1.7 涡流现象及其应用 学案（粤教版选修3-2）
1．在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，在整个导体中，就形成一圈圈环绕导体轴线流动的感应电流，就好像水中的旋涡一样，这种现象称为涡流现象．导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大．
2．涡流热效应的应用为高频感应炉冶炼金属、电磁灶等涡流磁效应的应用为金属探测器．
3．当导体在磁场中运动时，导体中产生的涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩，这种制动方式常应用于电表的阻尼制动、高速机车制动的涡流闸等．
4．下列做法中可能产生涡流的是( )
A．把金属块放在匀强磁场中
B．让金属块在匀强磁场中匀速运动
C．让金属块在匀强磁场中做变速运动
D．把金属块放在变化的磁场中
答案 D
解析 涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化．而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D项正确．
5．(双选)磁电式仪表的线圈通常用铝框当骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是( )
A．防止涡流而设计的 B．利用涡流而设计的
C．起电磁阻尼的作用 D．起电磁驱动的作用
答案 BC
解析 线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流．涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后较快停下来．所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用．
6．如图1所示，在光滑绝缘水平面上，有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场，则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中(磁场宽度大于金属球的直径)，则小球( )
图1
A．整个过程匀速运动
B．进入磁场过程中球做减速运动，穿出磁场过程中做加速运动
C．整个过程都做匀减速运动
D．穿出时的速度一定小于初速度
答案 D
解析 小球进出磁场时，有涡流产生，要受到阻力，故穿出时的速度一定小于初速度．
7．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图2所示为冶炼金属的高频感应炉的示意图，炉内放入被冶炼的金属，线圈通入高频交变电流，这时被治炼的金属就能被熔化，这种冶炼方法速度快，温度易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属．该炉的加热原理是( )
图2
A．利用线圈中电流产生的焦耳热
B．利用线圈中电流产生的磁场
C．利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D．给线圈通电的同时，给炉内金属也通了电
答案 C
【概念规律练】
知识点一 涡流及其应用
1．如图3所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水．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
( )
图3
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
答案 C
解析 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．
点评 涡流是在导体内产生的，而且穿过回路的磁通量必须是变化的，此题能说明电磁炉的原理．
2．(双选)机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品，安检门中接有线圈，线圈中通以交变电流，关于其工作原理，以下说法正确的是( )
A．人身上携带的金属物品会被地磁场磁化，在线圈中产生感应电流
B．人体在线圈交变电流产生的磁场中运动，产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流
C．线圈产生的交变磁场会在金属物品中产生交变的感应电流
D．金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流
答案 CD
解析 一般金属物品不一定能被磁化，且地磁场很弱，即使金属被磁化磁性也很弱，作为导体的人体电阻很大，且一般不会与金属物品构成回路，故A、B错误；安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是：线圈中交变电流产生交变磁场，使金属物品中产生涡流，故C正确；该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流，而线圈中交变电流的变化可以被检测，故D项正确．
点评 金属探测利用了涡流的磁效应．
知识点二 电磁阻尼
3．有一个铜盘，轻轻拨动它，能长时间地绕轴自由转动．如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘，但并不与铜盘接触，如图4所示，铜盘就能在较短时间内停止转动，分析这个现象产生的原因．
图4
答案 见解析
解析 铜盘转动时如果加上磁场，则在铜盘中产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它的转动，故在较短的时间内铜盘停止转动．
点评 当导体在磁场中运动时，导体中的感应电流受到安培力的作用阻碍导体运动，即安培力为电磁阻尼的阻力．
4. 如图5所示，是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端O点为轴在竖直面内转动，一有界磁场垂直于金属薄片所在的平面．使摆从图中实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间．试定性分析其原因．
图5
答案 见解析
解析 第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在金属薄片中会形成涡流，涡流使金属薄片受安培力的作用，阻碍其相对运动，所以会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到安培力的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间．
点评 防止电磁阻尼的途径为阻止或减弱涡流的产生．
【方法技巧练】
涡流能量问题的处理技巧
5．弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如图6所示，如果在磁铁下端放个固定的闭合线圈，使磁铁上下振动时穿过它，磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．
图6
答案 见解析
解析 当磁铁穿过固定的闭合线圈时，在闭合线圈中产生感应电流，感应电流的磁场会阻碍磁铁向线圈靠近或离开，也就使磁铁振动时除了空气阻力外，还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多，弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．损失的机械能主要转化为电能再转化为内能．
方法总结 此题中涡流损耗了机械能．
6．如图7所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉至某一位置并释放，圆环摆动过程中(环平面与磁场始终保持垂直)经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，若不计空气阻力，则( )
