高中物理选修3-2交变电流 传感器知识点及练习

交变电流 传感器

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 变化的电流

2．正弦交流电（1）产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕 方向的轴匀速转动时线圈中产生的感应电流

（2）中性面：①定义：与磁场方向 的平面

②特点：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 ，线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次。

（3）变化规律（线圈在中性面位置开始计时）

①电动势（e ）：e = ；②电压（u ）：u = ； ③电流（i ）：i = 。

二．描述交变电流的物理量

1．交变电流的周期和频率的关系：T =

2．交流电的四值

①峰值：交变电流的峰值就是它能达到的 ，正弦交流电的峰值E m = ，对应电容器的击穿电压。

②瞬时值：交变电流某一时刻的值，对应计算线圈某时刻的受力情况，通电时间等。 ③有效值：让交流与恒定电流分别通过大小 的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的 相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就称作这个交流电的有效值，对应关于交流电的功和能的问题 ④平均值：=E ，对应计算通过电路横截面的电荷量q =

三．变压器 远距离输电

1．构造和原理

（1）主要构造：由 、 和 组成

（2）工作原理：电磁感应的 现象

2．理想变压器的基本关系

（1）功率关系：P 入=

（2）电压关系：=2

1U U ，若21n n >，为 变压器；若21n n <，为 变压器 （3）电流关系：只有一个副线圈时，

=21I I ; 有多个副线圈时，n n I U I U I U I U +++= 332211

四．远距离输电——电路损失

（1）功率损失：设输电电流为I ，输电线的电阻为R ，则功率损失为=∆P 。

（2）电压损失：=∆U ，减小功率损失和电压损失，都要求提高 ，减小输电电流

五．传感器

1．概念：传感器通常是把被测的 信息，按一定规律转换成与之对应的 信息的器件或装置

2．结构：一般由 和 组成，敏感元件能直接感受非电信息，并将这些信息转换成易于 的物理量，形成电信号；处理电路能把微小的信号进行 ，并除去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成便于显示、记录、处理和控制的 。

3．敏感元件就其感知外界信息的原理科分为三类： 类，化学类，生物类；热敏电阻用 材料制成，具有电阻随 灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量；干簧管是一种能感知 的敏感元件，它由密封在玻璃管内的两个 构成，两个簧片相互交叠但其间保持一个缝隙，簧片在磁场作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁，当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触。

练习题

1．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时产生的交变电动势为tV e π20sin 1.14=，则下列说法正确的是（ ）

A ．0=t 时，线圈平面位于中性面

B ．0=t 时，穿过线圈的磁通量最大

C ．0=t 时，导线切割磁感线的有效速度最大

D ．s t 4.0=时，电动势有最大值V 1.14

2．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的电动势随时间变化的规律如图所示，下列判断正确的是（ ）

A ．在1t 、3t 时刻线图通过中性面

B ．在2t 、4t 时刻线圈中的磁通量最大

C ．在1t 、3t 时刻线圈中磁通量变化最快

D ．在2t 、4t 时刻线圈与中性面垂直

3．下列各个量，其中所指不是有效值的是（ ）

A ．交流电压表的示数．

B ．保险丝的熔断电流．

C ．电容器的击穿电压．

D ．家庭用的V 220交变电压．

4．由交变电动势的瞬时表达式t e π4sin 210⋅=V 可知（ ）

A ．此交流的频率是Hz 4π．

B ．此交流的周期是5.0s ．

C ．此交流电动势的有效值10V ．

D ．5.0=t s 时，该交流电动势达最大值．

5．一电热器接在10V 直流电压上，消耗的电功率为P ，当把它接在一正弦交变电压上时，消耗的电功率为4

P ，则该交变电压的最大值是（ ） A ．210V B ．10V C ．25 V D ．5 V

6．图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是（ ）

A ．

B ．

C ．

D ．

7．如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO ’以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，在

ω

π2=t 时刻（ ） A ．线圈中的电流最大

B ．穿过线圈的磁通量为零

C ．线圈所受的安培力为零

D ．穿过线圈磁通量的变化率最大

8．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，产生才交流电动势的最大值为Em ，设t=0时线圈平面与磁场平行，当线圈的匝数增加一倍，转速也

增大一倍，其他条件不变时，交流电的电动势为（ ）

A ．t E e m ω2sin 2=

B ．t E e m ω2sin 4=

C ．t E e m ω2sin =

D ．t

E e m ω2cos 2=

9．如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO ’与磁场边界重合，线圈绕OO ’轴顺时针匀速转动，t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcda 为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是（ ）

A ．

B ．

C ．

D ．

10．关于理想变压器原、副线圈上的交变电流，它们一定具有相同的：（ ）

A ．频率

B ．功率

C ．磁通量的变化率

D ．交变电流的最大值

11．如图所示，先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电，第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化，如图甲所示，第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示，若图甲、乙中的U 0、T 所表示的电压、周期值是相同的，则以下说法正确的是（ ）

A ．第一次灯泡两端的电压有效值是022U

B ．第二次灯泡两端的电压有效值是02

3U C ．第一次和第二次灯泡的电功率之比是2:9 D ．第一次和第二次灯泡的电功率之比是1:5

12．如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度

为B ，电阻为R 、半径为L 、圆心角为45°的扇形闭合导线框

绕垂直于纸面的O 轴以角速度ω匀速转动（O 轴位于磁场边界），

则线框内产生的感应电流的有效值为（ ）