1、第四章：电磁感应【知识要点】一.磁通量穿过某一面积的磁感线条数； =BSsin ；单位 Wb，1Wb=1Tm ；标量，但有正负。2二电磁感应现象当穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中有感应电流的现象。如果电路不闭合只会产生感应电动势。 （这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象，是 1831年法拉第发现的） 。三产生感应电流的条件1、闭合电路的磁通量发生变化。2、闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动。 （其本质也是闭合回路中磁通量发生变化） 。四.感应电动势1、概念：在电磁感应现象中产生的电动势；2、产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。3、方向判断：感应电动
2、势的方向用楞次定律或右手定则判断。五法拉第电磁感应定律1、内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。2、公式： E n ，其中 n为线圈匝数。 t3、公式 中涉及到磁通量的变化量 的计算, 对 的计算, 一般遇到有两种情况:（1).回路与磁场垂直的面积 S不变, 磁感应强度发生变化, 由 , 此时 , 此式中BSStBnE的 叫磁感应强度的变化率, 若 是恒定的, 即磁场变化是均匀的,产生的感应电动势是恒定电动势。Bt Bt（2).磁感应强度 B 不变, 回路与磁场垂直的面积发生变化, 则 , 线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属这种情况。（3） 磁通量、磁通量
3、的变化量、磁通量的变化率的区别 三个量 比较项目磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化率物理意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某段时间内穿过某个面的磁通量变化 穿过某个面的磁通量变化的快慢大小 BScos 2 1BSSBB 或 St St t Bt注意若有相反方向磁场，磁通量可能抵消开始时和转过 180时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是一正一负， 2 BS，而不是零既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少。实际上，它就是单匝线圈上产生的电动势，即 E t注意: 该式 中普遍适用于求平均感应电动势。 1 tnE只与穿过电路的磁通量的变化率 有关, 而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是
4、2 /t否闭合、电路的结构与材料等因素无关六导体切割磁感线时的感应电动势1、导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用 E Blv 求出，式中 l为导体切割磁感线的有效长度。(1)有效性：公式中的 l为有效切割长度，即导体与 v垂直的方向上的投影长度。甲图： l cdsin ；乙图：沿 v1方向运动时， l MN；沿 v2方向运动时， l0。丙图：沿 v1方向运动时， l R；沿 v2方向运动时， l0；沿 v3方向运动时， l R2(2)相对性： E Blv中的速度 v是相对于磁场的速度，若磁场也运动，应注意速度间的相对关系。2、导体不垂直切割磁感线时，即 v与 B有一夹角 ，感应电动势可用 E
5、Blvsin 求出。3、公式 一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同, 对有些导体各部分切割磁感线的速度不相Bl同的情况, 如何求感应电动势？例：如图所示, 一长为 l的导体杆 AC绕 A点在纸面内以角速度 匀速转动,转动的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度为 B, 求 AC产生的感应电动势,解析： AC各部分切割磁感线的速度不相等, , 且 AC上各点的vlC0,线速度大小与半径成正比, 所以 AC切割的速度可用其平均切割速度 , 故 。A2221lBE4、 面积为 S的纸圈，共 匝，在匀强磁场 B中，以角速度 匀速转动，其转轴与磁SBnEmn场方向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行
6、时，线圈两端有最大有感应电动势 。m解析：设线框长为 L，宽为 d，以 转到图示位置时，边垂直磁场方向向纸外运动切割磁感线，速度为ab（圆运动半径为宽边 d的一半）产生感应电动势vd2， 端电势高于 端电势。BSBE21ab同理 边产生感应电动势 。 端电势高于 d端电势。cdEc则输出端 M N电动势为 。如果线圈 匝，则 ， M端电势高， N端电势低。SmnSBnEm参照俯示图:这位置由于线圈边长是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值 ，如从图示位置转过一mE个角度 ，如果圆周运动线速度 ，在垂直磁场方向的分量应为 ，此时线圈产生感应电动势的瞬时值vvcos.即作最大值方向的投影 = （