图7
A．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度
B．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流
C．圆环进入磁场后，离最低点越近速度越大，感应电流也越大
D．圆环最终将静止在最低点
答案 B
解析 在圆环进入和穿出磁场的过程中环中磁通量发生变化，有感应电流产生，即圆环的机械能向电能转化，其机械能越来越小．上升的高度越来越低，选项A错误，B正确；但在环完全进入磁场后，不再产生感应电流，选项C错误；最终圆环将不能摆出磁场，从此再无机械能向电能转化，其摆动的幅度不再变化，选项D错误．
方法总结 当导体中的磁通量变化时，产生感应电流，损失机械能；当导体中的磁通量无变化时，不产生感应电流，不损失机械能．2.1 认识交变电流、2.2 交变电流的描述 学案（粤教版选修3-2）
1．强弱和方向都不随时间改变的电流叫做________电流，简称________；强弱和方向都随时间作周期性变化的电流叫做________电流，简称交流．
2．交变电流是由________发电机产生的．当线圈在________磁场中绕________________的轴匀速转动时，产生交变电流．线圈平面跟磁感线________时，线圈所处的这个位置叫做中性面，线圈平面每经过一次中性面，线圈中感应电流的方向就____________．
3．交流发电机的线圈在磁场中匀速转动，感应电动势e的变化规律为____________．
若把线圈和电阻R′连成闭合电路，设总电阻为R，则电路中电流的瞬时值
i＝________________，电阻R′上的电压瞬时值u＝________________.
4．家庭电路中的交变电流是________电流，它是一种最________、最________的交变电流．
5．(双选)下图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有( )
6．下列各图中，哪些情况线圈中不能产生交流电( )
7．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是( )
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大
B．在中性面时，感应电动势最大
C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零
D．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零
【概念规律练】
知识点一 交变电流的产生
1．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( )
A．线圈平面与磁感线方向平行
B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
D．线圈中的电动势达到最大值
2．如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( )
图1
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
知识点二 用函数表达式描述交变电流
3．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为2 V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e＝________ V，电动势的峰值为________ V，从中性面起经 s，交流电动势的大小为________ V.
4．有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图2所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T．问：
图2
(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？
(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？
(3)写出感应电动势随时间变化的表达式．
知识点三 用图象描述交变电流
5．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图2所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是 ( )
6．矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图4所示．下面说法中正确的是( )
图4
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大
【方法技巧练】
瞬时值、平均值的计算方法
7．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为 r/min，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为0.03 Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？
8．如图5所示，匝数为n，面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180°时间内的平均感应电动势．
图5
参考答案
课前预习练
1．恒定 直流 交变
2．交流 匀强 垂直于磁感线 垂直 改变一次
3．e＝Emsin ωt sin ωt sin ωt
4．正弦式 简单 基本
5．CD [恒定电流是强弱和方向都不随时间改变，交变电流是强弱和方向都随时间改变，正弦式交变电流是按正弦规律变化的交变电流，图象中数值的正、负表示电流方向．A选项中电流数值总为正，表示电流方向不变，是恒定电流．B选项中图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是恒定电流．C、D选项中电流强度和方向都随时间作周期性变化，是交变电流．因此，是交变电流的只有C和D，是正弦式交变电流的只有D.]
6．A [A中线圈中的磁通量始终是零，故无感应电流产生；B、C、D中都是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，故能产生交流电．]
7．A [中性面和磁场方向垂直，通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零．]
课堂探究练
1．B [中性面是穿过线圈的磁通量最大的位置，也是磁通量变化率为零的位置，在该位置上穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，无感应电流．]
点评 磁通量大不代表磁通量的变化率大，线圈通过中性面时不切割磁感线，表明此时磁通量不变．
2．C [线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B、D错误。]
点评 (1)线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面．线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变．线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次．
(2)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零(即各边都不切割)，所以感应电动势为零．
3．2sin 8πt 2 1
解析 当线圈平面与磁场平行时(S//B)，感应电动势最大，即Em＝2 V，ω＝2πn＝2π× rad/s＝8π rad/s，则从中性面开始计时，瞬时值表达式：e＝Emsin ωt＝2sin 8πt V，当t＝ s时，e＝2sin(8π×) V＝1 V.
