtV，它是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，则下列说法正确的是________．①交流电的频率是50Hz

②交流电压的有效值是220V③当t＝0时，线圈平面恰好与中性面平行

④当t＝s时，e有最大值220V⑤电流每秒方向改变50次

[知识梳理]

1．周期和频率

（1）周期T：

交变电流完成________________变化（线圈转一周）所需的时间，单位是秒（s）．公式：

T＝.

（2）频率f：

交变电流在1s内完成周期性变化的________，单位是赫兹（Hz）．

（3）周期和频率的关系：

T＝________或f＝________.

2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值

（1）瞬时值：

交变电流某一________的值，是时间的函数．

（2）峰值：

交变电流的电流或电压所能达到的________．

（3）有效值：

让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交流的__________．

（4）正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系

I＝____________，U＝____________，E＝____________.

（5）平均值：

是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值

考点一　正弦交流电的变化规律

考点解读

1．正弦式电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计时）

规律物理量

函数

图象

磁通量

Φ＝Φmcosωt

＝BScosωt

电动势

e＝Emsinωt

＝nBSωsinωt

电压

u＝Umsinωt

＝sinωt

电流

i＝Imsinωt

＝sinωt

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．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路

（1）确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．

（2）明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．

如：

①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.

②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.

特别提醒　1.只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关．

2．Φ－t图象与对应的e－t图象是互余的．

四、课堂学习

课堂探究·突破考点（先做后听共同探究规律方法）

例1　如图2甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则（　　）

图2

A．乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程

B．乙图中c时刻对应甲图中的C图

C．若乙图中d等于0.02s，则1s内电流的方向改变50次图3

D．若乙图中b等于0.02s，则交流电的频率为50Hz

例2　实验室里的交流发电机可简化为如图3所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动．今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10V．已知R＝10Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是（　　）

A．线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零

B．从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为i＝sin50πtA

C．流过电阻R的电流每秒钟方向改变25次

D．电阻R上的热功率等于10W

考点二　交变电流“四值”的比较与理解

考点解读

交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较

物理量

物理含义

重要关系

适用情况及说明

瞬时值

交变电流某一时刻的值

e＝Emsinωt

i＝Imsinωt

计算线圈某时刻的受力情况

峰值

最大的瞬时值

Em＝nBSω

Im＝

讨论电容器的击穿电压

有效值

跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值

E＝U＝

I＝适用于正（余）弦式电流

（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

平均值

交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值

＝Bl

＝n

＝

计算通过电路截面的电荷量

例3　一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图5所示．副线圈仅接入一个10Ω的电阻．则（　　）图5

A．流过电阻的电流是20A

B．与电阻并联的电压表的示数是100V

C．经过1分钟电阻发出的热量是6×103J

D．变压器的输入功率是1×103W

五、课后练习

跟踪训练1　矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输

出的交流电压随时间变化的图象如图4所示，下列说法中正

确的是（　　）

A．交流电压的有效值为36V

B．交流电压的最大值为36V，频率为0.25Hz图4

C．2s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大

D．1s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快

跟踪训练2　一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图7所示．由图可知（　　）

图7

A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin（25t）V

B．该交流电的频率为25Hz

C．该交流电的电压的有效值为100V

D．若将该交流电压加在阻值为R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W

六、教学反思

新兴中学高三物理学科教学案

课题：

第2课时　变压器　电能的输送

一、学习目标

1、理解变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算

2、能够对变压器进行动态分析

3、会分析计算远距离输电问题

二、学习重点与难点

1、变压器的原理，会用功率关系、电压比、电流比进行有关的计算

2、变压器进行动态分析、会分析计算远距离输电问题

三、课前学习

基础再现·深度思考（先想后结自主梳理基础知识）

一、理想变压器

[基础导引]

