课件23张PPT。本章优化总结专题一 感应电动势的计算方法问题
电磁感应现象容易和电路问题综合在一起，因此感应电动势的计算至关重要．因此本考点也是高考的热点内容，既可以选择题形式出现也可以计算题的形式出现． 如图所示，长为L的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B，求ab两端的电势差.专题二 电磁感应与电路的综合问题
电磁感应与闭合电路欧姆定律相结合，着重考查电路的分析与计算能力．切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路产生感应电动势，该导体或该回路就相当于电源．解决此类问题的基本思路是：先明确其等效电路，其次根据法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，然后根据电路的有关规律进行综合分析． (2011·高考浙江卷)如图甲所示，在水平面上固定有长为L＝2 m、宽为d＝1 m的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧l＝0.5 m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＝0.1 kg的导体棒以v0＝1 m/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μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1 Ω/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(g取10 m/s2)．(1)通过计算分析4 s内导体棒的运动情况；
(2)计算4 s内回路中电流的大小；
(3)计算4 s内回路产生的焦耳热．
【思路点拨】 求解本题应注意以下三点：
(1)运动情况由受力情况决定．
(2)闭合电路遵守闭合电路欧姆定律．
(3)焦耳热可由焦耳定律求得．(3)前2 s电流为零，后2 s有恒定电流，焦耳热为
Q＝I2Rt＝0.04 J.
【答案】 (1)第1 s内做匀减速直线运动，后3 s内保持静止 (2)0.2 A (3)0.04 J专题三 用能量观点解决电磁感应问题
导体切割磁感线或磁通量发生变化而在回路中产生感应电流，机械能或其他形式的能量便转化为电能．感应电流在磁场中受到安培力的作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能等．因此电磁感应的过程总是伴随着能量的转化，而且克服安培力做多少功，就有多少电能产生．对于某些电磁感应问题，我们可以从能量转化的观点出发，运用能量转化和守恒定律、运用功能关系分析解决． 如图所示，电阻不计的光滑平行金属导轨MN和OP水平放置，MO间接有阻值为R的电阻，导轨相距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，质量为m，电阻为R0的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好．用平行于MN向右的水平力拉动CD从静止
开始运动，拉力的功率恒
定为P，经过时间t导体棒
CD达到最大速度v0.(1)求出磁场磁感应强度B的大小；
(2)求出该过程中电阻R上所产生的电热．
【审题指导】 求解本题应注意以下两点：
(1)速度达最大时，拉力与安培力大小相等方向相反．
(2)R上产生的电热可根据能量守恒定律求得．课件45张PPT。第1章 电磁感应第1章 电磁感应第1节 磁生电的探索目标导航
1.了解电磁感应现象的探索过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．知道什么是电磁感应现象，理解感应电流产生的条件．(重点＋难点)
3．通过实验与探究，体验科学家探索自然规律的科学态度和科学精神．(重点)一、电磁感应的探索历程
1.开端：1820年，丹麦物理学家________发现了电流的________．
2.过程：在磁生电的探索历程中，有多位科学家致力于磁生电的研究，如菲涅耳、_____、科拉顿、_____等．奥斯特磁效应安培亨利3.结果：英国科学家________悟出了磁生电的基本原理．
想一想
1．法拉第发现磁生电的原理只是偶然的原因吗？
提示：不是偶然原因．这是法拉第长期坚持刻苦钻研的必然结果．法拉第二、科学探究——感应电流产生的条件
1.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流2.探究磁铁在螺线管中运动是否产生电流3.模拟法拉第的实验4.产生感应电流的条件
只要穿过闭合电路的_________发生变化，闭合电路中就会产生电流．
5.电磁感应和感应电流
因磁通量变化而产生电流的现象叫做__________，所产生的电流叫做_________．磁通量电磁感应感应电流想一想
2．有人根据探究1得出结论，只要导体切割磁感线就能产生感应电流，这种观点正确吗？
提示：不正确．要想产生感应电流，必须满足两个条件：一是电路闭合，二是磁通量变化．导体切割磁感线时能否产生感应电流，也要看是否满足这两个条件．要点一 磁通量及磁通量的变化
学案导引
1.有人说磁通量有正、负，是矢量，对吗？ 2.磁通量、磁通量的变化与线圈的匝数成正比吗？1.磁通量的计算
磁通量表示磁场中穿过某一面积的磁感线条数,Φ＝BS为匀强磁场中磁通量的计算公式，应用此公式时需注意以下两点：
(1)公式Φ＝BS的适用条件
①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.(2)B与S不垂直时(匀强磁场中)
Φ＝B·S⊥.S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上，如图所示．Φ＝B·Ssinθ.(3)磁通量虽然是标量，却有正、负之分．
求磁通量时要按代数和的方法求总的磁通量(穿过平面的磁感线的净条数)．如图甲所示，有两个环a和b，其面积SaΦb出－Φb进，即Φa>Φb.2.磁通量的变化
(1)B不变，S变，则ΔΦ＝B·ΔS；
(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB·S；
(3)B变，S也变，则ΔΦ＝B2S2－B1S1；
(4)B不变，S不变，θ变化，则ΔΦ＝BS(cosθ2－cosθ1)．特别提醒：(1)Φ、ΔΦ均与线圈匝数无关，彼此之间也无直接联系．
(2)磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向,它的符号仅表示磁感线的贯穿方向． 一个单匝矩形线圈abcd，边长ab＝20 cm，bc＝30 cm，如图所示放在Oxyz直角坐标系内，线圈平面垂直于Oxy平面，与Ox轴和Oy轴的夹角分别为α＝30°和β＝60°，匀强磁场的磁感应强度B＝10－2 T．试计算：当磁场方向分别沿Ox、Oy、Oz
方向时，穿过线圈的磁通量各
为多少？【思路点拨】 求解此题应注意以下两点：
(1)磁场与平面垂直时，Φ＝BS.
(2)磁场与平面不垂直时，Φ＝BS′，S′为平面在垂直磁场方向的投影的面积．变式训练
1.一圆形线圈所围面积为0.05 m2，垂直放在磁感应强度B＝0.8 T的匀强磁场中(如图所示)．求：
(1)穿过线圈的磁通量是多大？
(2)若这个线圈有50匝，穿过线
圈的磁通量又是多少？
(3)当线圈平面绕任一直径转过37°时，磁通量是多大？解析：(1)由于线圈与磁感线垂直，则由公式Φ＝BS得Φ＝BS＝0.8×0.05 Wb＝0.04 Wb.
(2)穿过每一匝线圈的磁通量都相等，都为Φ＝BS＝0.04 Wb.
(3)Φ＝BScos37°＝0.8×0.05×0.8 Wb＝3.2×10－2 Wb.
答案：(1)0.04 Wb (2)0.04 Wb (3)3.2×10－2 Wb要点二 判断是否产生感应电流的方法
学案导引
1.有人认为只要磁通量变化就能产生感应电流，对吗？
2.只要电路闭合或磁通量发生变化都能产生感应电流，对吗？1.感应电流产生的条件
(1)电路闭合．
(2)穿过电路的磁通量发生变化．
2.判断的基本方法
(1)看回路是否闭合，如果回路不闭合时，无论如何也不会产生感应电流．(2)看磁场方向与回路平面之间的关系，即磁场的方向与回路平面是垂直、平行或成某一夹角．
(3)看穿过回路的磁感线的条数是否发生变化,若变化则产生感应电流,否则不产生感应电流. 如图所示，闭合圆形导体线圈放置在匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行和垂直于磁场方向的两直径．试分析线圈做以下哪种运动时能产生感应电流( )A．使线圈在纸平面内平动或转动
B．使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C．使线圈以ac为轴转动
D．使线圈以bd为轴稍做转动
【审题指导】 求解本题的关键是看穿过闭合线圈的磁通量是否变化．【精讲精析】 根据产生感应电流的条件可知：只需使穿过闭合回路的磁通量发生变化,就能在回路中产生感应电流．线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，根据前面分析ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0,则磁通量一定要改变,回路中一定有感应电流产生．当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，因此ΔS＝0，因而无感应电流产生；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流；当线圈以bd为轴稍作转动，则线圈相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流，故选D.
【答案】 D变式训练
2.(2012·陕西师大附中高二期末)如图所示的装置是法拉第做的电磁感应实验电路图，他将两个匝数较多的线圈绕在一个铁环上，线圈A直接接在电源上，线圈B接指针在中央的电流表，关于这个实验，以下说法错误的是( )A．当开关S接通的瞬间，电流表上有电流
B．当开关S断开的瞬间，电流表上有电流
C．拿走铁环后，两线圈相距较近且保持原状,开关接通或断开的瞬间，电流表上没有电流
D．当开关闭合稳定后，B上无感应电流产生解析：选C.开关S接通或断开瞬间,A线圈中电流发生变化，使得穿过B线圈的磁通量变化，因此B线圈产生感应电流，A、B正确．开关S闭合稳定后，A线圈中电流不变，穿过B线圈的磁通量不变，B线圈没有感应电流,D正确．拿走铁环，开关接通或断开瞬间，A线圈电流变化，穿过B线圈的磁通量变化，B中有感应电流产生，只是比有铁环时弱一些，C错误．有关磁通量变化的计算
[经典案例] (8分)面积为S的矩形线框abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框面成θ角(如图所示)，当线
框以ab为轴顺时针旋转90°时，
求穿过abcd面的磁通量的变化
量是多少？【思路点拨】 求解此题应把握以下两点：
(1)磁通量的大小由磁感应强度、线框面积及两者夹角三个因素决定．
(2)磁通量有正负，其正负取决于磁感线的贯穿方向．【解题样板】 开始时B与线框面成θ角，磁通量为Φ＝BSsinθ；(2分)
线框平面按题意方向转动时，磁通量减少，当转动90°时，磁通量变为“负”值，Φ2＝－BScosθ.(2分)
可见，磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS(cosθ＋sinθ)． (4分)
【答案】 －BS(cosθ＋sinθ)法拉第
法拉第是英国著名的物理学家和化学家.1791年9月生于英格兰一个铁匠家庭，由于家境贫苦，他只在7岁至9岁时读过两年小学，12岁上街卖报，13岁到一家图书装订店当学徒，利用业余时间刻苦学习．1812年22岁的法拉第有机会听了伦敦皇家学会会长、化学家戴维的一次化学讲座，更激起他参加科学工作的热切愿望．事后他把听讲记录寄给报告人,得到戴维的称赞，在戴维的帮助下进入皇家学院实验室，做戴维的助手.1816年发表第一篇有关化学方面的论文，1824年当选英国皇家学会会员，1825年任皇家学院实验室主任，1846年荣获伦福徳奖章和皇家勋章．他还是法国科学院院士．1820年奥斯特关于电流磁效应的发现，引起了法拉第的深思：既然电能产生磁，那么磁能否产生电呢？他反复研究和实验，经历五次重大的失败，终于在1831年发现了电磁感应现象，进而确立了电磁感应的基本定律，为建立经典电磁理论和电工学打下了基础．利用这一原理，他创造了电磁学史上第一台感应电动机,成为今天多种复杂电机的始祖．1833～1834年，他由实验得出了电解定律．
他的又一重要成果指出了磁场的概念．他反对电磁之间超距作用的说法，设想带电体、磁体或电流周围空间存在一种从电或磁激发出来的连续物质，起到传递电力、磁力的媒介作用．他把这些物质称作电场、磁场，1852年，他又引入了电场线和磁感线的要领并用铁粉显示了磁棒周围磁感线的形状．法拉第还用极深邃的物理洞察力对光和电的关系，做出了研究，预言了电磁波的存在和光可能是一种电磁振动的传播．法拉第是一位靠自学成才的伟大科学家，从小爱思考问题，学习非常勤奋．在科学的征途上走过了半个世纪，始终如一地实践了自己“献身于科学”的诺言，经常不分昼夜地在实验室工作．他热爱科学，不求名利，曾多次拒绝了任命和封爵，辞去了一些报酬很高的聘请，专心地从事科学研究.1867年8月在伦敦去世，后人为了纪念他用他的名字命名为电容的单位．课件54张PPT。第2节 感应电动势与电磁感应定律目标导航
1.理解感应电动势，知道感应电动势与感应电流的区别与联系.
2.理解电磁感应定律的内容和数学表达式.（重点）
3.理解导体垂直切割磁感线时感应电动势的数学表达式及其与一般表达式的区别.
4.会用电磁感应定律解决有关问题.（重点＋难点）一、感应电动势
1.感应电动势：电磁感应现象都伴随着_____的转化，在______________中产生的电动势叫感应电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于_____．能量电磁感应现象电源2.感应电动势和感应电流关系
(1)产生电磁感应现象时，闭合电路中有___________，有_________；电路断开时，没有__________，有_____________．
(2)感应电动势的产生与电路是否闭合、电路如何组成______，感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的______．感应电动势感应电流感应电流感应电动势无关本质想一想
1．通过预习，你能总结出产生感应电动势和感应电流的条件有何异同吗？
提示：相同点是穿过电路的磁通量都要变化;不同点是产生感应电动势时电路不需要闭合,而产生感应电流时电路需要闭合．磁通量变化率3.单位：在国际单位制中，感应电动势E的单位是_____．磁通量Φ的单位是_____．磁通量变化量ΔΦ的单位是_____．时间Δt的单位是___．
4.导体切割磁感线运动时产生的感应电动势大小
(1)导体垂直切割磁感线时，感应电动势大小E＝_____，其中l是___________，v是__________，且l与B_____．伏特韦伯韦伯秒Blv导体的长度导体速度垂直(2)导体速度v与磁场成θ角运动时，感应电动势大小E＝_________．
想一想
2．在什么情况下可用公式E＝Blv计算感应电动势？
提示：一般应用在导体平移时切割磁感线且B、l、v三者两两垂直的情况下．Blvsinθ要点一 感应电动势和感应电流的比较
学案导引
1.有人认为电磁感应现象的本质就是产生感应电流，正确吗？
2.产生感应电动势与产生感应电流的条件相同吗？ 下列关于感应电动势的说法中，正确的是( )
A．只要回路内磁通量发生变化，就会有感应电动势产生
B．只要回路内磁通量发生变化，就会有感应电流产生
C．导体棒无论沿哪个方向切割磁感线都会有感应电流产生D．导体棒必须垂直于磁场方向运动才会有感应电动势产生
【审题指导】 解答本题需注意以下两点：
(1)产生感应电动势的条件
(2)产生感应电流的条件【精讲精析】 只要回路内磁通量变化，就可以产生感应电动势，而只有在闭合回路中,磁通量发生变化，才产生感应电流，故A正确，B错误；无论导体棒沿什么方向切割磁感线，磁场在垂直于导体棒方向都有分量，所以都会有感应电动势产生，但不一定有感应电流，故C、D错误．
【答案】 A【名师归纳】 导体棒无论沿哪个方向切割磁感线，都会引起穿过电路的磁通量的变化,都会产生感应电动势，但只有电路闭合时才会有感应电流．变式训练
1.关于感应电流和感应电动势的关系，下列叙述中正确的是( )
A．电路中有感应电流，不一定有感应电动势
B．电路中有感应电动势，不一定有感应电流
C．两个不同电路中，感应电动势大的其感应电流也大
D．两个不同电路中，感应电流大的其感应电动势也大要点二 对法拉第电磁感应定律的理解
学案导引
1.磁通量变化大,产生的感应电动势一定大吗?
