课件29张PPT。通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化．
1．基本方法
(1)由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)求回路中的电流．
(3)分析导体受力情况(包括安培力在内的全面受力分析)．
(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．电磁感应中的动力学问题
2．电磁感应中的动力学临界问题
(1)解决这类问题的关键是通过受力分析和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值，最小值的条件．
如图1－1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，重物质量为m2＝0.14 kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h＝0.20 m．重物从某一位置下降，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．
图1－1【答案】 4 m/s 1．(2012·达州高二期末)如图1－2所示，水平放置的光滑平行金属导轨宽度L＝0.2 m，质量为0.1 kg的金属导线ab垂直于导轨放在其上．整个装置放在方向竖直向下，磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中．ab直导线在F＝2 N的水平向右的恒力作用下由静止开始向右运动，电路的总电阻R＝0.05 Ω.求：
图1－2 (1)导体棒运动的最大速度是多大？
(2)ab导线运动速度v＝5 m/s时，ab的加速度是多大？
(3)当ab达到最大速度时，撤去恒力F，以后感应电流在电阻R上还能产生多少热量？ 【答案】 (1)10 m/s (2)10 m/s2 (3)5 J电磁感应问题往往和电路问题联系在一起，解决这类问题的基本方法是：
1．确定电源，产生感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用右手定则或楞次定律确定其方向以及感应电流的方向，需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流入电源．
电磁感应中的电路问题
2．分析电路结构，画出等效电路图，这一步关键是“分析”的到位与准确，承上启下，为下一步的处理做好准备．
3．利用电路规律求解，主要还是利用欧姆定律、串并联电路中电功、电热之间的关系等．
4．注意：电源两极间的电压为路端电压． (2013·徐州一中高二检测)如图1－3所示，两根平行的光滑长直金属导轨，其电阻不计，导体棒ab、cd跨在导轨上，ab的电阻R大于cd的电阻r，当cd在大小为F1的外力作用下匀速向右滑动时，ab在大小为F2的外力作用下保持静止，那么以下说法中正确的是( )
A．Uab>Ucd，F1>F2
B．Uab＝Ucd，F1C．Uab>Ucd，F1＝F2
D．Uab＝Ucd，F1＝F2图1－3 【解析】 cd导体棒在F1的作用下，做切割磁感线运动，成为电源．Uab成为电路外电阻上的分压，等效电路如图所示．由于导轨的电阻不计，Uab＝Ucd.另外，由于cd棒与ab棒中电流大小相等，导体棒有效长度相同，所处磁场相同，故两棒分别受到的安培力大小相等、方向相反．ab、cd两棒均为平衡态，故导体棒分别受到的外力F1、F2与所受到的安培力平衡，故F1＝F2.故选项D正确．
【答案】 D图1－4 1.电磁感应的本质——能量转化
电磁感应过程，实质上也是一个能量转化和守恒的过程．通过安培力做负功，将其他非电能转化为电能；同时又将转化来的电能进一步转化成其他非电能．因此电磁感应过程总是伴随着能量转化．
电磁感应中的能量转化问题
2．利用功能关系求解电磁感应问题的基本方法
(1)用法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线公式确定感应电动势的大小，用楞次定律和右手定则判断感应电动势的方向．
(2)画出等效电路，求解电路中相关参量，分析电路中能量转化关系．
(3)研究导体机械能的转化，利用能量转化和守恒关系，列出机械能功率与电路中电功率变化的守恒关系式．
3．电磁感应中能量转化类型
(1)机械能→电能→机械能＋内能
(2)化学能→电能→机械能＋内能
(2)非电能→电能→内能 如图1－5所示，平行金属导轨与水平面成θ角．导轨与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面．有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值相等，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动．当上滑的速度为v时，受到安培力的大小为F.此时( )图1－5 【解析】 步骤一：ab受力分析如图 步骤二：各力做功情况
WFN＝0；WF<0；
WG<0；WFf<0
步骤三：对应的能量转化情况：
整个电路消耗的电功率即克服安培力的功率为Fv，R1和R2消耗的电功率相等，都等于总电功率的1/6(因为通过ab的电流是R1电流的2倍)，故A错，B对，整个装置因摩擦而消耗的功率为Ffv＝μmgv cos θ，C正确，整个装置消耗的机械功率等于总电功率与摩擦生热功率之和，为(F＋μmgcos θ)v，D正确．