变压器原理图如图1所示，思考并回答以下问题：

（1）变压器的工作原理是什么？

（2）原、副线圈的电流、电压、电流的频率有什么关系？

（3）副线圈的电压U2由谁决定？

图1

（4）原线圈的电流I1及输入功率P1由谁决定？

[知识梳理]

1．变压器的构造：

如图2所示，变压器是由____________和绕在铁

芯上的____________组成的．

（1）原线圈：

与交流电源连接的线圈，也叫________线圈．

（2）副线圈：

与________连接的线圈，也叫________线圈．图2

2．变压器的原理：

电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的________、________在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化．变化的磁场在副线圈中产生________________，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流．____________是变压器工作的基础．

3．理想变压器：

没有____________的变压器，即________功率等于________功率．

4．基本关系式

（1）功率关系：

________.

（2）电压关系：

__________；有多个副线圈时，＝__________.

（3）电流关系：

只有一个副线圈时，＝.

：

变压器能否改变恒定电流的电压？

能否改变交流电的频率？

二、远距离输电

[基础导引]

在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为l，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则下列关系式中正确的是（　　）

A．P′＝　　　　　　　B．P′＝

C．P用＝P－D．P用＝P（1－）

[知识梳理]

1．根据P损＝__________，降低输电损耗有两种方法

（1）减小输电线的电阻．

（2）减小输电导线中的电流：

在输送功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高____________．

2．远距离输电的功率损失

输送功率一定时，线路电流I＝________，输电线上的损失功率P损＝I2R线＝____________，可知P损∝.

远距离输电中的功率关系：

P输＝____________.

四、课堂学习

课堂探究·突破考点（先做后听共同探究规律方法）

考点一　理想变压器原、副线圈基本量的关系

考点解读

理想变压器

①没有能量损失（铜损、铁损）

②没有磁通量损失（磁通量全部集中在铁芯中）

基本

关系

功率关系

P入＝P出

电压关系

原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关

电流关系

只有一个副线圈时，电流和匝数成反比

有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系

频率关系

原、副线圈中电流的频率相等

制约

关系

电压

副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定

功率

原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定

电流

原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定

特别提醒　1.理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据．

2．变压器的以上关系都是根据“口”字型的变压器推出的．如果变压器不是“口”字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系．

典例剖析

例1　（2011·广东理综·19）图3（a）左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55Ω，

、

为理想电流表和电压表．若原线圈接入如图（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是（　　）图3

A．电流表的示数2A

B．原、副线圈匝数比为1∶2

C．电压表的示数为电压的有效值

D．原线圈中交变电压的频率为100Hz

考点二　理想变压器的动态分析

考点解读

1．匝数比不变的情况（如图4所示）

（1）U1不变，根据＝，输入

电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变．

（2）当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1

发生变化．

（3）I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化．图4

2．负载电阻不变的情况（如图5所示）

（1）U1不变，发生变化，故U2变化．

（2）R不变，U2变化，故I2发生变化．

（3）根据P2＝，P2发生变化，再根据P1＝P2，

故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．图5

3．分析动态问题的思路程序可表示为

例2　（2010·山东理综·19）一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图6甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是（　　）图6

A．副线圈输出电压的频率为50Hz

B．副线圈输出电压的有效值为31V

C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小

D．P向右移动时，变压器的输出功率增加

考点三　远距离输电问题

考点解读

1．远距离输电的处理思路

对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析．

2．远距离高压输电的几个基本关系（以图8为例）：

图8

（1）功率关系：

P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3.

（2）电压、电流关系：

＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．

（3）输电电流：

I线＝＝＝.

（4）输电线上损耗的电功率：

P损＝I线ΔU＝IR线＝（）2R线．

当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的.