点评 当闭合线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时时产生正弦式交流电，电动势的表达式e＝Emsin ωt，Em为最大值即线圈平面与磁场方向平行时的瞬时值，ω为转动角速度．
4．(1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V
(3)e＝6.28sin 10πt V
解析 (1)交变电流电动势的最大值为
Em＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V＝6.28 V，
电流的最大值为
Im＝Em/R＝ A＝6.28 A.
(2)线框转过60°时，感应电动势e＝Emsin 60°＝5.44 V.
(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝6.28sin 10πt V.
点评 (1)电动势最大值Em＝nBSω.
(2)当计时起点为中性面位置时电动势的表达式为e＝Emsin ωt
当计时起点为线圈平面与磁场方向平行时，电动势的表达式为e＝Emcos ωt.
5．C [线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同．所以C对．]
点评 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．其中“线圈”无特殊要求，即矩形线圈、圆形线圈等其他形状都可，“绕某一轴匀速转动”，只要求此轴垂直于磁场方向，没有其他限制条件．
6．D [t1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A、C错误；t2时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂面位置，穿过线圈的磁通量为零，B错误；由于线圈每过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e变换方向，所以D正确．]
点评 当感应电动势最大时，磁通量的变化率最大，磁通量却最小．
7．1 V V
解析 由题意知：Φm＝0.03 Wb
ω＝2πn＝2π×× rad/s＝ rad/s.
线圈转至与磁感线平行时，感应电动势最大，故
Em＝NBSω＝NΦmω＝100×0.03× V＝1 V
瞬时值表达式e＝Emsin ωt＝sin V
当θ＝ωt＝时，e＝sin V＝ V.
方法总结 (1)要记住两个特殊位置感应电动势的瞬时值，即中性面位置e＝0；线圈平面与磁感线平行的位置e＝Em＝nBSω.
(2)确定线圈从哪个位置开始计时的，从而确定电动势的瞬时值表达式是正弦形式还是余弦形式．
8. nBSω
解析 由楞次定律可判断线圈从图示位置转过180°时间内，线圈中的平均感应电动势E≠0.磁通量是没有方向的标量，但却有正负．如果我们规定磁感线从线圈的一侧穿入另一侧，穿出磁通量为正，那么从另一侧穿入这一侧穿出时，磁通量就为负了．设线圈转过180°时，穿过它的磁通量Φ′＝BS，那么图示位置时穿过它的磁通量Φ＝－BS.由法拉第电磁感应定律得：＝n＝n＝n＝nBSω.
方法总结 平均感应电动势不等于始、末两瞬时电动势值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算即＝n.1.6 自感现象及其应用 学案（粤教版选修3-2）
1．由于导体线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象．在自感现象中产生的电动势叫做自感电动势．
2．自感电动势的大小跟穿过线圈的磁通量变化快慢(即电流变化快慢)有关，还跟线圈的自感系数有关．线圈的横截面积越大，匝数越多，它的自感系数就越大，有铁芯时的自感系数比没有铁芯时要大得多．
3．日光灯主要由灯管、镇流器、启动器、导线和开关组成．灯管中气体在导电时主要发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射发出可见光，启动器的作用为自动开关．镇流器在启动器动静触片断开后，提供瞬时高压点燃灯管，之后起到降压限流的作用．
4．(双选)通过一个线圈的电流在均匀增大时，则这个线圈的( )
A．自感系数也将均匀增大
B．自感电动势也将均匀增大
C．磁通量也将均匀增大
D．自感系数和自感电动势不变
答案 CD
解析 线圈的磁通量与电流大小有关，电流增大，磁通量增大，故C项正确；而自感系数由线圈本身决定，与电流大小无关；自感电动势EL＝L，与自感系数和电流变化率有关，对于给定的线圈，L一定，已知电流均匀增大，说明电流变化率恒定，故自感电动势不变，D项正确．
5．关于线圈自感系数的说法，错误的是( )
A．自感电动势越大，自感系数也越大
B．把线圈中的铁芯抽出一些，自感系数减小
C．把线圈匝数增加一些，自感系数变大
D．电感是自感系数的简称
答案 A
解析 自感系数是由线圈本身的特性决定的．线圈越长，单位长度上的匝数越多，横截面积越大，它的自感系数就越大．另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多．