2.影响感应电动势的因素有哪些？ 一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍，接着保持增大后的磁感应强度不变,在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半，先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为( )【答案】 B【规律总结】 求解此类问题时，应分析磁通量的变化是因为S变而引起的还是因为B变而引起的，从而选择合适的形式求解ΔΦ.变式训练
2.(2012·荆州高二期末)穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述，正确的是( )A．图①中回路产生的感应电动势恒定不变
B．图②中回路产生的感应电动势一直在变大
C．图③中回路在0～t1时间内产生的感应电动势小于在t1～t2时间内产生的感应电动势
D．图④中回路产生的感应电动势先变小再变大要点三 对公式E＝Blv的理解
学案导引
1.公式中的l是导体的实际长度吗？
2.公式E＝Blv只能计算瞬时感应电动势吗？1.E＝Blv中B、l、v三者两两垂直，仅适用于导体平移且垂直切割磁感线的情况．
2.公式中l为导体切割磁感线的有效长度．若切割导线是弯曲的，则应取跟B和v垂直的有效长度，如图所示，连线ab即为有效长度．3.该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导体运动速度为v时的瞬时电动势，若v为平均速度，则E为平均电动势．4.若导体不垂直切割磁感线，即v与B有一夹角θ.如图所示，将导体ab的速度v沿垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解，感应电动势E＝Blv1＝Blvsinθ. 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,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里，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．当电键S断开时，求：(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值；
(2)MN从左端到右端的整个过程中，通过r的电荷量；
(3)当MN通过圆形导轨中心时，通过r的电流是多少？
【思路点拨】 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，计算电流时要特别注意是平均值还是瞬时值．变式训练
3.在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中,
B＝0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为l＝0.4 m，如图所示，框架上放置一质量为0.05 kg，电阻为1 Ω的金属杆cd，框架电阻不计．若cd杆以恒定加速度a＝2 m/s2由静止开始向右做匀加速直线运动，则在
5 s内平均感应电动势是多
少？5 s末的感应电动势是
多少？答案：0.4 V 0.8 V电磁感应定律与电路和受力平衡的综合
[经典案例] (12分)均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m.将其置于磁感应强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图所示．线框由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与水平的磁场边界面平行．当cd边刚进入磁场时，
(1)求线框中产生的感应电动势大小；
(2)求cd两点间的电势差大小；
(3)若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件．
法拉第电磁感应定律的由来
法拉第发现电磁感应现象，但他并未满足已发现的现象,他又进一步提出新的实验要求：
(1)铁环是产生感应所必须的吗？
(2)线圈A是必须的吗？(3)用什么样的方法，能够产生持续的电流，使它能产生电池的效果？
于是，他又进一步通过实验来寻求这些问题的答案．第一个问题，他是这样回答的：“把长为203码(约186 m)用纱布包起来的铜导线绕在很宽的木棒上，再在原绕线圈外层绕上同样长度的纱包铜线，将一个绕组和电流计连接，另一个绕组和100对金属板组成的电池组连接．发现当电键S接通和切断的瞬间，电流计指针又摆动起来．”在回答第二个问题时，法拉第用两个条形磁铁代替了通电线圈，结果同样看到了感应效应．他写道：“用普通的磁铁也产生了同样的效果……把线圈的两端用5英尺长的两条铜线与检流计连接，并把软铁棒插入线圈中．取两条长24英寸的磁铁，并把它们按异性磁极并在一起．然后，把一端分开(如马蹄形磁铁)，让带线圈的软铁棒夹在其间.”接着他做了这样的实验:
“当软铁棒与磁极接触时,指针立即发生摆动,然而继续接触时，指针仍回到原来的位置．当脱离接触时，指针又一次发生摆动，但指针的摆动方向与前次相反．如果调换磁铁两极时，指针摆动方向与前次相反．”为了回答第三个问题，法拉第“用厚纸制成一个圆筒，筒外缠绕8段总长为220英尺长的铜线．最后，法拉第在1831年11月24日写了一篇论文，向英国皇家学会报告了实验结果，并把产生感应现象的条件概括如下：(1)变化的电流；(2)变化的磁场；(3)运动的稳恒电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体．并把上述现象称为“电磁感应”．法拉第在上述产生感生电流的5种方式的基础上，进一步找到了引起感生现象发生的一个基本条件，就是二次电路——B线圈中磁力线数量的变化．这个结论，被称为法拉第电磁感应定律．课件39张PPT。第3节 电磁感应定律的应用目标导航
1.掌握涡流产生的原理.（重点）
2.了解涡流的防止和利用.
3.了解磁卡记录信息的工作原理，了解动圈式话筒的工作原理.一、涡流及其应用
1.涡流：把块状金属放在变化的磁场中，穿过金属块的________发生变化，金属块内部就产生__________．这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像旋涡一样，我们把这种感应电流叫做涡电流，简称涡流．磁通量感应电流2.电磁炉：当50 Hz的交流电流流入电磁炉时,经过整流变为高频电流进入电磁炉内的线圈.由于电流的变化频率很高，通过铁质锅底的_________变化率很大，根据电磁感应定律可知，产生的_____________也很大，铁质锅底是整块导体，电阻很小，所以在锅底能产生很强的________，使锅底迅速发热，进而加热锅内的食物．磁通量感应电动势涡电流3.电磁炉的优点：电磁炉利用_____使锅直接发热，减少了能量传递的中间环节，能大大提高__________；电磁炉使用时无烟火，无______、_____；电磁炉只对铁质锅具加热,炉体本身不发热……由于以上优点，电磁炉被称为“绿色炉具”．涡流热效率毒气废气4.防止：为减小涡流，电动机、变压器铁芯是用外表涂有_________的薄硅钢片叠成的，而不采用整块硅钢铁芯，这样减少发热，降低能耗，提高了设备的工作效率．
想一想
1．若把电磁炉接在恒定电源上能不能正常工作？
提示：不能．恒定电源只能提供恒定电流，其产生的磁场不变化，不能产生涡流．绝缘材料二、磁卡和动圈式话筒
1.磁卡
记录信息时，磁卡的________ (或记录磁头)以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的_____接触，一旦磁头中的_____通过数据信号电流，就在环形铁芯的空隙处产生随电流变化的______，磁卡通过时便会被不同程度地______，离开空隙时，磁卡的磁性层就留下相应电流变化的磁信号．磁性面空隙线圈磁场磁化读取磁卡信息时，磁卡磁性面以一定的速度通过读取磁头，磁卡上变化的________绝大部分进入磁头铁芯，在磁头线圈中感应出________．磁通量电动势2.动圈式话筒
话筒是把声音信号转变成电信号的装置，动圈式话筒由_____、_____、______三个主要部分构成．当对着话筒讲话时，声波使膜片振动，连在膜片上的______随之在永磁体的磁场中振动，从而产生__________．膜片线圈永磁体线圈感应电流想一想
2．磁卡记录信息和读取信息各是应用什么原理？
提示：记录信息利用的是电流的磁效应，读取信息利用的是电磁感应现象．要点一 涡流的产生及能量转化
学案导引
1.有人认为涡流的产生是一种电磁感应现象,对吗？
2.产生涡流时有能量的转化吗？1.涡流产生的条件
涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生的条件是穿过金属块的磁通量发生变化，并且金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡．2.可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中．
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
3.能量转化
伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．(1)如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能．
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能． (2012·大庆高二期末)如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一装有水的小铁锅和一玻璃杯．给线圈通入电流,一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是( )A．恒定直流、小铁锅
B．恒定直流、玻璃杯
C．变化的电流、小铁锅
D．变化的电流、玻璃杯
【审题指导】 求解此题应把握以下两点：
(1)穿过回路的磁通量变化是产生涡流的必要条件．
(2)涡流是在导体内产生的．【精讲精析】 通入恒定直流时，所产生的磁场不变，不会产生感应电流，通入变化的电流，所产生的磁场发生变化，在空间产生感生电场，铁锅是导体，感生电场在导体内产生涡流，电能转化为内能，使水温升高；涡流是由变化的磁场在导体内产生的，所以玻璃杯中的水不会升温．
【答案】 C变式训练
1.在电磁炉使用过程中,以下说法正确的是( )
A．线圈产生热量给食物加热
B．电磁炉不消耗电能
C．电磁炉通过线圈把电场能转变为磁场能，在形成涡流过程中，又把磁场能转变为电能，进而转化为内能
D．在电磁炉中不遵守能量守恒定律解析：选C.电磁炉是把电能转化为线圈的磁场能，磁场能又转化为电能，在锅体内产生涡流，进而转化为内能，同样遵守能量守恒定律．A、B、D错误，C正确．要点二 磁卡和动圈式话筒的应用
学案导引
1.磁卡信息的录入和读取原理相同吗？
2.动圈式话筒与电容式话筒原理相同，对吗？(1)记录信息时，磁卡的磁性面以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的空隙接触．磁头的线圈一旦通以数据信号电流，就在环形铁芯的空隙处产生随电流变化的磁场，磁卡通过时便被不同程度地磁化；离开空隙时，磁卡的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号,数据就这样被记录在磁卡上了，这利用的是电流的磁效应．(2)信息读取过程
当载有信息的磁卡以一定的速度通过读取磁头时，磁带上的磁性颗粒经过磁头，使穿过磁头线圈的磁通量发生相应的变化，从而产生与录制时相一致的感应电流．这样就可以把磁带上被录入的信息读取出来．这利用的是电磁感应现象．2.动圈式话筒的工作原理
如图所示，是动圈式话筒的结构原理图它是利用电磁感应原理制成的，当声波传播到金属膜片时，金属膜片随着振动起来．连接在膜片上的线圈(即音圈)随之振动起来,这样音圈在永久磁铁的磁场里振动的过程中产生感应电流，感应电流的大小与方向随着声波信号的变化而变化，从而将声音信号转化为电信号．这个电信号电流经放大，传给扬声器,又将电信号转化为声音信号发送出去．特别提醒：动圈式话筒与电容式话筒的工作原理不同，电容式话筒的工作原理是随着声音信号的变化，电容器两极板间的距离发生变化，从而改变电容器的电容量，使电容器在不断地充放电，形成充放电电流，而不是依据电磁感应现象制作的． 动圈式话筒和磁带录放机都应用了电磁感应现象．图甲是动圈式话筒的原理图，图乙分别是录放机的录、放原理图．下列说法错误的是( )A．话筒工作时，磁铁不动，音圈随膜片振动而产生感应电流
B．录放机放音时，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流
C．录放机放音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
D．录放机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场【审题指导】 解题时应特别注意电磁感应原理与电流的磁效应的区别．
【精讲精析】 由动圈式话筒可知，话筒工作时将声音信号转变为电信号，A正确；录放机放音时，将磁信号转变为电信号，录音时，将电信号转变为磁信号加以保存，B、D均正确，C错误．
【答案】 C变式训练
2.电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现,发明了许多电器设备．下列用电器中，哪个没有利用电磁感应原理( )
A．动圈式话筒 B．白炽灯泡
C．磁带录音机 D．电磁炉解析：选B.动圈式话筒里的音圈在永磁铁的磁场里振动产生感应电流；磁带录音机录音时声音引起振动产生感应电流，放音时磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流;电磁炉是在底盘中产生高频变化的磁场,从而使锅底产生涡流．只有选项B中白炽灯泡没有利用电磁感应原理．涡流中的能量守恒
[经典案例] (8分)曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是y＝x2，下半部处在一个水平方向的匀强磁
场中，磁场的上边界是y＝a的直
线(图中的虚线所示)，一个小金属块从抛物线上y＝b(b>a)处以初速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是多少？
【审题指导】 求解本题时应注意以下两点:
(1)小金属块进入和出磁场过程要产生涡流，机械能转化为内能．
(2)小金属块最终在磁场边界以下的区域内往复运动．【解题样板】 金属块进出磁场时，会产生焦耳热，损失机械能而使金属块所能达到的最高位置越来越低，当金属块所能达到的最高位置为y＝a时，金属块不再进出磁场，不再产生焦耳热．金属块机械能不再损失，在磁场中往复运动．【借题发挥】 金属块进入和出磁场过程中都会产生涡流，因而会受安培力作用，由于有机械能损失，所以金属块克服安培力做功,从而把机械能转化为内能，克服安培力做的功等于产生的热量．涡流式电感测压传感器原理
利用涡流效应可改变电感线圈中电感的原理,可以测定动态压强．如图所示，一个空心线圈L由高频电源供电，在线圈的一端置有一块用非铁磁性材料制成的导电金属膜片,膜面与线圈的轴线相垂直．