7、 是线圈平面与磁场方向的夹角） 。cosmE cos.mE当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。七.总结：计算感应电动势公式： 为 平 均 感 应 电 动 势 。是 平 均 速 度 ， 则如 为 瞬 时 感 应 电 动 势 。是 瞬 时 速 度 ， 则如 vBL， 为 瞬 时 感 应 电 动 势 。 应 电 动 势 。为 这 段 时 间 内 的 平 均 感是 一 段 时 间 ，otnE（导体绕某一固定点转动）21BL 夹 角是 线 圈 平 面 与 磁 场 方 向瞬 时 值 公 式 ，有 感 应 电 动 势 最 大 值线 圈 平 面 与 磁 场 平 行
8、 时cosSnEm注意：1.公式中字母的含义，公式的适用条件及使用条件。2.感应电流与感应电量,当回路中发生磁通变化时, 由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流, 在 内迁移的电荷量为感应电量。t, 仅由回路电阻和磁通量的变化量决定, 与磁通量变化的时间无关。RntRtIq因此, 当用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时, 线圈里聚积的感应电量相等, 但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同, 外力做功也不同。八楞次定律：1、用楞次定律判断感应电流的方向。楞次定律的内容：感应电流具有这样的的方向，感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化。即原磁通量变化
9、感应电流 感应电流磁场 原磁通量变化。产 生 建 立 阻 碍 （这个不太好理解、不过很好用 口诀：增缩减扩，来拒去留，增反减同 ）2、楞次定律的理解：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。（1）阻碍原磁通的变化（原始表述） ； （2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留” 。（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势； （4）阻碍原电流的变化（自感现象） 。3、应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：（1）查明原磁场的方向及磁通量的变化情况；（2）根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向；（3）由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。4、当闭合电路中的一部分导体做切
10、割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电流的方向。导体运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。 （“力”用左手， “其它”用右手 ） 九互感 自感 涡流1、互感：由于线圈 A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈 B中激发了感应电动势。这种现象叫互感。 2、自感:由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。分析可知：自感电动势总是阻 1碍线圈（导体）中原电流的变化。自感电动势的大小跟电流变化率成正比。L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，匝数越多，横截
11、面积越大，自感系数 L越大。另外, 有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。单位是亨利（H） 。自感现象分通电自感和断电自感两种, 其中断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的 2问题,例：如图 2所示, 原来电路闭合处于稳定状态, L与 并联, 其电流分别为 , 方向都是从左AILA和到右。在断开 S的瞬间, 灯 A中原来的从左向右的电流 立即消失, 但是灯IA与线圈 L构成一闭合回路, 由于 L的自感作用, 其中的电流 不会立即消L失, 而是在回路中逐断减弱维持短暂的时间, 在这个时间内灯 A中有从右向左的电流通过, 此时通过灯 A的电流是从 开始减弱的, 如果原来 , 则I I
12、在灯 A熄灭之前要闪亮一下; 如果原来 , 则灯 A是逐断熄灭不再闪亮L一下。原来 哪一个大, 要由 L的直流电阻 和 A的电阻 的大小来IL和 RLRAtILE自决定, 如果 , 如果 。RILALA， 则 RILAL，3、涡流及其应用（1）变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流（2）应用： 新型炉灶电磁炉。 金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。1 2【导与练】1将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感
13、应电动势和感应电流，下列表述正确的是( C )A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同2.如图所示，一个矩形线圈与通 有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面内，而且处在两导线的中央，则( A ) A两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零 B两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零 C两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量相等 D因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零 3. 电阻 R、电容 C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N 极朝下，如