6．如下图所示，S为启动器，L为镇流器，其中日光灯的接线图正确的是( )
答案 A
解析 根据日光灯的工作原理，要想使日光灯发光，灯丝需预热发出电子，灯管两端应有瞬时高压，这两个条件缺一不可．当动、静触片分离后，选项B中灯管和电源断开，选项B错误；选项C中镇流器与灯管断开，无法将瞬时高压加在灯管两端，选项C错误．选项D中灯丝左、右端分别被短接，无法预热放出电子，不能使灯管中气体导电，选项D错误．只有选项A是正确的．
【概念规律练】
知识点一 对自感现象的理解
1．关于自感现象，正确的说法是( )
A．感应电流一定和原来的电流方向相反
B．对于同一线圈，当电流变化越大时，线圈产生的自感电动势也越大
C．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈的自感系数也越大
D．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势也越大
答案 D
解析 当电流增加时，自感电动势的方向与原来的电流反向，当电流减小时与原来的电流同向，故选项A错误；自感电动势的大小，与电流变化快慢有关，与电流变化大小无关，故选项B错误；自感系数只取决于线圈的本身因素，与电流变化情况无关．故选项C错误；结合选项B的错误原因可知，选项D正确．
点评 自感的实质仍然是电磁感应现象，电流的强弱决定其周围磁场的强弱，当电流变化时引起电流周围的磁场发生变化，就会在线圈中产生感应电动势．
2．关于线圈的自感系数、自感电动势下列说法中正确的是( )
A．线圈中电流变化越大，线圈自感系数越大
B．对于某一线圈，自感电动势正比于电流的变化量
C．一个线圈的电流均匀增大，这个线圈自感系数、自感电动势都不变
D．自感电动势总与原电流方向相反
答案 C
知识点二 通电自感和断电自感
3．如图1所示电路中，A、B是完全相同的灯泡，L是电阻不计的电感线圈，下列说法中正确的是( )
图1
A．当开关S闭合时，A灯先亮，B灯后亮
B．当开关S闭合时，B灯先亮，A灯后亮
C．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，以后B灯更亮，A灯熄灭
D．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，以后亮度不变
答案 C
解析 当开关S闭合时，电路中电流增加，由于线圈的自感作用，其中产生一自感电动势阻碍电流的增加，此时A、B二灯相当于串联，同时亮；之后线圈相当于一段导线，将A灯短路，A灯熄灭，因B灯所加电压增加而变得更亮．
点评 开关闭合时，线圈自感电动势与电源电动势方向相反，若自感系数足够大，瞬间可以认为断路，随即变缓直至消失．
4．(双选)在如图2所示的电路中，带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并联，当合上开关S后灯A正常发光．则下列说法中正确的是( )
图2
A．当断开S时，灯A立即熄灭
B．当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭
C．用阻值与灯A相同的线圈取代L接入电路，当断开S时，灯A逐渐熄灭
D．用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭
答案 BC
解析 在S断开的瞬间，L与A构成闭合回路，灯A不会立即熄灭．问题是“小灯泡在熄灭之前是否更亮一下”这一点如何确定．根据P＝I2R可知，灯A能否闪亮，取决于S断开的瞬间，流过A的电流是否更大一些．在断开S的瞬间，灯A中原来的电流IA立即消失．但灯A和线圈L组成一闭合回路，由于线圈L的自感作用，其中的电流IL不会立即消失，它还要通过回路维持短暂的时间．如果IL>IA，则灯A熄灭之前要闪亮一下；如果IL≤IA，则灯A是逐渐熄灭而不闪亮一下．至于IL和IA的大小关系，由RA和RL的大小关系决定：若RA>RL，则IA点评 开关断开时，原电源不提供电流，若线圈形成回路，则自感电动势会通过回路形成电流，因此断电时线圈起到瞬间电源的作用．
知识点三 日光灯
5．(双选)在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是( )
A．镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压、点燃后起降压限流作用
B．日光灯点燃后，镇流器、启动器都不能起作用
C．日光灯点燃后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉
D．日光灯点燃后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低电能的消耗
答案 AC
解析 镇流器在日光灯点燃时产生一个瞬时高压，点燃后起到降压限流作用，故A对；点燃后，镇流器仍有用，降压限流，而启动器就不起作用了，可以将启动器去掉，故B不对，C对；日光灯灯管电阻很小，电流不能太大，灯管发光后，由于通入了交流电，使线圈产生了自感作用，阻碍了电流的变化，镇流器起降压限流的作用，若使镇流器短路日光灯就不能正常工作了，故D不对．