当高频电流输入电感线圈L时，线圈便产生变化的磁场，在变化磁场的作用下，靠近线圈的金属膜片感应出与线圈轴线同心的涡流，而涡流又产生一个磁场，使通过线圈的磁通量发生变化，这也是一种互感作用．由图可知，在被测压强p作用下，金属膜片将沿着线圈的轴线移动，膜片离线圈越近，互感越大；反之，则越小，因此，金属膜片在被测压强作用下发生位移时，电感线圈的等效电感与被测压强之间存在确定的函数关系．根据测定的函数关系，即可得出被测压强p.课件24张PPT。本章优化总结专题一 电磁感应中的图象问题
电磁感应过程中涉及到的图象问题往往是：磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势e、感应电流i随时间变化的图象，即B－t图象、Φ－t图象、e－t图象、i－t图象，还有导体切割磁感线产生感应电流与位移间的关系图象i－x图象，导体棒运动的速度随时间变化图象v－t图象等．这些图象大致可分为两类，一类是给出这些量随时间变化的图象，分析与之有关的运动过程、受力过程及由此引起的其他物理量的变化等．二是给出物体的初状态，分析或判断有关物理量随时间的变化规律．图象问题的分析方法：磁通量变化是否均匀→感应电动势、感应电流是否大小恒定或变化特点→用楞次定律或右手定则判断感应电动势或感应电流的方向→分析受力特点、运动特点等．
分析图象问题需要用到的相关知识：法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路的欧姆定律等． (2012·榆林高二期末)在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图1所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图2变化时，下列选项中正确表示线圈中感应电动势E变化的是( )【思路点拨】 求解本题要法拉第电磁感应定律与楞次定律相结合．【答案】 A专题二 电磁感应的力学问题
1.通有感应电流的导体在磁场中将受到安培力的作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，基本方法是：
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；(2)求回路中电流．(3)分析研究导体受力情况(包括安培力，用左手定则确定其方向)．(4)列动力学方程或平衡方程求解．2.电磁感应力学问题中，要抓好受力情况，运动情况的动态分析，导体运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态，速度v达到最大值．(1)平衡类
解决平衡类问题的基本方法是：
①确定研究对象，进行受力分析；②根据平衡条件建立方程；③结合电磁感应定律求解具体问题．(2)加速类
解决加速类问题的基本方法是：
①确定研究对象(一般选在磁场中做切割磁感线运动的导体作为研究对象)；
②根据牛顿运动定律和运动学公式分析导体在磁场中的受力与运动情况． 如图所示,线圈abcd每边长l＝0.20 m，线圈质量m1＝0.10 kg，电阻R＝0.10 Ω，砝码质量m2＝0.16 kg.线圈上方的匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h＝l＝0.20 m．砝码从某一位置下降，使ab边进入磁场开
始做匀速运动．求线圈做匀
速运动的速度大小．【答案】 6 m/s专题三 电磁感应中的能量转化问题
电磁感应过程中往往伴随着能量的转化，从功和能的角度入手分析电磁感应过程中的能量转化关系，是解决能量转化问题的重要途径．安培力做功和电能的变化具有特定的对应关系，“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．安培力做功的过程，是把电能转化为其他形式能的过程．解决能的转化与守恒问题的步骤：
1.用法拉第电磁感应定律和楞次定律(右手定则)确定感应电动势(电流)的大小和方向．
2.分析电路特点，写出回路中的电阻消耗的电功率的表达式．
3.分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得出机械功率的改变与回路中电功率改变所满足的方程，联立求解． (2012·河北正定中学高二期末)如图所示，两根足够长、电阻不计的平行光滑金属导轨相距l，导轨平面与水平面成θ角，下端连接阻值为R的电阻，大小为B的匀强磁场方向与导轨面垂直向下，质量为m、电阻为r的金属棒ab垂直跨放在两导轨上并保持良好接触．
(1)求金属棒ab下滑过程中的最大速度和最大加速度．(2)已知金属棒从静止下滑到达到最大速度沿导轨下滑距离为s，求这个过程中回路中总共产生了多少热量？【审题指导】 求解本题应把握以下两点：
(1)运动情况由受力情况决定，正确地进行受力分析是解题关键．
(2)求解在导体棒运动的某一过程中电路产生的热量时可根据能量守恒定律求解．课件44张PPT。第2章 楞次定律和自感现象第2章 楞次定律和自感现象第1节 感应电流的方向目标导航
1.通过实验探究感应电流的方向，理解楞次定律．
2．会用楞次定律判定感应电流方向．(重点＋难点)
3．会用右手定则判断导体切割磁感线产生的感应电流的方向．(重点)一、探究感应电流的方向
螺线管的绕行方向和灵敏电流表的连接如图所示，在下列表格中填写实验现象．假设电流从正接线柱流入，指针向右偏转．想一想
1．磁铁插入或拔出过程中，感应电流的方向相同吗？
提示：不相同，两过程中感应电流方向相反.二、楞次定律
感应电流的磁场总要_____引起感应电流的________的变化．
想一想
2．既然感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁通量)的变化，那么原磁通量是不是不会变化了？阻碍磁通量提示：原磁通量仍会变化．感应电流的磁场不会阻止原磁通量的变化，只会延缓其变化．三、右手定则
1.判定方法
伸开右手，让拇指与其余四指在同一个平面内，使拇指与并拢的四指____；让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向_______________,其余四指所指的方向就是_________的方向.垂直导体运动的方向感应电流2.适用范围
适用于闭合电路部分导体____________产生感应电流的情况．
想一想
3．应用右手定则判断感应电流方向时，四指所指的方向是高电势端还是低电势端？
提示：高电势端，因四指所指为电源内部电流，故为高电势端．切割磁感线要点一 对楞次定律的理解
学案导引
1.感应电流的磁场总是跟原磁场方向相反吗?
2.楞次定律中的阻碍就是阻止的意思,对吗？1.因果关系：楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，原因产生结果，结果反过来影响原因．
2.“阻碍”的表现形式
楞次定律中的“阻碍”作用，正是能的转化和守恒定律的反映，在克服“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，常见的情况有以下四种：(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)；
(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)；
(3)通过改变线圈面积来“反抗”(扩大或缩小);
(4)阻碍自身电流的变化(自感现象在下一节学习)．3.应用楞次定律判断感应电流方向的思路
(1)明确研究对象是哪一个闭合电路．
(2)明确原磁场的方向．
(3)判断闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减少．
(4)由楞次定律判断感应电流的磁场方向．
(5)由安培定则判断感应电流的方向．特别提醒：阻碍不是“阻止”，阻碍也不是“相反”，当闭合回路和磁场相对运动产生感应电流时，阻碍相对运动而不一定阻止运动． (2012·吉林市高二期末)如图所示，一个闭合环形线圈放在变化的磁场中，磁感应强度B随时间t的变化如图(a)所示．设在第1 s内磁感线垂直于线圈平面向里,如图(b)所示.关于线圈中产生的感应电流，下列说法中正确的是( )A．在0～2 s内一直增大
B．在0～2 s内方向保持不变
C．第1 s内不断减小，第2 s不断增加
D．第1 s内为顺时针方向，第2 s内为逆时针方向
【思路点拨】 本题考查对法拉第电磁感应定律的理解及楞次定律的应用．第1 s内原磁通量减小，感应电流的磁场垂直纸面向里，感应电流为顺时针方向；第2 s内原磁场垂直纸面向外增强，感应电流的磁场垂直纸面向里，感应电流为顺时针方向，所以方向不变，B正确，D错误．
【答案】 B变式训练
1.(2012·南安六中高二质检)如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是( )解析：选C.由楞次定律和安培定则可判定，C正确，A、B、D错误．要点二 右手定则的理解
学案导引
1.在任何情况下都可以应用右手定则判断感应电流的方向吗？
2.右手定则与左手定则的实质相同吗？1.理解楞次定律与右手定则的关系
(1)从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合回路，右手定则研究的是闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的一段导线．(2)从适用范围上说，楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况(当然包括一部分导体做切割磁感线运动的情况)，右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况，导体不动时不能应用．因此,右手定则可以看做楞次定律的特殊情况．(3)有的问题只能用楞次定律不能用右手定则,有的问题则两者都能用，对一个具体的问题，如果能用楞次定律判断出感应电流方向，不要想着也一定能用右手定则判断出来．若是导体不动，回路中的磁通量变化，应该用楞次定律判断感应电流方向，而不能用右手定则判断；若是回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简单，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦．2.右手定则与左手定则的比较
注意右手定则与左手定则的比较,不要混淆.实际上，右手定则与左手定则的不同之处仅仅在于大拇指指向的意义不同：右手大拇指指向导体运动的方向，而左手大拇指指向电流所受磁场力的方向．当二者都应用于感应电流时，导体运动方向正好与感应电流所受安培力方向相反，这正是楞次定律所说的“反抗”引起感应电流的原因. (2012·南充高二期末)如图所示，图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里．abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为l.t＝0时刻，bc边与磁场区域边界重合(如图).现令线圈以恒定的速度v沿垂
直于磁场区域边界的方向穿过
磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是( )【思路点拨】 求解本题可从以下两点入手分析：
(1)感应电流的大小由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律确定．
(2)感应电流的方向由楞次定律和安培定则确定，用正、负号表示电流的方向，与正方向相同还是相反．【精讲精析】 由楞次定律和安培定则得：线圈进入磁场时，电流方向为逆时针方向，出磁场时电流方向为顺时针方向．且无论线圈进入磁场还是出磁场，线圈有效切割长度均增大，则感应电动势增大，又线圈电阻不变，故感应电流增大．
【答案】 B变式训练
2.如图所示，水平的平行光滑导轨，金属棒PQ与导轨良好接触，整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，现使PQ在水平向右的恒力F作用下向右运动．试判断：
(1)棒PQ中感应电流的方向；
(2)棒PQ中哪端电势高；
(3)棒PQ所受安培力方向．解析：PQ在恒力F作用下运动，产生感应电流，因而受安培力作用，随着速度的增大感应电动势增大，感应电流增大，安培力也增大，当安培力大小与恒力F相等时，PQ将做匀速运动，速度达到最大．
(1)由右手定则知感应电流方向为Q→P；(2)PQ运动产生感应电动势，相当于电源，因电源内部电流由低电势流向高电势，所以P端电势高于Q端电势；
(3)因棒中电流由Q→P，由左手定则知棒所受安培力方向向左．
答案：(1)Q→P (2)P端高 (3)向左楞次定律与受力平衡及电路相结合
[经典案例] (16分)(2011·高考天津卷)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为L＝0.5 m，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，已知两棒质量均为m＝0.02 kg，电阻均为R＝0.1 Ω，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B＝0.2 T，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恰好能够保持静止．g取10 m/s2，问：(1)通过棒cd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＝0.1 J的热量，力F做的功W是多少？
【审题指导】 (1)由cd的平衡状态，根据安培力，确定I的大小、方向．
(2)由ab的运动状态和I确定F.
(3)由焦耳定律确定cd每产生0.1 J的热量所用时间，再由W＝F·s求F所做的功．(2)棒ab与cd所受的安培力大小相等，对ab棒,受力分析如图所示，由共点力平衡条件知
F＝mgsinθ＋BIL(2分)
代入数据解得F＝0.2 N．(1分)(3)设在时间t内棒cd产生Q＝0.1 J的热量，
由焦耳定律知Q＝I2Rt(2分)
设ab棒匀速运动的速度是v，其产生的感应电动势
E＝BLv(2分)【答案】 (1)1 A 方向由d到c (2)0.2 N (3)0.4 J由感应电流判断导体的运动状态
在电磁感应现象中，电路中产生的感应电流又会使磁场中的导体受到安培力的作用，从而引起种种机械效果，这是能量的转化和守恒在电磁现象中的一种具体表现．这类问题的分析,通常可采用以下两种方法:第一是从感应电流所受的安培力出发进行分析．先判定感应电流的方向，再确定磁场对感应电流的作用力方向，进而分析其运动情况．第二是从楞次定律的另一种表述出发进行分析．表述是：感应电流的效果，总是要反抗产生感应电流的原因．产生感应电流的原因,可以是磁通量的变化,也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变．而感应电流的效果，可以是感应电流所产生的磁场，也可以是因感应电流受安培力作用而引起的运动状态的变化．课件64张PPT。第2节 自 感
第3节 自感现象的应用目标导航
1.了解自感现象及其产生的原因，会分析自感现象.（难点）
2.了解自感电动势.（重点）
3.了解自感系数，并知道它的单位.
4.知道日光灯及其原理，知道启动器和镇流器的构造和原理.一、自感现象
由于______________发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象．
想一想
1．在自感现象中,穿过回路的磁通量变化吗？导体自身电流提示：变化．因为导体中的电流产生的磁场穿过闭合回路，当该电流变化时，穿过回路的磁通量就会发生相应的变化．二、自感电动势与自感系数想一想
2.自感电动势的作用是对电流有阻碍作用吗?