14、图所示。现使磁铁开始自由下落，在 N极接近线圈上端的过程中，流过 R的电流方向和电容器极板的带电情况是( D ) A从 a到 b，上极板带正电 B从 a到 b，下极板带正电 C从 b到 a，上极板带正电 D从 b到 a，下极板带正电4.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的 磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是( C ) A感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 C穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 D感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 5.如图所示，光滑固定的 金属导轨 M、 N水平放置，两根导体棒
15、P、 Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( AD ) A P、 Q将相互靠拢 B P、 Q将相互远离 C磁铁的加速度仍为 g D磁铁的加速度小于 g6.如图所示,有一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个闭合的矩形导线框 abcd，沿纸面由位置 1(左)匀速运动到位置 2(右)，则( D ) A导线框进入磁场时，感应电流的方向为 a b c d a B导线框离开磁场时，感应电流的方向为 a d c b a C导线框离开磁场时，受到的安培力水平向右 D导线框进入磁场时，受到的安培力水平向左 7如图所，电路中 A、B 是完全相同的灯泡， L是一带铁芯的线圈
16、。开关 S原来闭合,则开关 S断开的瞬间 ( D ) A L中的电流方向改变，灯泡 B立即熄灭 B L中的电流方向不变，灯泡 B要过一会儿才熄灭 C L中的电流方向改变，灯泡 A比 B熄灭慢 D L中的电流方向不变，灯泡 A比 B熄灭慢 8.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 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( D )A B.BL22R 2BL22RC. D.2BL24R BL24R9.如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半 圆直径与磁场边缘重
17、合;磁场方向垂直于半圆面（纸面）向里，磁感应强度大 小为B0使该线框从静止开始绕过圆心 O、垂直于半圆面的轴以角速 度 匀速转动半周，在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置， 磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率 的大小应为( C )tA B0402BC D 10.如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a( B )A.顺时针加速旋转 B.顺时针减速旋转C.逆时针加速旋转 D.逆时针减速旋转11.半径为 a右端开小口的导
18、体圆环和长为 2a的导体杆，单位长度电阻均为 R0.圆 环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强盛场，磁感应强度为 B0.杆在圆 环上以速度 v0平行于直径 CD向右做匀速直线坛动.杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心 O开始，杆的位置由 确定,如图所示。则（ AD ）A.=0 时，杆产生的电动势为 2BavB.=/3 时，杆产生的电动势为 Bav3C.=0 时，杆受到的安培力大小为 RavB02D.=/3 时，杆受到的安培力大小为 3512.金属杆 MN和 PQ间距为 l， MP间接有电阻 R，磁场如图所示，磁感应强度为 B。金属棒 AB 长为 2l，由图示位置以 A为轴，以角速度
19、 匀速转过 90(顺时针)。求该过程中(其他电阻不计)： (1)R上的最大电功率。 (2)通过 R的电量。解析： AB转动切割磁感线，且切割长度由 l增至 2l以后 AB离开 MN，电路断开。(1)当 B端恰至 MN上时， E最大。Em B 2l 2 Bl 2， PRm 0 2l2 Em2R 4B2 2l4R(2)AB由初位置转至 B端恰在 MN上的过程中回路 B l2lsin60 Bl2q t 12 32 I R 3Bl22R13.如图，两根足够长的金属导轨 ab、cd 竖直放置，导轨间距离为 L1电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为 P、电阻均为 R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁
20、感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为 m、电阻可以忽略的金属棒 MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平， 且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为 g。求：(1)磁感应强度的大小：(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。解析：每个灯上的额定电流为 额定电压为：PIRPUR（1）最后 MN匀速运动故：B2IL=mg 求出： 2mgBL（2）U=BLv 得： 2vBLg14.如图所示，半径为 R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为 B，方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒 MN以速率 v在圆导轨上从左端滑到右端，电路中
21、的定值电阻为r，其余电阻不计。导体棒与圆形导轨接触良好。求：(1)在滑动过程中通过电阻 r上的电流的平均值；(2)MN从左端到右端的整个过程中，通过 r上的电荷量；(3)当 MN通过圆导轨中心时，通过 r上的电流是多少？解析：导体棒从左向右滑动的过程中，切割磁感线产生感应电动势，对电阻 r供电。(1)计算平均电流，应该用法拉第电磁感应定律，先求出平均感应电动势。整个过程磁通量的变化为 BS B R2，所用的时间 t ，代入公式 E ，平均电流为2Rv t BRv2I 。Er BRv2r(2)电荷量的运算应该用平均电流， q I t 。B R2r(3)当 MN通过圆形导轨中心时，切割磁感线的有效
22、长度最大， l2 R，根据导体切割磁感线产生的电动势公式， E Blv得 E B2Rv，此时通过 r的电流为 I 。Er 2BRvr15.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨 MN、PQ 间距为 l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成 30角。完全相同的两金属棒 ab、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为 0.02kg，电阻均为 R=0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为 B=0.2T，棒 ab 在平行于导轨向上的力 F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒 cd 恰好能保持静止。取g=10m/s2，问：（1）通过
23、cd 棒的电流 I 是多少，方向如何？（2）棒 ab 受到的力 F 多大？（3）棒 cd 每产生 Q=0.1J 的热量，力 F 做的功 W 是多少？解析：（1）棒 cd 受到的安培力 cdIlB棒 cd 在共点力作用下平衡，则 sin30mg由式代入数据解得 I=1A，方向由右手定则可知由 d 到 c。（2）棒 ab 与棒 cd 受到的安培力大小相等 Fab=Fcd对棒 ab 由共点力平衡有 代入数据解得 F=0.2NsiIl（3）设在时间 t 内棒 cd 产生 Q=0.1J 热量，由焦耳定律可知 2QIRt设 ab 棒匀速运动的速度大小为 v，则产生的感应电动势 E=Blv由闭合电路欧姆定律
24、知 由运动学公式知，在时间 t 内，棒 ab 沿导轨的位移 x=vt2EIR力 F 做的功 W=Fx 综合上述各式，代入数据解得 W=0.4J16.如图甲所示，在水平面上固定有长为 L=2m、宽为 d=1m的金属“U”型轨导，在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在 t=0时刻，质量为 m=0.1kg的导体棒以 v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 =0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为 ，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的m/1.0影响（取 ） 。2/1sg（1）通过计算分析
25、4s内导体棒的运动情况；（2）计算 4s内回路中电流的大小，并判断电流方向；（3）计算 4s内回路产生的焦耳热。解析：（1）导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有 magatvt0 201atvx代入数据解得： ， ，导体棒没有进入磁场区域。导体棒在 末已经停止运动，以后一直保持st1mx5.0 s1静止，离左端位置仍为（2）前 磁通量不变，回路电动势和电流分别为 ， 后 回路产生的电动势为0EI2回路的总长度为 ，因此回路的总电阻为 电流为VtBldtE. 5.0RAREI2.0根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向（3）前 电流为零，后 有恒定电流，焦耳热为ss2 JtIQ4.217如