点评 日光灯管在点燃和正常发光时的工作状态：日光灯管在点燃时需要500 V～700 V的瞬时高压，这个高压是由镇流器产生的自感电动势与电源电压叠加后产生的．当灯管点燃后，它的电阻变得很小，只允许通过较小的电流，需要加在它两端的电压变小，镇流器这时又起到给灯管降压限流的作用．
6．启动器是由电容和氖管两大部分组成，其中氖管中充有氖气，内部有静触片和U形动触片．通常动、静触片不接触，有一个小缝隙，则下列说法中不正确的是( )
A．当电源的电压加在启动器两极时，氖气放电并产生热量，导致U形动触片受热膨胀
B．当电源的电压加在启动器两极后，启动器的两个触片才接触，使电路有电流通过
C．电源的电压加在启动器两极前，启动器的两个触片就接触着，电路就已经有电流通过
D．当电路通电后，两个触片冷却，两个触片重新分离
答案 C
解析 依据日光灯的工作原理可知，电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光．辉光产生热量使U形动触片膨胀伸展，跟静触片接触把电路接通．
电路接通后，启动器的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开，电路自动断开．
点评 启动器利用氖管的辉光放电，U形动触片膨胀伸展与静触片接触，自动把电路接通，电路接通后，氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分开电路断开，电路断开时镇流器产生瞬时高电压点亮日光灯．
【方法技巧练】
断电自感中灯泡亮度变化的分析技巧
7．(双选)在图3甲、乙电路中，电阻R和电感线圈L的电阻都很小．接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( )
图3
A．在电路甲中，断开S，A将渐渐变暗
B．在电路甲中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
C．在电路乙中，断开S，A将渐渐变暗
D．在电路乙中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
答案 AD
解析 甲图中，灯泡A与电感线圈L在同一个支路中，流过的电流相同，断开开关S时，线圈L中的自感电动势要维持原电流不变，所以，开关断开的瞬间，灯泡A的电流不变，以后电流渐渐变小．因此，灯泡渐渐变暗．乙图中，灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小)，断开开关S时电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小，电感线圈相当于一个电源给灯A供电，因此在这一短暂的时间内，反向流过A的电流是从IL开始逐渐变小的，所以灯泡要先亮一下，然后渐渐变暗，故选项A、D正确．
方法总结 在开关断开时，电感线圈的自感电动势要阻碍原电流的减小，此时电感线圈在电路中相当于一个电源，表现为两个方面：一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致；二是在断电瞬间，自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等，以后电流开始缓慢减小到零，断开开关后，灯泡是否瞬间变得更亮，取决于当初两支路中电流大小的关系．
8．如图4所示的电路中，S闭合且稳定后流过电感线圈的电流2 A，流过灯泡的电流是1 A，将S突然断开，S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的图象是( )
图4
答案 D
解析 开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1 A．开关S断开瞬间，灯泡支路的电流立即减为零，但是自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势，使线圈中的电流从原来的2 A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2 A逐渐减小为零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，D对．
方法总结 解图象问题时，先要搞清楚研究什么元件上的电流随时间的变化关系；其次要根据线圈的自感电动势引起的感应电流的方向与原来电流的方向是相同还是相反、大小如何变化等因素来确定图象．1.4 法拉第电磁感应定律 学案（粤教版选修3-2）
1．在电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势．产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于电源的内阻．
2．电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比，表达式E＝(单匝线圈)，E＝n(多匝线圈)．当导体切割磁感线产生感应电动势时E＝BLv(B、L、v两两垂直)，E＝BLvsin_θ(v⊥L但v与B夹角为θ)．
3．关于感应电动势，下列说法中正确的是( )
A．电源电动势就是感应电动势
B．产生感应电动势的那部分导体相当于电源
C．在电磁感应现象中没有感应电流就一定没有感应电动势