提示：不是．导体中电流不发生变化时，没有自感电动势，只有导体中电流变化时才产生自感电动势，从而起到阻碍导体中电流变化的作用．三、自感现象的应用
1.日光灯构造：主要由________、________、_________组成．
2.镇流器的作用：在启动时产生__________，在正常工作时起___________作用．
3.感应圈：__________直接绕在铁芯上，由几匝________绕制而成；次级线圈则由多匝_________绕成．日光灯管镇流器启动器瞬时高压降压限流初级线圈粗导线细导线4.感应圈的应用：可作实验室中小功率__________，能产生105 V的高压，汽车发动机点火，煤气灶电子点火装置都是利用感应线圈产生的____________来完成工作的．另外，电焊机也利用了自感现象．高压电源高压电火花想一想
3．若将日光灯接在220 V的电源上，日光灯正常工作时灯管两端电压一定是220 V吗？
提示：不是，正常工作时镇流器降压限流，日光灯管两端电压小于220 V.要点一 对自感电动势的理解
学案导引
1.自感电动势总是阻碍原电流的增大吗？
2.自感电动势总是与原电流方向相反吗？1.自感电动势产生的原因：导体自身的电流发生变化而引起穿过自身的磁通量的变化，从而产生感应电动势．自感现象的规律符合电磁感应现象的一般规律，如法拉第电磁感应定律和楞次定律．它是一种特殊的电磁感应现象．2.自感电动势的作用：自感现象中，产生自感电动势的目的是阻碍原电流的变化．原电流增大则产生的自感电动势延缓原电流的增大，但电流依然增大；原电流减小则产生的自感电动势延缓原电流的减小，但电流依然减小．3.自感电动势的方向：自感电动势总是要阻碍导体自身电流的变化，当电流增大时，自感电动势与原电流方向相反;当电流减小时,自感电动势与原电流方向相同．也遵循“增反减同”的规律．特别提醒：自感电动势阻碍的是原电流的变化．从能量转化的角度，当原电流增大时，电路把一部分电能转化为磁场能，从而延缓原电流的增大；当原电流减小时，电路又把磁场能转化为电能，以此延缓原电流的减小. 下列说法正确的是( )
A．即使线圈中电流不变，线圈也会有自感电动势
B．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反
C．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反
D．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反【审题指导】 审题时注意自感现象中非常关键的一点：自感电动势总是阻碍导体自身电流发生变化．
【精讲精析】 由法拉第电磁感应定律可知,当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，A错；当线圈中电流反向时．相当于电流减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B错；当线圈中电流增大时,自感电动势阻碍电流增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，C对；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，D错．
【答案】 CA．使电路的电流减小，最后由I0减小到零
B．有阻碍电流增大的作用，最后电流小于I0
C．有阻碍电流增大的作用，因而电流总保持不变
D．有阻碍电流增大的作用，但电流最后还是变为2I0要点二 通电自感与断电自感的分析
学案导引
1.开关闭合瞬间，与线圈并联或串联的灯都是逐渐变亮吗？
2.开关打开瞬间，与线圈并联的灯一定会闪亮一下再逐渐熄灭吗？1.通电自感2.断电自感特别提醒：在通电自感现象中，线圈L相当于阻值逐渐减小的“电阻”；在断电自感现象中，线圈L相当于电动势逐渐减小的“电源”．在断电自感中要判断某一个小灯泡是否会闪亮一下再熄灭，一是看是否能组成临时回路，二是看此时通过小灯泡的电流比断开前大，还是小． (2011·高考北京卷)某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )
A．电源的内阻较大
B．小灯泡电阻偏大
C．线圈电阻偏大
D．线圈的自感系数较大【思路点拨】 解答本题时可按以下思路分析：
(1)首先将实物连线图转化为电路图．
(2)理解断电自感现象的实质．
(3)明确小灯泡出现闪亮的原因．【精讲精析】 根据实物连线图画出正确的电路图如图所示．当闭合开
关S，电路稳定之后，小灯
泡中有稳定的电流IA，电感
线圈中有稳定的电流IL,当开关S突然断开时,电流IA立即消失，但是，由于自感电动势的作用，流过线圈的电流IL不能突变，而是要继续流动，于是，电感线圈和小灯泡构成了回路，如果IL>IA，则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡延时闪亮的时间就越长．如果不满足IL>IA的条件，小灯泡只是延时熄灭，不会观察到闪亮一下再熄灭．可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足IL>IA的条件，这是线圈电阻偏大造成的IL偏小．所以本题正确选项是C.
【答案】 C变式训练
2.(2012·抚州高二期末)如图所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规格相同的灯泡，S是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法不正确的是( )A．刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小相等
B．刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小不等
C．闭合S待电路达到稳定后，D1熄灭，D2比S刚闭合时亮
D．闭合S待电路达到稳定后,再将S断开瞬间, D1不立即熄灭，D2立即熄灭解析：选B.刚闭合S瞬间，由于L产生反方向的自感电动势，阻碍L中电流的增大，所以L中电流为零，D1、D2中电流相等，A正确，B错误．闭合S电路稳定后，L把D1短路，D1熄灭，电路电阻减小，流过D2的电流增大，所以D2比S刚闭合时亮,C正确．将S断开瞬间，D2电流消失，立即熄灭，L产生同向的自感电动势并与D1构成回路，所以D1闪亮一下再逐渐熄灭，D正确．要点三 日光灯的工作原理
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1.既然日光灯正常发光时启动器是断开的,所以启动器只是一个装饰品，不起任何作用，对吗？
2.镇流器在日光灯点燃和正常发光时所起的作用相同吗？1.启动器的作用
(1)构造：如图所示，它是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装上两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形动触片．(2)作用：当开关闭合时，电源把电压加在启动器两极之间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使双金属片受热膨胀，内层膨胀幅度大一些，使U形动触片膨胀伸长跟静触片接触而把电路导通，于是镇流器中的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过，电路接通后,启动器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开，在电路突然中断瞬间，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压和电源电压加在灯管两端使灯管中的汞蒸气开始放电导通，使日光灯发光．利用氖管的辉光放电，起着自动把电路接通和断开为镇流器产生瞬时自感高压的作用．2.镇流器的作用
镇流器是一个带铁芯的线圈，其自感系数很大．镇流器在日光灯启动阶段和正常发光阶段，起着不尽相同的作用，具体表现为：
(1)在灯管启动时，镇流器能够产生一个高出电源电压很多的瞬时电压，使日光灯内的气体导电，而被点燃；在日光灯启动后，因为日光灯的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，否则就会将灯管烧坏．这时加在灯管两端的电压低于电源电压，此要求也是通过镇流器来实现的．
(2)日光灯的工作过程分为预热阶段、点燃阶段和正常发光阶段．在不同阶段，镇流器的作用不同．在点燃时，镇流器的作用是提供瞬时电压；在正常发光时，镇流器起降压限流作用．3.日光灯的启动、发光过程
(1)日光灯的电路图
日光灯主要由灯管、镇流器、启动器组成(如图所示)．
(2)启动、发光过程
当开关闭合后，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气导电而发出辉光．辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通．于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过．电路接通后，启动器中的氖气停止导电，U形动触片冷却收缩,两个触片分离，电路自动断开．在电路突然断开的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来电压的方向相同，这个自感电动势与电源电压加在一起,形成一个瞬时高电压,加在灯管两端，使灯管中的气体开始导电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光．特别提醒：(1)镇流器的工作原理是利用自感现象，流过镇流器的电流要变化才行，所以日光灯要使用交变电流．
(2)镇流器的降压限流与电阻不同，它是利用电流变化时产生自感电动势来阻碍电流的变化，进而起到降压限流的作用． 如图所示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯的发光情况,下列叙述中正确的是( )A．S1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光
B．S1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光
C．S3断开，S1、S2闭合，再断开S2，日光灯就能正常发光
D．当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能正常发光【思路点拨】 解答本题时要把握以下两点：
(1)日光灯点燃时镇流器提供瞬时高压．
(2)日光灯点亮后，镇流器起降压限流的作用.【精讲精析】 当S1接通，S2、S3断开时，电源电压220 V直接加在灯管两端，达不到灯管启动时的高压值，日光灯不能发光,选项A错误；当S1、S2接通，S3断开时，灯丝两端被短路，电压为零,日光灯不能发光,选项B错误；当日光灯正常发光后，再接通S3，则镇流器被短路，灯管也不能正常工作,选项D错误；只有当S1、S2接通，灯丝被预热，发出电子,再断开S2，镇流器中产生很大的自感电动势,和原电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯才正常发光，选项C正确．
【答案】 C
【规律总结】 求解此类问题时，关键是要明确日光灯点亮和正常工作时镇流器的作用.解析：选A.镇流器在电路中的作用主要有二:一是在日光灯启动时提供瞬时高压，二是在日光灯正常工作时起降压限流作用．启动器中有一双金属片触点开关，它在受热时触点接触，正常情况下触点分开．综上所述，可知选项B、C、D正确．自感现象与电路知识的结合
[经典案例] (10分)图(甲)为某同学研究自感现象的实验电路图,电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω,定值电阻R＝2.0 Ω，AB间电压U＝6.0 V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3 s时刻断开开关S，此时刻前后通过线圈L的电流随时间变化的图线如图(乙)所示．(1)求出线圈L的直流电阻RL；
(2)在图(甲)中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向；
(3)在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？【思路点拨】 求解本题应把握以下两点：
(1)电流稳定时，线圈L相当于一个电阻．
(2)断开开关瞬间到灯熄灭,线圈L相当于电源.(2)R1中电流方向向左(2分)(3)由图(乙)可知，在t2＝1.6×10－3 s时刻电感线圈L的电流I＝0.2 A．线圈此时相当于一个电源，由闭合电路的欧姆定律得：E＝I(RL＋R＋R1)(2分)
代入数据解得：E＝2.0 V．(2分)
【答案】 (1)2.0 Ω (2)见解题样板 (3)2.0 V【规律总结】 (1)开关断开瞬间，线圈L与电阻R及灯R1构成闭合回路，线圈L是电源．
(2)断开开关瞬间,线圈L中的电流方向没变化,仍然自左向右．
(3)求自感电动势可根据闭合电路欧姆定律求解．自感现象
约瑟夫·亨利是美国物理学家．他出生在纽约的奥尔巴尼．虽然他的志趣在于从事剧本的创作，但由于环境所迫他不得不到钟表修理店当学徒，也许这就是他改变了原来志向的一个原因．后来，一个偶然的机会他读到了一本《实验哲学讲义》，使他对自然科学发生了兴趣．于是，他进了奥巴尔学院学习，1826年成了这个学院的数学教授，1832年他受聘于普林斯顿学院做自然哲学教授，在1846年担任新成立的华盛顿斯密森学院的院长．他是继富兰克林之后，美国第一个从事电磁学研究并获得重要成就的人，他的科学研究与富兰克林一样是在繁忙的社会工作中进行的．他的科学研究是从改进别人已经发明的电磁铁开始的．《电学杂志》月刊的创刊人斯特金制造了一个电磁铁能提起9磅重的物体，这个重量是它本身重量的20倍．他把软铁弯成马蹄形，在铁上涂以清漆，在它的上面绕了18圈的铜线，电源是内阻较小的铜锌电池．当亨利得知电磁铁的发现之后，很感兴趣，并且作了重大的改进．他用包上丝绸的铜线代替涂漆的铜线，这样他可以在铁芯上绕400圈铜线.于是,这块电磁铁就可以提起几百磅的重物，1829年3月他展出了这块新产品并做了表演.就在他反复实验如何提高电磁铁的吸引力的过程中，在他不断增加导线圈数，不断变化各种条件的几十次、几百次的电磁铁实验中,突然发现意想不到的现象：当切断电源的一瞬间产生了一个电火花．这个电火花很具有引诱力，他立刻改变了研究方向，探讨电火花产生的条件和原因．并在1832年发表了关于这个问题的论文，题目是《在长螺旋线中的电自感》．他认为，电火花说明在切断电源时，产生一个比原电流大许多倍的感应电流．他并把这种现象称为电的自感．此外，1832年亨利在《美国科学杂志》上，发表了一篇关于电磁感应现象的文章.1842年他提出莱顿瓶的放电并不是简单的恢复平衡，而是一种复杂的过程．他是继富兰克林之后的美国电磁学的大师．国际电学会议决定以他的名字作为电感系数的单位．课件20张PPT。本章优化总结专题一 交变电流的瞬时值、最大值、有效值、平均值的计算和应用
1.瞬时值：瞬时值是交变电流某一时刻的值,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的电动势瞬时值表达式e＝Emsinωt，电流瞬时值表达式i＝Imsinωt，其中θ＝ωt为线圈与中性面的夹角，一般用于计算线圈某一时刻的受力情况． 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：(1)转动过程中感应电动势的最大值；
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势；
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；
(4)交流电压表的示数；
(5)线圈转动一周外力所做的功；
(6)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时通过R的电荷量为多少？【思路点拨】 转过60°角时瞬时感应电动势由瞬时值表达式可解得，平均感应电动势可由电磁感应定律计算，再由平均值可计算电荷量,交流电压表的示数为电压的有效值,线圈转动一周外力所做的功等于一个周期电流产生的热量．【精讲精析】 (1)感应电动势的最大值为
Em＝nBωS＝3.14 V.
(2)转过60°角时的瞬时感应电动势为
e＝Emcos60°＝3.14×0.5 V＝1.57 V.【答案】 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V
(5)0.99 J (6)0.0866 C【规律总结】 在求解交变电动势瞬时值时,首先要确定线圈转动从哪个位置开始计时，以便确定瞬时值是正弦规律变化还是余弦规律变化；其次是确定线圈转动的角速度ω(rad/s作单位)；再次是确定感应电动势的峰值Em＝nBωS；最后写出瞬时值表达式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt.专题二 交变电流图象、表达式的综合应用
交变电流的图象反映了交变电动势(或电流)随时间的变化特征，对正弦交变电流来说，我们可以从图象中获取如下信息：
1.交流电的周期(T)：一个完整的正弦波对应的时间段．知道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω＝2π/T.4.因线圈在中性面时感应电动势、感应电流为零，磁通量最大，可由图象分析判断i、e随时间的变化情况，进而判断线圈中磁通量的变化情况．
交变电流的图象可以帮助我们理解交变电流瞬时值表达式，它比表达式更形象直观．在实际问题中将表达式、图象、发电机模型结合起来分析，能够达到举一反三、触类旁通的效果，这也是解决交变电流问题的一个重要方法． 一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知( )【答案】 D课件49张PPT。第3章 交变电流第3章 交变电流第1节 交变电流的特点目标导航
1.知道交变电流的周期、频率的含义和它们之间的关系．
2．了解交变电流最大值和有效值的意义，知道正弦式交变电流最大值和有效值之间的关系．
3．能利用有效值的定义计算某些交变电流的有效值．(重点＋难点)一、恒定电流和交变电流的比较
1.恒定电流：电流__________都不随时间变化.