26、图，质量为 M 的足够长金属导轨 abcd 放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计，质量为 m 的导体棒 PQ 放置在导轨上，始终与导轨接触良好， PQbc 构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为 ，棒左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨 bc 段长为 L，开始时 PQ 左侧导轨的总电阻为 R，右侧导轨单位长度的电阻为 R0。以 ef 为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向左，磁感应强度大小均为 B。在 t0 时，一水平向左的拉力 F 垂直作用于导轨的 bc 边上，使导轨由静止开始做匀加速直线运动，加速度为 a。（1）求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式；（2）经过多少时间拉力 F
27、 达到最大值，拉力 F 的最大值为多少？（3）某一过程中回路产生的焦耳热为 Q，导轨克服摩擦力做功为 W，求导轨动能的增加量。解析：（1）感应电动势为 EBLv，导轨做初速为零的匀加速运动，vat，EBLat，s at 2/2，感应电流的表达式为IBLv/R 总 BLat/（R2R 0at2/2）BLat /（RR 0at2） ，（2）导轨受安培力 FABILB 2L2at/（R R 0at2） ，摩擦力为 Ff FN （mgBIL） mgB 2L2at/（RR 0at2），根据牛顿运动定律B b e Q a F B c f P d FF AF fMa，FMaF AF fMa mg（1 ）B
28、2L2at/（RR 0at2） ，上式中当 R/tR 0at 即 t 时外力 F 取最大值，F maxMa mg （1 ）B 2L2 ，12（3）设此过程中导轨运动距离为 s，由动能定理 W 合 Ek，摩擦力为 Ff （mgF A） ，摩擦力做功为 W mgs WA mgs Q，s ， EkMas （W Q） ，W Qmg Mamg第五章：交变电流【知识要点】一交变电流1.定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。2.图像：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交流电，如图(a)所示。二正弦交流电的产生和图像 1.产生:矩形线圈在匀强磁场中，
29、绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图产生正弦（或余弦）交流电动势。当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。2.变化规律：（1）中性面：与磁感线垂直的平面叫中性面。线圈平面位于中性面位置时，如图（A）所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。因此，感应电动势为零 。当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面与磁感线平行时）如图（C）所示,穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。因此，感应电动势值最大。 （伏） （ N为匝数）SBvlNEm2三.正弦交流电的函数表达式若 n匝面积为 S的线圈以角速度 绕垂直于磁场方向 的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函
30、数形式为e nBSsint，用 EmnBS 表示电动势最大值，则有 eE msint。其电流大小为i sintI msint。eR EmR四.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 mcostBScost电动势 e Emsint nBSsint电压u Umsint sintREmR r电流i Imsint sintEmR r五.两个特殊位置的特点1.线圈平面与中性面重合时， S B， 最大， 0， e0， i0，电流方向将发生改变。 t2.线圈平面与中性面垂直时， S B， 0， 最大， e最大， i最大，电流方向不改变。 t六.表征交流电的物理量：1.
31、周期、频率和角速度(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 。2(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)角速度 ： 单位：弧度/秒2Tf(4)周期和频率的关系： T 或 f 。1f 1T2.交变电流“四值”的理解与应用物理量 物理含义 重要关系 应用情况及说明瞬时值 交变电流某一时刻的值 e Emsint ， u Umsint ，i Imsint计算线圈某时刻的受力情况最大值 最大的瞬时值Em nBS ， Em n m ， ImEmR r 当考虑某些电学元件(电容器、晶体管等)的击穿电压时，
32、指的是交变电压的最大值有效值根据电流的热效应(电流通过电阻产生的热)进行定义对正弦、余弦交变电流 E， U ， IEm2 Um2 Im2 (1)通常所说的交变电流的电压、电流强度、交流电表的读数、保险丝的熔断电流值、电器设备铭牌上所标的电压、电流值都是指交变电流的有效值(2)求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算平均值交变电流图像中图线与 t轴所围成的面积与时间的比值 BL ， n ， E v E t I ER r计算有关电量时只能用平均值3.几种典型的交变电流的有效值 电流名称 电流图像 有效值正弦式交变电流U Um12正弦半波电流U Um12正弦单向脉动电流 U Um2矩形脉动电