【答案】 BCD
3．导体棒的电阻R＝2 Ω，质量m＝0.1 kg，长L＝0.5 m，导体棒MN架在光滑的金属框架上，金属框架与水平面的夹角为30°，如图1－6所示，它们处于磁感应强度B为1 T的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直.1 s后导体棒沿斜面向上滑行的距离是3 m时，MN刚好获得稳定的速度，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为5 V、1 A，电动机内阻r为1 Ω，不计框架电阻及一切摩擦，求：
图1－6
(1)导体棒能达到的稳定速度；
(2)导体棒上产生的热量．【答案】 (1)4 m/s (2)1.7 J 本小节结束
请按ESC键返回课件38张PPT。1.最大值
最大值是指交流电在变化过程中电动势、电压、电流所能达到的最大值，它反映的是交变电流大小的变化范围，常用大写字母加下标m或max来表示，如Emax、Umax、Imax.当线圈平面与磁感应强度B的方向平行时，交变电流的电动势最大．设线圈的匝数为N，面积为S，绕垂直于磁场的转轴转动的角速度为ω，则Emax＝NBSω，Emax的大小与线圈的形状、旋转的转轴位置无关，在考虑电容器的耐压程度时，应注意交变电流的最大值．交流电的“四值”
各种交变电流电气设备上铭牌标注的，交变电表所测的，以及在叙述中没有特别说明的交变电流的值，都是指有效值．在计算交变电流通过导体产生的热量、电功率以及确定电阻丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．
总之，在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交变电路中电流表、电压表的读数也都是有效值．
3．瞬时值
瞬时值是指交流电在变化过程中某一时刻电动势、电压、电流的值，它反映的是某一时刻交变电流某物理量的大小，常用小写字母来表示，如e、u、i.在求发电机某一时刻的电动势、电流、输出功率，用电器某一时刻电压、电流消耗功率时常用瞬时值． 交流发电机的原理如图2－1甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕OO′轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，已知线圈的电阻为R＝2.0 Ω，求：甲 乙
图2－1
(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？
(2)矩形线圈转动的周期是多少？
(3)线圈电阻上产生电热的功率是多少？
(4)保持线圈匀速运动，1 min内外界对线圈做的功是多少？【答案】 (1)2.0 A (2)4.0×10－3 s (3)4 W
(4)240 J图2－2(2)P入＝P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和．理想变压器的分析
3．变压器动态问题
(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：①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＋…；
②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2决定，即I2＝P2/U2；
③总功率P总＝P线＋P2.
动态分析问题的思路程序可表示为： (2013·华南师大附中高二检测)如图2－3所示，T为理想变压器，A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1、R2、R3为电阻，原线圈两端接电压一定的正弦交流电，当开关S闭合时，各交流电表的示数变化情况应是( )图2－3
A．电压表V1读数变小
B．电压表V2读数变大
C．电流表A1读数变大
D．电流表A2读数变小
【解析】 理想变压器，开关S闭合时，V2示数不变，R总变小，A2示数变大，由电流关系知A1示数也变大，V1示数减小，故A、C正确．
【答案】 AC2．如图2－4所示，理想变压器初级线圈的匝数为n1，次级线圈的匝数为n2，初级线圈两端a、b接正弦交流电源，R为负载电阻，电流表A1的示数是0.20 A，电流表A2的示数为1.0 A．下列说法正确的是( )图2－4
A．初级和次级线圈的匝数比为1∶5
B．初级和次级线圈的匝数比为5∶1
C．若将另一个电阻与原负载R串联，则电流表A2的示数增大
D．若将另一个电阻与原负载R并联，则电流表A2的示数减小【答案】 B1.解题思路
在远距离输送电能的过程中，由能量的转化和守恒可知，发电机的总功率应等于线路上损失的热功率和用户得到的功率之和(不考虑变压器上的能量损失)．高压输电 发电机的输出功率为40 kW，输出电压为400 V，用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5 Ω，到达用户后再用变压器降为220 V，求：
(1)输电线上损失的电功率是多少？
(2)降压变压器的变压比是多少？(2)输电线上的电压损失ΔU＝IR＝20×5 V＝100 V.