2.交变电流：电流____________随时间做周期性变化．
二、交变电流的周期和频率
1.周期：交变电流完成一次____________所需的时间．用T表示，单位是____．大小和方向大小和方向周期性变化秒2.频率：交变电流在1 s内完成____________的次数，用f表示，单位是_____，符号是___．
3.周期和频率的关系：__________．
4.正弦式交变电流：大小和方向随时间按____规律变化的交变电流．周期性变化赫兹Hz正弦想一想
1．我国市电的频率是50 Hz，一秒钟内电流方向改变几次？
提示：交变电流一个周期内方向改变2次，若频率是50 Hz，一秒钟内电流方向改变100次．三、交变电流的最大值和有效值
1.最大值：交变电流在____________所能达到的最大数值，用________分别表示最大电压和最大电流．最值又称_____．
2.有效值
(1)定义：使交变电流和直流通过______的电阻，如果它们在相等时间内产生的______相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的_________．一个周期内Um和Im峰值相同热量有效值(2)正弦交变电流的有效值与最大值之间的关系：
I＝________，U＝________．想一想
2．电气设备的耐压值与用电器的额定电压各指电压的什么值？
提示：电气设备的耐压值是指该设备所能承受的交流电压的最大值，而额定电压则是指正常工作时的交流电压的有效值．要点一 直流、交流、恒定电流
学案导引
1.大小不变的电流一定是恒定电流吗？
2.交变电流都按正弦规律变化吗？1.电流分类：按电流的方向是否变化分直流和交流两种，方向不变的电流称为直流，方向变化的电流称为交流．
2.直流分类：分为恒定电流和脉动直流，其中大小方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流．3.交流分类：按交流电图象特点分正弦(或余弦)式交变电流和矩形波交变电流、锯齿波交变电流等(如图)，由于交流电具有随时间变化的特点，因此产生了一系列区别于直流的特性，如在交流电路中使用的元件不仅有电阻而且还有电容、电感等元件，现象和规律也比直流复杂．甲：家庭电路中的正弦式电流；
乙：示波器中的锯齿波扫描电压；
丙：电子计算机中的矩形脉冲；
丁：激光通信用的尖脉冲．4.交变电流的图象：正弦交变电流随时间的变化情况可以由图象表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示．从图中我们可以找出正弦式交变电流的最大值Im和周期T. 如图所示，下列对图象的描述正确的是( )
A．该电压是直流电压
B．该电压是交流电压
C．该电压的周期是0.2 s
D．该电压的频率是0.3 Hz【思路点拨】 解答本题时应注意以下两点：
(1)电压(或电流)正负表示电压(或电流)的方向．
(2)图象上一个完整的变化对应的时间是一个周期．【答案】 B【规律总结】 区分交流与直流的依据是看方向是否发生改变，在u－t或i－t图象中就是看图象是否有一部分在横轴上方，一部分在横轴下方．变式训练
1.如图所示图象中不属于交流电的有( )解析：选C.根据交变电流的定义，方向变化的电流为交流，在i－t或u－t图象中表现为i或u正负数值的变化，在i－t(或u－t)时间轴上方为正，下方为负，符合上述特点的有A、B、D，而C图象始终在t轴上方，为直流电．要点二 交变电流瞬时值、最大值和有效值
学案导引
1.交变电流的最大值能描述电流的强弱，它能描述交变电流的效果吗？
2.任何交变电流的有效值都能用最大值除以 来计算吗？1.瞬时值和最大值
(1)瞬时值：交变电流变化到某一时刻的值．通常用e、u、i等表示电动势、电压和电流的瞬时值．
瞬时值能精确表示各时刻的电压或电流值，但使用不方便，因为瞬时值不断发生改变，不能代表整体效果．(2)最大值：表示交变电流在1个周期内电压和电流所能达到的最大值，又称峰值，用字母Um、Im表示．
最大值是一特殊的瞬时值，能反映相应的参量在变化中的取值范围，但仍然不适合描述交变电流产生的整体效果．2.交变电流有效值的理解和计算
(1)有效值的理解
①交变电流有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是由一个周期的时间来确定的．
②在定义有效值时应注意三个相同，即相同电阻，相同时间，产生相同热量．特别提醒：(1)各类用电器铭牌所标示的值均为有效值．
(2)各类交流电表所测得的值也均为有效值．
(3)凡是没有说明的，所指的值均为有效值，如我们平时所说的照明电压220 V及动力电压380 V都是指有效值．
(4)计算电功、电热、电功率时要用交变电流或交变电压的有效值．
(5)保险丝的熔断电流也是指交变电流的有效值． 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇,过去是用变压器来实现上述调节的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速，现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的,如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，【答案】 C变式训练
2.(2012·扶余高二期末)如图所示，表示交变电流随时间变化图象，则交变电流有效值为________A.答案：5 A利用电流的有效值计算电功率
[经典案例] (11分)图中两交变电流分别通过相同电阻R.
(1)分别写出它们的有效值、周期、频率；
(2)计算它们在R上产生的功率之比．【思路点拨】 对于非正弦交变电流，在计算其有效值时，一定要根据有效值的定义，利用热效应关系求解．
【解题样板】 (1)图甲为正弦交变电流，其有效值I1＝0.707Im＝3.54 A，(2分)
周期T1＝0.4 s，(1分)
频率f1＝2.5 Hz；(1分) 将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示．下列说法正确的是( )解析：选C.本题首先可以从图中得到交变电流的频率和峰值，然后可由正弦式电流峰值与有效值的关系确定其有效值，最后由有效值计算电阻消耗的电功率．由题图可知，该交变电流的周期为T＝4×10－2 s，故频率为f 电阻R1、R2与交变电流按照图甲的方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示．则( ) 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( )课件49张PPT。第2节 交变电流是怎样产生的目标导航
1.了解交流发电机的构造及发电原理．
2．知道正弦式交变电流是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的，知道中性面的概念．(难点)
3．了解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表示出正弦式交变电流的最大值、有效值、瞬时值． (重点)一、交流发电机
1.原理：由法拉第______________可知，只要通过闭合导体的_________发生变化，就可以产生感应电动势和__________．
2.构造：发电机主要由_____(电枢)和____两部分组成．电磁感应定律磁通量感应电流线圈磁极磁极电枢电枢磁极想一想
1．由交流发电机发出来的电流有什么特点？
提示：电流的大小、方向都随时间做周期性变化．二、交变电流的产生原理和变化规律
1.产生机理
(1)条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕_____________的轴匀速转动．
(2)特点：①中性面：线圈平面与磁感线____,线圈经过中性面时，感应电动势、感应电流_______．垂直磁场方向垂直为零②与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流_______．
③方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就__________；线圈每转动一周,经过中性面_____,感应电流的方向改变____.最大改变一次两次两次EmsinωtnBωSImsinωtUmsinωt想一想
2．如图，在匀强磁场中，边长为l的线圈与磁感线垂直，当它以ad边为轴以角速度ω转动时产生的感应电动势最大
值是多少？从图示位置开始
计时，感应电动势的瞬时值
表达式是怎样的？提示：bc边切割磁感线，当线圈与磁感线平行时，感应电动势最大，有Em＝Blv，而v＝ωl，则Em＝Bl2ω.从图示位置计时的瞬时值表达式为e＝Bl2ωsinωt.要点一 交变电流的产生原理及变化规律
学案导引
1.只要线圈在匀强磁场中匀速转动就一定会产生交变电流吗？
2.穿过线圈的磁通量最大时感应电动势也最大吗？
3.交变电流的瞬时值一定是时间的正弦函数吗？1.交变电流的产生原理
(1)产生过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感应强度方向的轴连续匀速转动，感应电动势(感应电流)大小和方向随时间做周期性的变化．如图(a)，无感应电流．
如图(b)，电流从d流入．
如图(c)，无感应电流．
如图(d)，电流从a流入．
(2)中性面：如图(a)、(c)所示，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势(感应电流)为零．2.交变电流的变化规律
(1)瞬时值表达式
矩形线圈abcd为N匝线圈，其边
长分别为ad＝l1，ab＝l2，面积
S＝l1·l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴OO′以角速度ω匀速转动时，从线圈平面与磁场方向垂直的位置开始计时，经时间t，转动的角度θ＝ωt.其中Em＝NBSω，Im＝Em/R，表示最大值，B表示磁感应强度，N表示线圈匝数，S表示线圈面积，ω表示角速度，R表示电路的总电阻.
以上各式表示形式仅限于自中性面开始计时的情况，当从垂直于中性面开始计时时，表达式应为e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.(2)交变电流的图象
①图象意义：反映了交变电流的电流(电压)随时间变化的规律．
②通过图象可了解到信息：最大值、周期、频率．特别提醒：只有当线圈转到中性面位置时，交变电流的方向才发生改变，一个周期内线圈两次经过中性面，所以一个周期内电流方向改变两次． 一矩形线圈有100匝，面积为50 cm2,线圈内阻r＝2 Ω，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时，已知磁感应强度B＝0.5 T，线圈的转速n＝1200 r/min，外接一用电器，电阻为R＝18 Ω，试写出R两端电压瞬时值的表示式．【审题指导】 解答本题时应注意以下两点：
(1)瞬时值表达式的形式与开始计时的位置有关.
(2)计算R两端的电压时要分清内、外电路．【答案】 U＝9πcos40πt V【规律总结】 对于纯电阻，在交变电路中闭合电路欧姆定律及欧姆定律仍然适用，只是应用时应注意电动势的瞬时值、有效值分别对应电流的瞬时值、有效值．要点二 交变电流的四值比较
学案导引
1.交变电流的四值指的是哪些值？
2.交变电流的“四值”有哪些区别？特别提醒：产生正弦交流电的条件：匀强磁场、转轴与磁场垂直、线圈匀速转动．与转轴位置和线圈形状无关．因此，如图所示，只要线圈的匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S一定，产生的感应电动势的最大值Em也就确定了(Em＝nBSω)．(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)线圈转过1/30 s时电动势的瞬时值多大？
(3)线圈从中性面转过180°过程中，磁通量变化量是多少？流过电阻R上的电量是多少？
(4)电路中电压表和电流表的示数各是多大？【答案】 (1)e＝50sin10πt V (2)43.30 V
(3)3.18×10－2 Wb 0.32 C (4)31.86 V 3.54 A交变电流的功率计算
[经典案例] (10分)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡．如图乙所示，求(1)灯泡实际消耗的功率．
(2)发电机线圈每秒钟产生的焦耳热．
【审题指导】 计算灯的功率及发电机线圈产生的焦耳热时都要用交变电流的有效值．灯泡消耗的功率P＝I2R＝2.22×95 W＝459.8 W.
(2分)
(2)发电机线圈1 s内产生的热量
Q＝I2rt＝2.22×5×1 J＝24.2 J．(2分)
【答案】 (1)459.8 W (2)24.2 J交流发电机和直流发电机有什么不同
电能是现代社会最主要的能源之一．发电机是将其他形式的能转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能．发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途．
发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律．因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的．发电机的分类可归纳如下：
发电机分为直流发电机和交流发电机．
交流发电机分为同步发电机和异步发电机(很少采用)．
交流发电机还可分为单相发电机和三相发电机．直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理．课件36张PPT。第3节 交流电路中的电容和电感目标导航
1.了解电感对交变电流有阻碍作用．(重点)
2．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关．
3．知道交变电流能通过电容器．知道电容器对交变电流有阻碍作用．(重点)
4．知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小．知道容抗与哪些因素有关.一、电容、电感对直流和交流的影响
实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗(三灯泡相同)．实验现象实验表明，电阻器对直流和交流的影响是________；电容器不能让______通过却能让_____通过，但对交流有一定的_________；_______既能让直流通过也能让交流通过，但对交流有一定的_____作用．相同的直流交流阻碍作用电感器阻碍想一想
1．电容器“通交流”的演示中，电流真的流过电容器了吗？
提示：没有，电容器在交变电压作用下反复进行充电、放电，电路中有持续的交变电流，好像电流通过了电容器．二、电容器的容抗及其应用
1.容抗：电容器对交流的______作用．
2.影响容抗的因素：电容器的________和交变电流的_____，电容量______，交变电流的频率______，容抗越小．
3.实际应用：
隔直电容器——________________．
高频旁路电容器——________________．阻碍电容量频率越大越高隔直流，通交流阻低频，通高频想一想
2．隔直电容器与高频旁路电容器中，哪一个的电容量大些？
提示：隔直电容器的容抗要尽可能小，高频旁路电容器的容抗要大一些，因此，隔直电容器电容大,高频旁路电容器电容应小一些.三、电感器的感抗及其应用
1.感抗：电感对交流的______作用．
2.影响感抗的因素：
电感器的自感系数_______、交变电流的频率______，感抗越大．
3.实际应用：
低频扼流圈——_________________．
高频扼流圈——_________________．阻碍越大越高阻交流，通直流阻高频，通低频想一想
3．低频扼流圈与高频扼流圈的自感系数相同吗？
提示：不相同．低频扼流圈感抗大，自感系数大；高频扼流圈感抗小，自感系数小．要点一 电感、电容对交变电流作用的分析
学案导引
1.电感器对直流与交流都会产生感抗吗？
2.交变电流真能通过电容器吗？电容器对交变电流的阻碍作用是怎样产生的？1.电感对交变电流的阻碍作用
交变电流通过线圈时,由于电流时刻在变化,线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化,就形成了对交变电流的阻碍作用,因此，感抗的实质是由线圈的自感现象引起的．直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗．2.交变电流能够“通过”电容器
当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压变化，电压升高时，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，电压降低时，电容器极板上的电荷量减少,形成放电电流,充放电交替进行，电路中就好像交变电流“通过”了电容器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质．3.电容对交变电流的阻碍作用
当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，形成充电或放电电流，在形成电流的过程中，对自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动，也就是说在给电容器充电或放电过程中，在电容器两极形成跟原电压相反的电压,这就对电流产生了阻碍作用． 如图所示电路中，a、b两端连接的交流电源既含有高频交流，又含低频交流；L是一个25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻．下列说法中不正确的是( )A．L的作用是“通低频，阻高频”
B．C的作用是“通交流，隔直流”
C．C的作用是“通高频，阻低频”
D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比
【思路点拨】 根据电容器，电感器对交变电流影响的特点分析．【精讲精析】 L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，选项A正确．C是一个电容很小的电容器,在题图电路中,对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频”，选项C正确；因电路中无直流电流，选项B错误．由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流所占的百分比，选项D正确．
【答案】 B变式训练
1.直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的图是( )解析：选D.电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路,不亮；D图中电容C有隔直流作用.所以D中灯泡最亮．要点二 电阻、感抗、容抗的比较
学案导引
1.产生电阻、感抗、容抗的实质相同吗？
2.三种阻碍作用都是电能转化为内能吗？特别提醒：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能反复转化,所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗．三种阻碍，其本质不同，特点不同． (2012·东北师大附中高二期末)如图所示,电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220 V、50 Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压不变，将交变电流的频率提高到60 Hz,则发生的现象是( )A．三灯亮度不变
B．三灯均变亮
C．L1不变、L2变暗、L3变亮
D．L1不变、L2变亮、L3变暗
【思路点拨】 电阻对交流电的阻碍作用与交流电的频率无关；交流电的频率越大，电感器对交流电的阻碍越大，电容器对交流电的阻碍越小．【精讲精析】 当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L2的电流将因此而减小，所以灯泡L2的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L3的电流增大，所以灯泡L3将变亮．由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L1的电流不变，因此其亮度也不变,因此C正确.