33、流 U Umt1T非对称性交变电流 U )(212七、电感和电容对交变电流的影响1.电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用感抗表示。低频扼流圈，线圈的自感系数 很大，作用是“通直流，阻交流” ；高频扼流圈，线圈的自感系数 很小，作用是“通低频，阻高频” 2.电容对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用容抗表示耦合电容，容量较大，隔直流、通交流高频旁路电容，容量很小，隔直流、阻低频、通高频八、变压器、电能的输送1变压器的构造理想变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。2变压器的原理电流磁效应、电磁感应(互感现象)。3理想变压器的基本关系(1)电压关系： 。U1U2 n1n2(2) 功率关系： P 入
34、 P 出 。(3)电流关系：只有一个副线圈时： 。 有多个副线圈时： UII1 U2I2 U3I3 UnIn。I1I2 n2n1(4)对于单个副线圈的变压器，原、副线圈中的频率 f、磁通量变化率 相同，并且满足 。 t Un t注意：理想变压器各物理量的决定因素1.输入电压 U1决定输出电压 U2，输出电流 I2决定输入电流 I1，输入功率随输出功率的变化而变化直到达到变压器的最大功率（负载电阻减小，输入功率增大；负载电阻增大，输入功率减小） 。2.因为 ，即 ，所以变压器中高压线圈电流小，绕制的导线较细，低电压的线P入 出I1圈电流大，绕制的导线较粗。 （上述各公式中的 I、 U、 P均指有
35、效值，不能用瞬时值） 。九、解决变压器问题的常用方法1： 电压思路:变压器原、副线圈的电压之比为 U1/U2=n1/n2；当变压器有多个副绕组 U1/n1=U2/n2=U3/n3=2：功率思路:理想变压器的输入、输出功率为 P 入 =P 出 ，即 P1=P2；当变压器有多个副绕组时 P1=P2+P3+3：电流思路:由 I=P/U知,对只有一个副绕组的变压器有 I1/I2=n2/n1；当变压器有多个副绕组n1I1=n2I2+n3I3+4：（变压器动态问题）制约思路。（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（ n1/n2）一定时，输出电压 U2由输入电压 U1决定，即U2=n2U1/n1，可简述
36、为“原制约副”.（2）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（ n1/n2）一定，且输入电压 U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流 I2决定，即 I1=n2I2/n1，可简述为“副制约原”.（3）负载制约：变压器副线圈中的功率 P2由用户负载决定， P2=P 负 1+P 负 2+；变压器副线圈中的电流 I2由用户负载及电压 U2确定， I2=P2/U2；总功率 P 总 =P 线 +P2.动态分析问题的思路程序可表示为：fLX2fCC21U1 P122IRUIn决 定 负 载决 定 决 定决 定 12121)(UIIP5 ：原理思路:变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中磁通量的变化
37、/ t相等； 十、电能的输送1根据 P 损 I2R 线 ，降低输电电能损失有以下两种措施(1)减小 R 线 ：由 R 可知，减小 R 线 可用 较小的导体材料(如铜)或增大导线的横截面积(有时不现实)。lS(2)减小输电电流：在输电功率一定的情况下，根据 P UI，要减小电流，必须提高输电电压，即高压输电。2远距离高压输电示意图3远距离高压输电的几个基本关系(1)功率关系： P1 P2， P3 P4， P2 P 损 P3(2)电压、电流关系： ， ,U2 U U3， I2 I3 I 线 。U1U2 n1n2 I2I1 U3U4 n3n4 I4I3(3)输电电流： I 线 。P2U2 P3U3
38、U2 U3R线(4)输电线上损耗的功率 P 损 I 线 U I 线 2R 线 ( )2R 线 。P2U2注意：送电导线上损失的电功率，不能用 求，因为 不是全部降落在导线上。损 出线出【导与练】1.一个小型电热器若接在愉出电压为 10V 的直流电源上.消耗电功率为 P;若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为 。如果电热器电阻不变，则此交流2P电源输出电压的最大值为（ C ） A .5V B.5 V C .10V D.10 V22.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。己知变压器线圈总匝数为 1900 匝；
39、原线圈为 1100 匝，接在有效值为 220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载 R 上的功率为 2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I，负载两端电压的有效值为 U2，且变压器是理想的，则 U2 和 I1分别约为（ B ）A 380V 和 5.3A B380V 和 9.1AC240V 和 5.3A D240V 和 9.1A 3.一台电风扇的额定电压为交流 220V。在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间 t的变化如图所示。这段时间内电风扇的用电量为( B )A.3.910-2度B.5.510-2度C.7.810-2度D.11.010-2度4如图，理想
