2019届高考物理备考艺体生百日突围系列专题12交变电流与传感器

专题12交变电流与传感器

第一部分 名师综述

本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用。其知识特点是了解识记的基本概念较多，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。本章知识的另一个特点是与科学技术和生活实际联系密切，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用。复习时应特别注意的内容为：

1.交变电流的产生及描述(e、u、i的瞬时值表达式、峰值、有效值、周期、频率)，特别是交流电的图象和有效值的计算是考查的热点.

2.变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，远距离输电问题等是考查的重点. 3.将本章知识与电磁感应知识结合的力、电综合题以计算题为主. 4.掌握传感器的一些简单使用和一些敏感元件的基本原理. 第二部分 知识背一背

一、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流

大小和方向都随时间做周期性变化的电流．如图(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．

2．正弦交流电的产生和变化规律

(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)中性面：①定义：与磁场方向垂直的平面．

②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．b.线圈转动一周，两次经过中性面．线圈每经过中性面一次，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，其图像为正弦曲线．如上图(a)所示．

二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率

2π

(1)周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T＝.

ω

(2)频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T?1 f2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值．

(3)有效值：让交流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的热量相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交流的有效值．

(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系：有效值为峰值除以2 (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. 三、理想变压器

1．变压器的构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．

(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈． (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈．

2．变压器的原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向

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感应电动势，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．互感现象是变压器工作的基础． 3．理想变压器：没有能量损失的变压器，即输入功率等于输出功率． 4．基本关系式

(1)功率关系：P入?P出.

(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，＝ 由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn 四、远距离输电

21．根据P损?IR，降低输电损耗有两种方法

U1U2n1n2U1U2U3n1n2n3

I1n2I2n1

(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，必须提高输电电压．

2．远距离输电的功率损失

PP2R线12

输送功率一定时，线路电流I＝，输电线上的损失功率P损＝IR线＝2，可知P损∝2. UUU远距离输电中的功率关系：P输＝P损＋P用户. 第三部分 技能+方法 一、正弦交流电的变化规律

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 图像 磁通量 Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt ＝nBSωsin ωt u＝Umsin ωt 电压 ＝REmsin ωt R＋r i＝Imsin ωt 电流 ＝EmR＋rsin ωt 2.两个特殊位置的特点 ΔΦ

(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．

ΔtΔΦ

(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．

Δt3．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，根据已知图像读出或由公式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图像为正弦函数图像，函数式为i＝Imsin ωt. ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图像为余弦函数图像，函数式为i＝Imcos ωt. 二、交变电流“四值”的比较与理解

交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较

物理量 瞬时值 物理含义 交变电流某一时刻的值 重要关系 适用情况及说明 计算线圈某时刻的受力情况 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt Em＝nBSω 峰值 最大的瞬时值 Im＝ R＋rE＝Em2 Em讨论电容器的击穿电压 (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”上所标的有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 U＝I＝Um2Im2 一般是有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 适用于正(余)弦式电流 E＝Blv 交变电流图象中图线与时平均值 间轴所夹的面积与时间的比值 E＝nΔΦ Δt计算通过电路截面的电荷量 EI＝ R＋r

三、 理想变压器原、副线圈基本量的关系

理想 变压器 功率 关系 基本关电压 关系 电流 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) P入＝P出 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 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 原、副线圈中电流的频率相等 副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定 系 关系 频率 关系 制约关电压 功率 电流