【答案】 C变式训练
2.如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮．当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发
出微弱的光，乙灯能正常
发光，则下列判断正确的是( )A．与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈
B．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器
C．与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器
D．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管解析：选B.由a、b接直流时的现象可知,元件x“通直流”，元件y“隔直流”；由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”；根据电容器和电感线圈的特点，元件x是电感线圈，元件y是电容器，故B正确．电容器与电感器在电路中的应用
[经典案例] (8分)“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器，音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的振动.图为音箱的电路图,高、低频混合电流由a、b端输入，L1和L2是线圈，C1和C2是电容器，试分析甲、乙两个扬声器中，哪一个是低音扬声器，哪一个是高音扬声器？【审题指导】 求解本题时应注意分析清楚电感器、电容器在电路中所起的作用．【解题样板】 甲扬声器中，L1串联在电路中，对高频电流的阻碍作用很大，对低频电流阻碍作用较小；(2分)
C1并联在电路中，对高频电流的阻碍作用小,可以给高频电流提供通路，使低频电流通过扬声器传出，所以甲为低音扬声器．(2分)乙扬声器中，C2串联在电路中，对低频电流的阻碍作用很大,对高频电流阻碍作用很小;
(2分)
L2并联在电路中，对低频电流的阻碍作用小,可以给低频电流提供通路，使高频电流通过扬声器传出，所以乙为高音扬声器．(2分)
【答案】 见解题样板电风扇的调速原理
如图所示是一种电风扇调整器的内部结构．在一个日字形的铁芯上绕了数百匝线圈，每隔数十匝就有一个抽头，分别接在触点2～5上．从图中可以看出，在调整旋钮转到触点0时，电路断开，风扇不转；当调整旋钮转到触点1时，电流不经过线圈，直接将风扇与电源接通，风扇的转速最大；当调整旋钮转到触点5时，电流经过的线圈匝数最多，感抗最大，风扇的转速最小．课件18张PPT。本章优化总结专题一 变压器的有关问题
1.变压器实质上是一个能量转化器，它只能改变交流电压，不能改变稳恒电压，也不能改变交流电的频率和能量．电压关系是变压器工作原理的体现，而电流关系则是原、副线圈中能量的体现．电压关系、电流关系都是交流电的有效值间的关系． 如图为一理想自耦变压器的电路图，L1、L2、L3、L4为四个完全相同的灯泡．在A、B间加上交变电压U1时，四个灯泡均能正常发光，若C、D两点间的电压为U2，则U1∶U2为( )
A．1∶1 B．2∶1
C．3∶1 D．4∶1【审题指导】 求解本题时可先由电流关系求出原副线圈的匝数比，然后再求出原、副线圈的电压关系，最后求解U1与U2的比值．【答案】 D专题二 远距离输电问题的分析思路
1.抓住“输送一定的电功率”，即P送＝U送I送是定值．升高送电电压必能减小送电电流，在输电线电阻一定时减小送电电流必定减小线路损耗，这就是高压输电的原理．掌握这部分内容须理解输电电路图，它是解决电能输送问题的基础．3.根据具体问题画出输电线路示意图，示意图如图所示． 某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电．当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P1.若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，达到用电设备所在地，再通过一台降压变压器T2把电压降到用电设备的额定电压，供用电
设备使用，如图所示．这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0，用电设备可获得的功率增加至P2，试求所用升压变压器T1的原线圈与副线圈的匝数比N1/N2以及降压变压器T2的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2各为多少？课件45张PPT。第4章 远距离输电第4章 远距离输电第1节 三相交变电流目标导航
1.了解三相交流发电机的构造.
2.知道三相交变电流是如何产生的.
3.知道产生三相交变电流的三个线圈中的电动势最大值和周期都相同，但它们不是同时达,到最大值（或零）.理解三相交变电流及其产生规律.（难点）
4.知道什么是星形连接、三角形连接、零线、火线、线电压及相电压.（重点）3相交变电流电枢线圈磁极磁极电枢想一想
1．在三相交流发电机中，有两个线圈发生了故障，第三个线圈还能不能正常工作？为什么？
提示：能．因为三个线圈是相互独立的，相当于三个独立的单相交流发电机．匝数绕向120°最大值周期正弦想一想
2．三个绕组产生的交变电动势的最大值如何求？有效值呢？三、电源与负载的连接方式
1.三相四线制：将发电机三相绕组的3个接头连在一起，引出一个公共接头N，这样，电源的输出引线共有4根，从A、B、C引出三根导线叫做_____，也叫端线，俗称火线．从公共接头N引出的导线叫做中性线，简称中线(或零线)．这种连接方式叫做__________制．这种接法又叫做三相电源的星形接法．相线三相四线该接法可以对用户提供两种电压，______与________间的电压叫做相电压，通常用于生活用电；_____与_____间的电压叫做线电压,通常为工农业生产中的动力电压．线电压与相电压的关系：U线＝______．相线中性线相线相线2.三相三线制：如果三相负载完全对称，则通过中性线的______为零，此时取消中性线也不影响三相电的工作，三相四线制就变成了三相三线制．电流想一想
3．家中常看到三孔插座，是不是这种插座接的是三相交变电流？
提示：不是．这三个插孔的下边两个中有一个接火线，一个接零线，最上边那个插孔是接地线，与用电器外壳相连．要点一 三相交变电流的产生及特点
学案导引
1.3个绕组产生的交变电流都按相同的规律变化吗？
2.3个绕组产生的交变电流能否同时达到最大值？1.三相交流发电机的构造特点
如图，三相交流发电机内装有三个完全相同的线圈，三个线圈平面互成120°角放置在同一磁场中．小功率发电机可以采用旋转电枢式，大功率发电机采用旋转磁极式．2.三相交变电流的产生：以旋转磁极式发电机为例，当转子磁场匀速转动时，等效于定子线圈做切割磁感线运动，由于定子的三个线圈相同，三个线圈平面在空间互成120°角．故能产生三相交变电流． 下列关于三相交变电流的产生原理的说法中正确的是( )
A．发电机中3个绕组具有相同的匝数和绕向,互成60°
B．在转动过程中，每个绕组产生的感应电动势的最大值和周期都相同
C．在转动过程中，某时刻每个绕组产生的感应电动势的瞬时值相同D．在转动过程中，每个绕组独立产生的感应电动势的瞬时值、最大值、周期都不相同
【精讲精析】 三个绕组匝数相同，绕向相同，互成120°，所以每个绕组产生的电动势最大值相同，周期频率相同，但瞬时值不同，到达最大值的时间依次落后T/3，B对，A、C、D错．
【答案】 BC．三相交流发电机的三个线圈是完全相同的，它们产生三个瞬时值完全相同的交变电动势
D．三相交流发电机的三个线圈是完全相同的，它们产生三个峰值和周期都相同的交变电动势要点二 电源与负载的连接方式
学案导引
1.有人说线电压与相电压其实是一样的，对吗？
2.在电源与负载的星形连接中必须使用中性线吗？1.三相交变电源的星形接法
(1)定义：如图所示，将三相绕组的X、Y、Z(绕组末端)3个接头连在一起的连接方式．(2)相线和零线
相线(亦称端线)：从每个线圈始端引出的导线(照明线路中常称火线)，如A(B、C)．
中性线(亦称零线)：从三个线圈末端公共接头引出的导线，如X(Y、Z)、N.
(3)三相四线制及三相三线制
三相交变电源的星形接法中用三根相线，一根中线的连接方式，称为三相四线制，若只有三根相线的连接方式称为三相三线制．(4)相电压与线电压
相电压：相线和零线之间的电压，即每个线圈两端的电压．如UA、UB、UC.
线电压：两条火线之间的电压，如UAB、UBC、UCA.2.三相负载及星形连接方法(符号：Y)
(1)三相负载：由三相电源供电的负载．
(2)三相负载接法：三相四线制星形接法如图甲，三相三线制星形接法如图乙．(3)线电压和相电压的关系U线＝U相
我国日常电路中，U相＝220 V，U线＝380 V.
3.三相负载的三角形接法
三角形连接方法，符号是△.接法如图所示：三相负载的每相两端分别与两条相线连接．
特点：U线＝U相 在三相交流电源上按星形接法连接相同负载1、2、3，如图所示，NN′是中性线．已知负载1上的电压为220 V，电流强度为15 A，现以I表示中性线上的电流，U表示图中P、Q两点之间的电压，则( )A．I＝15 A，U＝440 V
B．I＝45 A，U＝380 V
C．I＝0，U＝440 V
D．I＝0，U＝380 V
【思路点拨】 先确定P、Q两点之间的电压是线电压还是相电压，再根据星形接法的相电压与线电压的关系判断．【答案】 D变式训练
2.三相交流发电机每相电压是380 V，接成三角形向外供电．若将三个相同的负载接成三角形,则每个负载两端的电压是________V；若将三个负载接成星形，则每个负载两端的电压为________V.答案：380 220三相交变电流电路的计算
[经典案例] (14分)如图所示，是三相四线制的供电电路，O为中性线，相电压为220 V，两个灯泡L1、L2按图示接入电路．(1)若L1、L2的规格都是：“220 V，60 W”，它们能否正常发光？
(2)若L1、L2的规格分别是：“220 V,60 W”,
“220 V，15 W”，它们能否正常发光？
(3)若中性线上的D点突然断开，以上两种情况下两个灯泡会发生怎样的变化(不考虑灯丝电阻变化)?【审题指导】 求解本题应把握以下两点：
(1)弄清负载的连接方式．
(2)有中线时，两灯泡并联，电压为220 V，中线断开时，两灯泡串联，总电压为380 V.【解题样板】 (1)(2)所加的电压跟额定电压相同，所以两盏灯都能够正常发光，与两盏灯(功率、电阻)是否相同无关．(4分)
(3)中性线D处断开后，L1、L2串联接入两条相线之间，总电压是380 V，(2分)
当灯泡相同时,每个灯泡承担的电压为190 V,小于额定电压，(1分)【答案】 (1)正常 (2)正常 (3)见解题样板三孔插座与三相插座
有人认为，凡有三根导线、插头上有三个接线柱的用电器，用的都是三相交流电，与之相对应的三孔插座，也是三相电源插座．这是不正确的，其实它们都是单相交流电设施．绝大多数用电器，用户在使用时难免要与其外壳或有关暴露部分接触．这些部分一旦漏电，十分危险．为避免这种危险，往往从用电器的外壳和有关暴露部分引出一根导线,这根导线在用电器使用中要接地．这样,万一发生漏电，由于人体有一定电阻，绝大部分电流都从这根导线直接进入大地，保障了人身安全．我国规定，民用建筑的供电线路中都要设置接地线．于是一般的单相用电器上就有了三根导线：一根连相线,通常用字母“L”表示；一根连中线，通常用字母“N”表示；一根连接地线，通常用符号“ ”表示．在相应的插头和插座上，往往把这些字母和符号标在线柱和插孔旁，而且，接地线柱和插孔都要大一些,形状也与其他两个不一样,如图甲所示.真正的三相插头和插座通常有四个线柱或插孔，由于是三角形连接，其中一个连接地线,其他三个连相线，如图乙所示．课件44张PPT。第2节 变压器目标导航
1.知道变压器的构造及几种常见变压器，理解变压器的工作原理.
2.理解理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它们分析解决有关变压器,问题.（重点＋难点）一、变压器的结构与工作原理
1.变压器的结构
由闭合______和绕在其上的两个(或两个以上)的______组成．
(1)原线圈：与_______相连的线圈，又叫
__________．铁芯线圈电源初级线圈(2)副线圈：与_______相连的线圈，又叫___________．
(3)输入电压与输出电压：_______两端的电压叫______电压，用____表示；_______两端的电压叫输出电压，用___表示．负载次级线圈原线圈输入U1副线圈U22.变压器的工作原理
当原线圈两端加上交变电压时，就有_________通过原线圈，并在铁芯中产生交变磁场，铁芯中就有变化的________，这个变化的________同样会穿过副线圈，并在副线圈上产生____________．
3.理想变压器：没有__________的变压器．交变电流磁通量磁通量感应电动势能量损失想一想
1．为什么变压器的铁芯必须是闭合的？
提示：为了减小漏磁而造成的能量损失．想一想
2．通常情况下，变压器主要有哪些方面的能量损失？
提示：磁场漏到铁芯以外的损失，即漏磁；变压器绕组有电阻，电流流过时要产生热量,即铜损；铁芯中因产生涡流而消耗电能，即铁损．二、变压器电压与匝数的关系无漏磁无电阻P1＝P2想一想
3.变压器的原副线圈连在一起吗？是原线圈中的电流跑到副线圈中去了吗？
提示：变压器的原副线圈虽然都套在同一个铁芯上，但两线圈是彼此绝缘的，是利用了互感现象在副线圈上感应出电流的，并不是原线圈的电流直接跑到副线圈中去．三、常见的变压器
1.升压、降压变压器
n2＞n1，________，是升压变压器．
n2＜n1，________，是降压变压器．
2.自耦变压器：_________绕组的变压器为自耦变压器．U2＞U1U2＜U1只有一个想一想
4．自耦变压器有哪些优缺点？
提示：优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端与高压端直接有电的联系，不够安全．要点一 理想变压器的特点及工作原理
学案导引
1.副线圈中的电流是直接从原线圈传过来的吗？
2.变压器能不能改变恒定电压？1.理想变压器的特点
(1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；
(2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)；
(3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流；
(4)理想变压器是一种理想化模型．2.工作原理
变压器工作原理的物理过程示意图如图所示.原线圈上加交变电压U1产生交变电流；铁芯中产生交变磁场即产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势U2；当副线圈接负载时，副线圈相当于交
流电源向外界负载供电．由于铁芯闭合，在不考虑铁芯漏磁的情况下,穿过原、副线圈的每匝线圈的磁通量及其变化率均相同，因此在原线圈上所加的交流电压值与原线圈匝数不变的情况下，副线圈上产生的交变电压与副线圈的匝数成正比．这样可以通过绕制不同匝数的副线圈来得到各种数值的交变电动势，从而改变交流电的电压．要强调的是：从能量转换角度看，变压器是把电能转化为磁能，再将磁能转化为电能的装置，一般地说，经过转换后电压、电流均发生了变化．特别提醒：(1)变压器不能改变直流电压．
(2)变压器不改变交变电流的频率．
(3)变压器的原、副线圈分属于两个闭合回路,不是把电能直接地从原线圈传递到副线圈，而是在原线圈把电能转变为磁场能，通过电磁感应在副线圈中再把磁场能转变为电能． (2012·北海高二期末)如图所示，理想变压器的原线圈两端接平行直导轨,导轨处于匀强磁场中，副线圈上接电阻R和电压表，当导体棒ab运动时，下列说法中正确的是( )A．导体棒ab匀速运动时，电压表有示数
B．导体棒ab匀速运动时，电压表没有示数
C．导体棒ab做加速运动时，电压表没有示数
D．导体棒ab做减速运动时，电压表没有示数
【思路点拨】 电压表有无示数的条件是看穿过副线圈的磁通量是否发生变化，即原线圈中的电流是否变化．【精讲精析】 导体棒ab运动切割磁感线时,产生感应电动势E＝BLv.若ab匀速运动，感应电动势E不变，原线圈中电流也不变，因此穿过副线圈的磁通量不变，副线圈不会产生感应电动势，所以电压表无示数，A错误，B正确．当ab加速或减速运动时，感应电动势E变化，原线圈中电流变化，穿过副线圈的磁通量变化，副线圈产生感应电动势，所以电压表有示数，C、D错误．【答案】 B
【规律总结】 变压器是依据电磁感应工作的，因此只能在电流变化的电路中工作，如果变压器接入恒定电流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不能引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器就起不到变压作用．变式训练
1.关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )
A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量可能不相等
C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈解析：选C.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁,穿过原、副线圈的磁通量一定相等，B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能，原副线圈通过磁联系在一起，故D错误．1.变压(变流)规律2.变压器工作时的制约关系
(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.