加在降压变压器原线圈两端的电压U1＝U－ΔU＝2.0×103 V－100 V＝1.9×103 V.
降压变压器副线圈两端的电压(用户所需的电压)U2＝220 V.
【答案】 (1)2.0×103 W (2)95∶113．某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压为250 V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220 V的电压．求应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？(理想变压器)
【解析】 画出高压输电线路图如图所示．本小节结束
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光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．
2．金属热电阻
金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．
3．热敏电阻
热敏电阻有正温度系数、负温度系数两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．常见敏感元件及其特性
4．电容
平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化，例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化．图3－1
当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未被按下时两金属片间的距离为0.6 mm.如果电容变化了0.25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下________mm.【答案】 0.151．如图3－2为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．图3－2(1)为了通过测量得到如图所示I－U关系的完整曲线，在图3－3甲和乙两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：________；(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)甲 乙
3－3 (2)在如图3－4所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω.
(3)举出一个应用热敏电阻的例子．3－4【答案】 (1)甲 因为甲电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大 (2)5.0 117.6
(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例)1.红外线传感器
红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息．
自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0.76 μm～1 000 μm的电磁波即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛用于航空摄影、卫星遥感遥测等高科技领域，也被广泛用于日常生活中，自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系统以及防盗、防火报警器等均使用了红外线敏感传感器．日常生活中常见的传感器
自动门就应用了红外线传感器．
自动门的工作流程如图所示．当有人接近自动门时，传感器接收到人体发出的红外线，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继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒钟后，定时器又使继电器断电，自动门电动机反转，门自动关闭．2．压力传感器
全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器．图3－5(a)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(b)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．图3－5
3．电脑中的传感器
电脑常用的两种温度传感器：热敏电阻传感器和集成温度传感器．以下是这两种温度传感器的工作原理．(1)热敏电阻传感器
热敏电阻传感器按温度对电阻变化的影响一般可分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻，以及临界温度系数热敏电阻．正温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻的电阻特性会在特定温度下发生急剧变化，适用于温度检测或控制．负温度系数热敏电阻主要为氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物的复合烧结体，这些金属氧化物材料都具有半导体性质，当温度较低时，半导体内的电子——空穴对数目较少，因此电阻较高．当温度升高时，热敏电阻内的电子——空穴对数目增加，因此导电率增加，电阻值下降．
(2)集成温度传感器
集成温度传感器是目前电脑普遍采用的温度传感器，具有精确度高、响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点．温度检测的主要机制为集成温度传感器内部的电流源和ADC，集成温度传感器的工作原理是利用半导体PN正向导通，使电压与温度变化呈反向线性关系，所以后续处理电路可将正向导通电压变化趋势图线表述为被测温度的变化趋势．
4．酒精浓度测试仪
机动车驾驶员酒后驾车，极易发生道路交通事故，严重危害交通安全和人身财产安全．怎样才能判定驾驶员酒后驾车呢？人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气的酒精含量就可以判断其饮酒程度．我国已制成对低浓度酒精有高灵敏性的酒精传感器．交通警察使用这样的酒精传感器就能迅速、准确地检查出机动车驾驶员是否酒后驾车． 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3－6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，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( )甲 乙
图3－6
【解析】 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】 B2．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图3－7甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：甲 乙
图3－7
(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(填“a”或“b”)；
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(填“左”或“右”)；
(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是__________【解析】 (1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小的更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大．
【答案】 (1)a (2)左 (3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈太少或弹簧劲度系数太大． 本小节结束
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