40、变压器原线圈输入电压 u，副线圈电路中 为定值电阻，R 是滑动变阻器。sinmUt0和 是理想交流电压表，示数分别用 和 表示； 和 是理想交流电流表，示数分别用 和 表示。1V2 121A2 1I2下列说法正确的是（ C ）A 和 表示电流的瞬间值1I2B 和 表示电压的最大值UC滑片 P 向下滑动过程中， 不变、 变大21ID滑片 P 向下滑动过程中， 变小、 变小U5.某小型发电机产生的交变电动势为 e=50sin100t（V ） ，对此电动势，下列表述正确的有( C D )A.最大值是 V B.频率是 100Hz502C有效值是 V D.周期是 0.02s6.如图所示，在铁芯 P 上绕
41、着两个线圈 a 和 b，则( D )A线圈 a 输入正弦交变电流，线圈 b 可输出恒定电流B线圈 a 输入恒定电流，穿过线圈 b 的磁通量一定为零C线圈 b 输出的交变电流不对线圈 a 的磁场造成影响D线圈 a 的磁场变化时，线圈 b 中一定有电场7.通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率 P，原线圈的电压 U 保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数之比为 k 时，线路损耗的电功率为 P1，若将副线圈与原线圈的匝数之比提高到nk，线路损耗的电功率为 P2，则 P1 和 P2/P1分别为( D )APR/kU,1/n B(P/kU)2R, 1/nC. PR/kU, 1/n2
42、 D (P/kU)2R,1/n2 8.如图，理想变压器原、副线圈匝数比为 20：1，两个标有“12V，6W”的小灯泡并联在副线圈的两端，当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表（可视为理想的）的示数分别是（ D ）A.120V，0.10A B.240V，0.025AC.120V，0.05A D.240V，0.05A 9在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图 1 所示，产生的交变电动势的图象如图 2 所示，则( B ) At =0.005s 时线框的磁通量变化率为零Bt =0.01s 时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为 311VD线框产生的交变电
43、动势的频率为 100Hz10某小型实验水电站输出功率是 20 kW，输电线总电阻为 6 (1)若采用 380 V输电，求输电线路损耗的功率。(2)若改用 5 000 V高压输电，用户端利用 n1 n2221 的变压器降压，求用户得到的电压。解析：(1)输电线上的电流为I A52.63 APU 20103380输电线路损耗的功率为 P 损 I2R52.63 26 W16620 W16.62 kW。(2)改用高压输电后，输电线上的电流为I A4 APU 201035 000用户端在变压器降压前获得的电压 U1 U I R(5 00046)V4 976 V根据 ，用户得到的电压为U1U2 n1n2U
44、2 U1 4976 V226.18 V。n2n1 122第六章：传感器【知识要点】一、传感器的及其工作原理有一些元件它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。例如：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因：有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。光照越强，光敏电阻阻值越小。金属导体的电阻随温度的升高而增大。热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，
45、且阻值随温度变化非常明显。金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。二、传感器的应用1光敏电阻2热敏电阻和金属热电阻3电容式位移传感器4力传感器将力信号转化为电流信号的元件。5霍尔元件 霍尔元件是将电磁感应这个磁学量转化为电压这个电学量的元件。外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两例会形成稳定的电压，被称为霍尔电势差或霍尔电压 dIBkUH，1传感器应用的一般
46、模式2传感器应用：力传感器的应用电子秤声传感器的应用话筒温度传感器的应用电熨斗、电饭锅、测温仪光传感器的应用鼠标器、火灾报警器传感器的应用实例：1光控开关 2温度报警器【导与练】1.街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭传感器 电 路转 换放 大 执行机构计算机系统显示器 数 字 屏指 针 式 电 表的装置，实现了自动控制，这是利用半 导体的（ B ）A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三特性都利用了2.若超导体线圈连接在电路中，则（ C ）A.超导体线圈中有较小的电流通过 B.有强大的电流通过线圈，不能产生强大的磁场C.电流通过超导体线圈，能产生强大的磁场 D.电流在超导体线圈中，会有部分能量消失3.下列电子元件中，由半导体材料制成的是（ C ）A.电容器 B.镇流器C.光控开关 D.滑动变阻器4.如图所示是一火警器的一部分电路示意图，其中 R2为半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b 之间接报警器.当传感器 R2所在处出现火情时，显示器的电流 I、报警器两端的电压 U 的变化情况是（ B ）A.I 变大， U 变大 B.I 变小，U 变小C.I 变小，U 变大