(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.(3)功率制约：P2决定P1，P2增大，P1增大，P2减小，P1减小，P2为0，P1为0.
特别提醒：变压器原副线圈功率制约关系、电流制约关系实质上体现了能量守恒特点(不计变压器能量损失)，消耗了多少能量，必定提供了多少能量，反过来提供了不消耗，提供的多消耗的少，显然是不符合能量守恒定律的． 如图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，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流．下列说法正确的是( )A．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小
B．保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小
C．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1减小
D．保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小【思路点拨】 U1不变，因此当单刀双掷开关在a、b间切换时会引起U2改变,输出功率、输入功率会随之改变，从而引起电流变化；当滑片移动时，引起负载电阻变化，电流随之改变，输出功率和输入功率也随之改变．【答案】 B变式训练
2.(2012·东北师大附中高二期末)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后( )A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值不变
D．V2示数变大，V1与V2示数的比值不变多个副线圈时变压器规律的应用
[经典案例] (12分)(2012·抚州高二期末)如图所示，某理想变压器有一个原线圈，匝数n1＝1320匝，接在220伏交流电路上，另有两个副线圈，甲线圈匝数n2＝30匝，线圈中电流为I2＝1.2 A，另一个乙线圈两端电压U3＝10 V，电流为I3＝0.5 A．求(1)乙线圈的匝数n3及甲线圈两端的电压U2.(2)原线圈中的电流I1.【答案】 (1)60 匝 5 V (2)0.05 A变压器与分压器的比较
变压器和分压器都是用来改变电压的设备．在改变电压时，它们既有相同点也有区别．1.变压器的工作原理及用途
如图所示，变压器的工作原理是当原线圈中有交变电流时，在铁芯中便产生交变磁通量,而交变磁通量又会在副线圈中产生感应电动势．可见，变压器只能在交流电路中工作，且其电压比等于匝数比．同一个变压器既可以当升压变压器也可以当降压变压器使用，副线圈两端的电压可以比原线圈电压大、小或相等．应当注意的是需要把电压升高时，就得使用升压变压器，分压器是无能为力的．2.分压器的工作原理及用途
分压器的工作原理是利用串联电路的分压原理．如图所示，它是滑动变阻器的分压接法,既可应用于直流电路又可应用于交流电路．课件47张PPT。第3节 电能的远距离传输目标导航
1.知道输电的过程,了解远距离输电的原理.
2．知道什么是输电导线上的功率和电压损失及如何减少功率和电压损失．(重点)
3．通过对远距离输电原理的具体分析、计算，理解为什么远距离输电要用高压，学会分析解
决实际的高压输电问题．(重点＋难点)一、为什么要采用高压输电
1.电功率损失和电压损失I2RIR电阻率横截面积横截面积电阻一定无限小升高输送电压高压输电二、高压交流输电
1.在发电站内要使用__________，将电压提升，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求再用____________，经2～3次降压，才输送给用户．升压变压器降压变压器2.现代供电系统把许多发电站连为一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的每台发电机发出的交流电并网时必须做到同步,即交变电流的______必须相同．并联输电线中的交变电流的_____必须相同．频率相位想一想
2．高压交流输电有哪些缺陷？
提示：交流输电线路同时存在电阻、感抗和容抗，输送的电功率越大，感抗和容抗越明显，电能损失就越大．三、高压直流输电
1.主要构造：________、直流线路和________三部分．
2.原理图：(如图所示)整流站逆变站3.主要用途：主要用于远距离_______输电、联系不同_____或相同频率但___________的交流系统等．
想一想
3．通过阅读课本，请你简要总结一下高压直流输电有哪些优点．
提示：(1)节省输电线材料．(2)不存在感抗和容抗引起的损耗．(3)不需考虑电网中各交流发电机的同步运行问题．大功率频率非同步运行要点一 输电线上功率、电压损失的问题
学案导引
1.减小输电线路的功率损失与电压损失的方法只能是减小输电线电阻吗？
2.提高输电电压是减小输电损失最经济的途径，对吗？1.输电线路上的电压损失
输电导线有电阻，电流通过输电导线时，就会在输电线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压低，这就是输电线路上的电压损失ΔU＝U始－U末．
对于交流输电线路来说，造成电压损失的原因既有电阻又有感抗和容抗，其中电阻造成的电压损失ΔU＝IR.3.输电线路上的电功率损失
一般输电导线都有电阻，因此当电能通过输电导线送向远方时，电流流过输电导线，因输电导线有电阻而发热，从而损失电功率．
设输电电流为I，输电导线电阻为R，则输电导线上的功率损失P损＝I2R. 远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是( )
A．输电线上的电压损失跟输电电压成正比
B．输电线上的功率损失跟输电电压成正比
C．输电线上的功率损失跟输电电压的平方成正比
D．输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比【思路点拨】 输送的(电压、功率)、损失的(电压、功率)、得到的(电压、功率)，分别对应于输电过程的“始”“中”“末”．【答案】 D要点二 有关高压输电线路的分析与计算
学案导引
1.用户得到的功率与输送功率一定相等吗？
2.升压变压器的输出电压就是降压变压器的输入电压吗？1.输电过程如图所示．电路被划分为三个独立的回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源,每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律,串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁．特别提醒：(1)用户消耗的功率决定输送功率,即用户和线路总共消耗多少功率，发电站就输送多少功率，这是能量守恒定律和变压器原理的体现．
(2)抓住输电的两头——电源和用电器；分析一条线——输电线；研究两次电压变换——升压变压器和降压变压器．
(3)注意输送电压(功率)、损失电压(功率)、用户电压(功率)三者区别和数量关系． 某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV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2.0×105 A
B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW
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
【思路点拨】 解答本题要区分输电电压U与输电线上损失的电压U损，输送功率P与输电线上损失的功率ΔP.【答案】 B变式训练
2.(2012·漳州高二期末)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有( )A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例减小高压交流输电的综合应用
[经典案例] (14分)某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104 W,电厂输出电压仅为350 V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4 Ω，允许损失的功率为输送功率的5%，求用户所需电压为220 V时，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？
【思路点拨】 导线损耗的电能转化为热能,所以据电功率的知识可求出输送导线中的电流．据理想变压器原理和能量守恒，可算出升压变压器的输出电压和降压变压器的输入电压，就能解决该题中提出的问题．【解题样板】 依题意画出远距离输电的电路如图所示．【答案】 1∶8 12∶1【借题发挥】 计算简单的输电电路问题时,要画出供电电路图，输入、输出回路间可通过变压器的变压比、变流比和输入、输出功率相同的关系相联系．输送的电功率一定，提高输送电压，导线上的电流便减小，于是导线损失功率P损＝I2R就减小.三峡工程催生输送电走出特色
大截面架空导线登上世界之最
在大截面架空导线中，三峡输送电采用的720平方毫米导线，不仅是我国目前交直流送电线路采用的最大规格的导线，也是世界之最.这是2003年11月24日在武汉召开的三峡送电工程所用导线、地线专题总结与技术研讨会上，国家电网建设公司副总经理魏恭华透露的消息．据介绍，720平方毫米大截面导线，每条线可输送300万千瓦的电能．目前三峡工程已有2条输送电工程采用这种导线．一条是三峡(宜昌)龙泉至(江苏常州)政平超高压直流送电线路，三峡电站送往华东第一条直流输电线路,经过湖北、安徽、江苏三省，全长890公里，该线路已于去年底实现单级送电．另一条为三峡至广东输电线路，经湖北、湖南、广东三省，全长975公里，目前进入调试阶段．魏恭华说，在世界上，如此长距离、大容量的大截面导线送电线路,尚属首创．据了解,从上世纪70年代末至90年代末，我国送电线路一直都采用300至400平方毫米导线．三峡输变电工程大量采用大截面导线，为我国形成大传输功率的交直流超高压送电线路骨干网络做出了开创性的贡献．课件27张PPT。本章优化总结专题一 传感器的工作原理及应用
1.工作原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作．传感器原理如下面框图所示．2.应用
(1)传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用．
①“感”是指传感器的敏感元件感受信息;
②“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取的信息传给执行机构．
③“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．(2)传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解．但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键．因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析．(3)很多与传感器有关的较复杂的实际应用问题，只是借助传感器的外壳，实际考查的是利用所学物理知识，分析问题，处理问题的能力．
特别提醒：传感器是将非电学量转变为电学量的装置，应用时经常与闭合电路的相关知识进行分析、计算． 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测．它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标，有一种氧化锡传感器,其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—浓度曲线如图乙，请判断图丙中，电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的对应关系正确的是( )
【精讲精析】 当一氧化碳浓度增大时，传感器的电导增大，电阻R传减小，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流I＝E/(R0＋R＋R传＋r)增大，电压表的示数U0＝IR0＝ER0/(R0＋R＋R传＋r)增大，故C、D错误，由题图知,传感器的电导与浓度成正比，传感器的电阻R传与浓度成反比，但电压表的示数U0与传感器的电阻R传并不成正比关系，所以，电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的关系图线并不是直线，A错，答案为B.
【答案】 B专题二 传感器与力学综合
传感器是以一定的精度和规律，将所感受到的物理量(如力、热、磁、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件感受到的信号按一定规律转换成便于测量、便于利用和便于处理的信号．本专题将传感器与力学知识、物体的运动相结合，分析时应弄清楚力和力变化的含义，电信号对应于物体运动的什么情况，然后利用力学的有关知识进行分析． 用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，两弹簧处于压缩状态，传感器a、b的示数均为10 N(取g＝10 m/s2)．
(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．
【审题指导】 审题时注意题干中“两弹簧处于压缩状态”说明，传感器和滑块均受到压力的作用，分析滑块受力时要注意有几个物体对它产生作用力．【精讲精析】 (1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2＝6.0 N.
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有
F1－F2＝ma1，得a1＝4 m/s2，
a1与F1同方向，即向前(向右)．(2)传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0 N，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2′＝20 N．滑块所受合力产生加速度为a2，由牛顿第二定律得F2′＝ma2，
解得：a2＝10 m/s2，方向向左．
【答案】 (1)4 m/s2 a1与F1同方向，即向前(向右)
(2)10 m/s2，方向向左【误区警示】 解答此题时易犯的错误有两个：一是不清楚传感器示数表示传感器受力的大小，二是不能够根据示数及变化，正确的判断滑块受力及受力情况的变化．两个相同的弹簧，一个形变量的改变(如增加)一定等于另一个的形变量的改变(减小)，一个弹力的变化大小(如增大)一定等于另一个弹力的变化大小(减小)．专题三 与传感器相关的电路设计实验
随着信息技术和计算机技术的发展，传感器技术迈入了快速发展时期，我国将传感器技术列为重点发展的尖端技术，投入大量的人力物力，研制和开发了各种新型的传感器．传感器技术已经深入到日常生活、生产、科学研究和军事技术等各个领域，因此今后将是高考的热点之一，考查内容常与力学及电路问题结合起来．体现了一定的设计和创新能力． 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为Lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如表：(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路．给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(Lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：
光敏电阻RP，电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：
R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)，开关S及导线若干．【精讲精析】 (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示．
特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大而非线性减小(2)设计电路如图所示．当天色渐暗照度降低至1.0(Lx)时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，而电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分得的电压为1 V，由串联电路的分压特点得，分压电阻阻值应为10 kΩ，故选用定值电阻R1.