典例剖析

例3　（2010·浙江理综·17）某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW，现用500kV电压输电，则下列说法正确的是（　　）

A．输电线上输送的电流大小为2.0×105A

B．输电线上由电阻造成的损失电压为15kV

C．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kW

D．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻

五、课后练习

跟踪训练1　如图7所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，原线圈两端接交变电流，输入电压不变，则能使原线圈的输入功率变大的是（　　）图7

A．保持P的位置不变，S由b切换到a

B．保持P的位置不变，S由a切换到b

C．S掷于b位置不动，P向上滑动

D．S掷于b位置不动，P向下滑动

跟踪训练2　如图9所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有

（　　）

图9

A．U2减小，U4变大B．U2不变，U3变小

C．P1变小，P2变小D．P2变大，P3变大

六、教学反思

新兴中学高三物理学科教学案

课题：

第3课时　传感器的原理及应用

一、学习目标

1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性．

2．了解传感器的简单应用．

二、学习重点与难点

1．热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性．

2．传感器的简单应用．

三、课前学习

基础再现·深度思考（先想后结自主梳理基础知识）

一、实验目的

1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性．

2．了解传感器的简单应用．图1

二、实验原理

1．传感器能够将感受到的物理量（力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）．

2．其工作过程如图1所示：

三、实验器材

热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．

四、实验过程

1．研究热敏电阻的热敏特性

（1）实验步骤

①按图2所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；

②把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有

热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；图2

③向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；

④将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录．

（2）数据处理

①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性.

次数

待测量

温度（℃）

电阻（Ω）

②在图3坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．

③根据实验数据和R－t图线，得出结论：

热敏电阻的阻值随温度

的升高而减小，随温度的降低而增大．

2．研究光敏电阻的光敏特性图3

（1）实验步骤

①将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图4

所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；

②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记

录数据；图4

③接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；

④用手掌（或黑纸）遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，并记录．

（2）数据处理

把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性．

光照强度

弱

中

强

无光照射

阻值（Ω）

结论：

光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大．

五、注意事项

1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．

2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔

改变射到光敏电阻上的光的多少．

3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．

六、实验改进

对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：

图5

如图5所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作过程中指针的偏转情况：

操作一：

往RT上擦一些酒精．

操作二：

用吹风机将热风吹向电阻．

根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性．

实验分析：

1．操作一中指针左偏，说明RT的阻值增大；酒精蒸发吸热，温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大．

2．操作二中指针右偏，RT的阻值减小，而电阻RT温度升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．

优点：

改进后的实验简单易操作，同学们能很快得出结论.

四、课堂学习

课堂探究·突破考点（先做后听共同探究规律方法）

　考点一　热敏电阻的实际应用图6

典例剖析

例1　（2010·新课标全国·23）用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图6虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图6所示，图中的电压表内阻很大．RL的测量结果如表格所示.

温度t/℃

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

RL阻值/Ω

54.3

51.5

48.3

44.7

41.4

37.9

34.7

回答下列问题：

（1）根据图6所示的电路，在图7所示的实物图上连线．图8

图7

（2）为了检验RL与温度t之间近似为线性关系，在图8所示的坐标纸上作RL－t关系图线．

（3）在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图9、10所示．电流表的读数为________，电压表的读数为________．此时等效电阻RL的阻值为________．热敏电阻所处环境的温度约为________．

图9　　　　　图10

考点二　光敏电阻传感器

典例剖析

例2　青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供

电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．

光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似

认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0，照射光较弱（如黑天）时

电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可

以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如

图11所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与图11

弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.

（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．光敏电阻R1，符号

；灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号

；保护电阻R2，符号

；电磁开关，符号

；蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干．

（2）回答下列问题：

①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω.

②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？

请结合本题中电磁开关内部结构图说明．答：

_____________________________________________________________.

③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子．

答：

________________________________________________________________________.

考点三　力学传感器与电路的综合

典例剖析

例3　某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图12所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.请完成对该物体质量的测量：

图12

（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使调节范围尽可能大，在虚线框中画出完整的测量电路图．

（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.

（3）设想实验中可能会出现的问题．

五、课后练习

1．在街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装