【答案】 见精讲精析课件53张PPT。第5章 传感器及其应用第5章 传感器及其应用第1节 揭开传感器的“面纱”
?第2节 常见传感器的工作原理目标导航
1.知道传感器的概念，传感器的种类及其一般结构．
2．知道光电传感器的工作原理，在电路中的作用和实际应用．(重点)
3．知道温度传感器的工作原理，在电路中的作用和实际应用．(重点)一、揭开传感器的“面纱”
1.什么是传感器
(1)定义：能够感受_________并将其按照一定的规律转换成_______的器件或装置．
(2)意义：利用传感器可以方便地进行__________、__________等．外界信息电信号自动测量自动控制2.种类繁多的传感器
(1)种类：按传感器工作原理的不同传感器分为___________、___________和生物传感器．
(2)传感器的结构物理传感器化学传感器想一想
1．传感器的应用非常广泛，传感器的作用是什么？
提示：传感器的作用是将非电学量转化为电学量．二、光电传感器的原理
1.光电传感器：把_______转换成_______的器件或装置．
2.光敏电阻
(1)光敏电阻器是用金属硫化物等_______材料制成的．
(2)特点：光照越强，电阻______．
(3)光敏电阻器一般用于光的____和光的_____.光信号电信号半导体越小测量控制3.干簧管继电器
(1)干簧管的工作原理：干簧管可以感受外界磁场,当干簧管的两个铁质簧片处有磁场时,两簧片______，在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态,磁场减弱时两簧片又分开.在电路中的作用就是一个磁控开关．磁化(2)干簧管继电器
①构造：由干簧管和绕在干簧管外的______组成．
②在电路中的作用：在电路中，可以根据流经线圈的电流大小控制电路的______．线圈通断想一想
2．如图，R1是光敏电阻，当光照增强时，AB端电压如何变化？三、探究温度传感器的原理
1.温度传感器的定义及其敏感元件
温度传感器是一种将____转化为______的装置，温度传感器中常见敏感元件有________和_______等,它们都是利用敏感元件的某种电学特性随_____变化而变化的特性制成的.温度电学量热敏电阻热电偶温度2.热敏电阻的构造及特性
热敏电阻是用_________材料制成的，其电阻值随温度变化明显，NTC热敏电阻(负温度系数)的阻值，随温度升高而______，PTC热敏电阻的阻值随温度升高而_______．半导体减小增大想一想
3．温度传感器的原理是什么？
提示：温度传感器利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性，把温度变化转变为电信号输出．要点一 传感器的分类、原理及应用
学案导引
1.传感器只能将力的信号转变成电信号吗？
2.各类传感器的工作原理及应用都相同，对吗？1.核心元件的组成
(1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)制成的．
(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．
(3)转换电路的作用是将电信号转换成易于传输或测量的电学量输出．2.传感器的原理：传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等．这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作．3.传感器的分类
(1)物理传感器：
①工作原理：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测物信息的传感器．
②实例：如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压力传感器等．
③应用：物理传感器开发早、发展快、品种多、应用广，目前正向集成化、系统化、智能化方向发展．(2)化学传感器：
①工作原理：利用化学反应识别和检测信息的传感器．
②实例：如气敏传感器，湿敏传感器等．
③应用：化学传感器比较有发展前途，在环境保护、火灾报警、医疗卫生和家用电器方面有极其广泛的应用．(3)生物传感器：
①工作原理：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器．
②实例：如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等．
③应用：生物传感器专一性好，易操作，设备简单，测量快速准确，使用范围广．4.三类传感器的异同：(1)相同点：都能将感受到的非电学量信息转化成电学量，都是利用敏感元件的某种敏感效应制成的．
(2)不同点：三类传感器的工作原理不同，所利用的敏感元件的敏感效应不同．
生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质． 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图所示，其中电源电压
保持不变，R是滑动变阻
器，它的金属滑片是金属
杆的一端．小阳同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(填“增大”或“减小”)．【精讲精析】 由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′?R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量减少时，电压表示数将增大．
【答案】 b、c 增大【名师点评】 电学量具有便于控制、放大、衰减、波形整理、显示、可储存、远距离传输等技术方面的优点，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集．要点二 光电传感器的原理及光敏电阻
学案导引
1.光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化吗？
2.光电传感器为什么能把光信号转变为电信号？1.光电传感器：是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转换成电信号的器件或装置．
2.光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量．3.光敏电阻的阻值随光照的增强而减小
光敏电阻一般由半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强．
4.常见的光电传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管、光电池等，它们都是利用某些物质在光照射下电学特性随之变化的性质制成的． 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.对光电计数器的基本工作原理描述错误的是( )A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．工件每挡住光一次，信号处理系统就计数一次【思路点拨】 解答本题时应把握以下三点：
(1)光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小．
(2)光敏电阻的变化将引起电路中电流的变化．
(3)电流的变化将引起输出电压的变化．【精讲精析】 当有光照射R1时，光敏电阻减小，电路中的电流增大，R2上获得的电压增大，信号处理系统获得高电压，故A对B错．当工件每挡住一次光时，应该计一次数，故信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，C、D对．
【答案】 B变式训练
1.如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻RG的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将RG包裹起来，表针将向________(填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射RG，表针将向
________(填“左”或“右”)
转动．解析：欧姆表的表盘刻度最右边是0，最左边是无穷大．将RG包裹起来，光敏电阻受光照变弱，电阻增大，指针向左转动；用手电筒照射RG时，光敏电阻受光照变强，电阻减小，指针向右偏转．
答案：左 右要点三 温度传感器的原理及热敏电阻
学案导引
1.温度升高，热敏电阻的阻值一定减小吗？
2.热敏电阻与金属热电阻相同吗？1.温度传感器
温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置．常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等．2.热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，当半导体材料的温度升高时，必定接收了外界的能量，自己的内能增加，加剧内部分子(或原子)的热运动，使很多束缚电荷变为自由电荷，载流子增多，增强了导电性．热敏电阻有温度系数大，灵敏度极高，反应迅速，体积小，寿命长等优点．3.热敏电阻的两种类型
热敏电阻的电阻率随温度变化而明显变化，常见的有两种类型
(1)正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻)
这种热敏电阻的电阻率随温度升高而增大，其特性与金属热电阻相似，其电阻随温度的变化图象如图甲所示．(2)负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻)
这种热敏电阻的电阻率随温度升高而明显减小，其电阻随温度的变化图象如图乙所示．4.热敏电阻的用途
热敏电阻可以将温度这一非电学量的变化转化为电阻的变化，进而转化为电流或电压这些电学量的变化，理论上说，所有与温度有关的问题都可以使用热敏电阻．热敏电阻的灵敏性好但稳定性较差，测温范围较小．5.热敏电阻与金属热电阻的区别
金属热电阻是利用金属材料的电阻率随温度的升高而增大这一特性制成的．金属热电阻跟热敏电阻一样，都能把温度变化这一非电学量转变为电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而灵敏度较差． 如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强
D．小灯泡的亮度变弱【思路点拨】 解答本题要注意下面两个问题：
(1)R2为负温度系数的热敏电阻，说明其阻值随温度升高而减小．
(2)温度降低说明热敏电阻阻值发生变化．【精讲精析】 当温度降低时，热敏电阻的阻值增大，电路总的阻值增大，电流减小，R1两端电压减小，A、B错，并联部分电压增大，灯泡功率增大，亮度变亮，D错，C对．
【答案】 C变式训练
2.如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆挡”，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向________(填“左”或“右”)偏；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向
________(填“左”或“右”)偏．解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，指针应该向右偏．
答案：左 右传感器的应用
[经典案例] (10分)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图甲所示，电源的电动势E＝9 V，内阻不计，G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的关系如图乙所示．闭合S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是多少？【解题样板】 由图象可知：在20 ℃时，R1＝4 kΩ，由E＝I1(Rg＋R1)得，Rg＝500 Ω，(4分)
当I2＝3.6 mA时，由E＝I2(Rg＋R2)可得：R2＝2 kΩ，(4分)
对照乙图中的图象可知，当R＝2 kΩ时，温度t＝120 ℃.(2分)
【答案】 120 ℃轿车中的传感器
从上世纪80年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位．就拿一辆家用轿车来说吧，由于安装了多个传感器，给我们的使用带来了很多的方便，如果没有传感器，那将是很不方便的．
应用中有些传感器会很复杂，各种传感器在实际使用中还存在着稳定性不好、灵敏度不高、数据的迟滞现象等问题，还需要不断探索和研究．
传感器在生活、生产和科技领域中的应用越来越广泛，特别是在自动化控制、机器人等领域的作用非常突出．日本把传感器技术列为上世纪80年代十大技术之首，美国把传感器技术列为上世纪90年代的关键技术，而我国有关传感器的研究和应用正方兴未艾……课件47张PPT。第3节 大显身手的传感器目标导航
1.了解传感器应用的一般模式．
2．感受传感器技术给人类生活带来的便利,了解传感器应用的设计思路．
3．理解传感器在洗衣机水温控制装置、自动门、指纹识别器、机器人中的工作原理. (重点＋难点)一、洗衣机水位控制装置
1.全自动洗衣机的水位控制装置使用了______传感器．
2.组成：外筒和内筒、____、传感器的_____.压力气室膜盒3.工作原理：当洗衣机筒内的水位达到设定标准时，气体______增大到使传感器的膜片向上凸起，凸起的膜片使动触点与静触点脱离，并与另外一个静触点接触，从而____电路的通断．压强控制想一想
1．压力传感器是将什么信号转变为电信号的？能否举另外一例？
提示：将压力信号转变为电信号，常见的还有电子秤．二、自动门
1.组成：________传感器．
2.工作原理：当有人走近自动门时，传感器接收到人体发出的______，产生电压输出信号；信号经过电路处理后，使定时器工作；由定时器构成的电路使________通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过后几秒钟，定时器又使________断电，自动门电动机反转，门自动关闭．红外线红外线继电器继电器3.自动门工作流程想一想
2．红外线传感器的作用是什么？
提示：红外线传感器的作用是感受红外线，并将其转变成电信号．三、指纹识别器
1.组成：_____传感器．
2.工作原理：当用户的手指放在绝缘表面上时，皮肤就组成了电容器__________的另一面．由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器的_______也不相同．通过读取这些_____的差异，就能够获取_____信息．电容阵列极板电容值电容指纹想一想
3．根据你的了解，你还能列举电容传感器的其他应用吗？
提示：自动干手机、电容式话筒等．四、传感器与机器人
1.机器人传感器的分类
机器人传感器分为_____传感器和____传感器.
2.传感器用途
(1)_____传感器用于感知外部__________和外界事物对机器人的_____，使机器人拥有类似人的_____、______、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机器人具有拟人化的特点．外部内部外部工作环境刺激视觉听觉(2)____传感器(如角度传感器、___________等)，用于检测机器人的_____．
想一想
4．你知道机器人广泛应用于哪些领域吗？
提示：机器人广泛应用于汽车制造业、电子工业中各种自动化生产线以及在有害、恶劣的环境中工作．内部关节传感器状态要点一 压力传感器的应用
学案导引
1.压力传感器是如何将压力转变为电信号的？
2.在全自动洗衣机中是怎样实现水位自动控制的？1.组成：由金属梁和应变片组成．
2.工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲,上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小，传感器把这两个电压的差值输出．外力越大，输出的电压差值也就越大，由电压差值的大小，即可得到外力F的大小．3.全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器．图甲中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒，3是气室，4是传感器的膜盒．气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通．向内筒中注水时，水通过内筒壁上的小孔流入外筒，部分水进入气室，气室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜片向上凸起如图乙所示．当筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离,并与静触点c接触,从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物．自动洗衣机水位控制原理 有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示.它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表)．其中AO∶BO＝5∶1.已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：设踏板的杠杆组件的质量不计，接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.68 V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20 mA，这个人的体重是多少？
【思路点拨】 压力传感器通过压力改变电阻，从而改变电路中的电流，通过电流表的读数反映压力的大小．【答案】 (1)R＝300－0.6F(R和F的单位分别为Ω和N)
(2)15.6 mA (3)550 N变式训练
1.如图所示，利用传感器和计算机可以测量快速变化力的瞬时值，图乙是用这种方法获得的弹性绳中拉力F随时间t变化的图线．实验时，把小球举到悬点O处，然后放手让小球自由落下，忽略空气阻力．由图线所提供的信息，可以
判定( )A．t2时刻小球速度最大
B．t1时刻小球处在最低点
C．t3时刻小球处在悬点O处
D．t1至t2时刻小球速度先增大后减小解析：选D.0～t1过程，小球做自由落体，绳中拉力为0；t1～t2过程，t1时刻小球刚好把绳拉直，但F＝0，t2时刻拉力最大，说明小球已落至最低点，t1～t2过程中有某一时刻重力等于绳的拉力，此时小球速度最大，所以此过程中,小球速度先增大后减小；t2～t3过程,小球向上弹起，t3时刻回到绳刚被拉直的位置，在t3、t4间某时刻又回到释放点；之后重复以上过程．由分析可知，t1、t3时刻小球处在绳自然长度处，t2时刻在最低点，故D正确，A、B、C错误．要点二 传感器与自动控制
学案导引
1.工厂中是怎样实现自动控制的？
2.要想设计一个自动控制装置应该怎样做？1.在工厂里，自动化的生产流程随处可见.用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使产生的自动运动保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料．传感器还广泛应用于生产的安全设施，用它监控关键部位，随时发现安全隐患．如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监测大桥或水坝的裂痕等安全隐患．
2.在自动控制系统中，检测是实现自动控制的首要环节，没有对被控对象进行精确检测就不可能实现精确控制．如数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．3.传感器在自动控制系统中有着广泛的应用，小到儿童玩具，大到宇宙飞船，传感器的身影随处可见，如果让我们来设计一个自动控制装置，应如何设计呢？
(1)要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理． 如图是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，会自动断开．S2是一个自动控温开关，当温度低于70 ℃时,会自动闭合；温度高于80 ℃时，会自动断开．红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．(1)分析电饭煲的工作原理；
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；
(3)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？【思路点拨】 弄懂原理，分清电路结构及各电阻电键的作用是解题的关键．
【精讲精析】 (1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合，温度升高到103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．【答案】 见精讲精析变式训练
2.有一个自动控制装置电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，将装置固定在一辆汽车上，汽车启动时，________灯亮，原理是________．汽车刹车时，________灯亮．解析：当汽车启动时，由于惯性，金属块M后移，接通电路，点亮绿灯；同理刹车时，金属块前移，点亮红灯．
答案：绿 惯性 红传感器与力、电的综合
[经典案例] (12分)如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，金属球的质量为m，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的均匀电阻丝，其阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中心C焊接一根导线，从O点也引出一根导线,两线之间接入一个电压表V，(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中并使AB沿车前进的方向.列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表V的读数变化可以测出加速度的大小．当列车向右做匀加速直线运动时，试导出加速度a与电压表读数U′的关系式(用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)．【思路点拨】 列车的加速度变化时，悬球的位置发生变化，从而使电压表的示数发生变化，根据闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律求得a与U′的关系．微型传感器
微型传感器是由亚微米至亚毫米范围内的电子元件和机械元件制成的，将传感、处理、执行诸功能融为一体的微机电系统．微型传感器尺寸小，集成化程度高，功能强大．它使人类获取信息并进行相应控制的工作可深入到微米量级的空间中进行．利用微型传感器制成的无线肠胃检查药丸可以检查胃肠道，并将病理信息发送到人体外的仪器上，供医生准确地诊断疾病．如今，智能传感器和微型传感器已广泛应用于生活、生产、军事、科研等各个领域．例如,可以进入人体清除脑血栓的微型机器人，会让《西游记》中的孙悟空自叹不如；能深入敌营进行侦察破坏的机器苍蝇、机器蚂蚁,会让《封神演义》中的土行孙望尘莫及．