D．电路中有电流就一定有感应电动势
答案 B
解析 电源电动势的来源很多，不一定是由于电磁感应产生的，所以选项A错误；在电磁感应现象中，如果没有感应电流，也可以有感应电动势，C错误；电路中的电流可能是由化学电池或其它电池作为电源提供的，所以有电流不一定有感应电动势．
4．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少2 Wb，则( )
A．线圈中感应电动势每秒钟增加2 V
B．线圈中感应电动势每秒钟减少2 V
C．线圈中无感应电动势
D．线圈中感应电动势保持不变
答案 D
5．一根导体棒ab在水平方向的匀强磁场中自由下落，并始终保持水平方向且与磁场方向垂直．如图1所示，则有( )
图1
A．Uab＝0
B．Ua>Ub，Uab保持不变
C．Ua≥Ub，Uab越来越大
D．Ua答案 Db，所以Ub>Ua，由Uab＝E＝BLv及棒自由下落时v越来越大，可知Uab越来越大，D项正确．→b，所以Ub>Ua，由Uab＝E＝BLv及棒自由下落时v越来越大，可知Uab越来越大，D项正确．
【概念规律练】
知识点一 公式E＝n的理解
1．一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是________Wb；磁通量的平均变化率是________Wb/s；线圈中感应电动势的大小是________V.
答案 4×10－4 8×10－3 1.6
解析 磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，应该用公式ΔΦ＝ΔBSsin θ来计算，所以
ΔΦ＝ΔBSsin θ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5 Wb
＝4×10－4 Wb
磁通量的变化率为
＝ Wb/s＝8×10－3 Wb/s，
感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律得
E＝n＝200×8×10－3 V＝1.6 V
点评 要理解好公式E＝n，首先要区分好磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ，磁通量的变化率，现列表如下：
物理量 单位 物理意义 计算公式
磁通量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少 Φ＝B·S⊥
磁通量的变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少 ΔΦ＝Φ2－Φ1
磁通量的变化率 Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢 ＝
特别提醒 (1)对Φ、ΔΦ、而言，穿过一匝线圈和穿过n匝是一样的，而感应电动势则不一样，感应电动势与匝数成正比．
(2)磁通量和磁通量的变化率的大小没有直接关系，Φ很大时，可能很小，也可能很大；Φ＝0时，可能不为零．
2．下列说法正确的是( )
A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
C．线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大
D．线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大
答案 D
解析 线圈中产生的感应电动势E＝n，即E与成正比，与Φ或ΔΦ的大小无直接关系．磁通量变化得越快，即越大，产生的感应电动势越大，故只有D正确．
点评 正确理解决定感应电动势大小的因素是磁通量的变化率，这是分析本题的关键．
知识点二 公式E＝BLvsin θ的理解
3．如图2所示，在磁感应强度为1 T的匀强磁场中，一根跟磁场垂直长20 cm的导线以2 m/s的速度运动，运动方向垂直导线与磁感线成30 °角，则导线中的感应电动势为________．
图2
答案 0.2 V
解析 E＝BLvsin 30°＝(1×0.2×2×sin 30°) V＝0.2 V
点评 (1)当导体平动垂直切割磁感线时，即B、L、v两两垂直时(如图所示)E＝BLv.
(2)当导体平动但不垂直切割磁感线时即v与B有一夹角θ，如右图所示，此时可将导体的速度v向垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解，则分速度v2＝vcos θ不使导体切割磁感线，使导体切割磁感线的是分速度v1＝vsin θ，从而使导体产生的感应电动势为：E＝BLv1＝BLvsin θ.
特别提醒 不要死记公式，要理解含意vsin θ是导体切割磁感线的速度．
图3
4．如图3所示，MN、PQ为两条平行放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒ab斜放在两导轨之间，与导轨接触良好，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面，设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L，金属棒与导轨间夹角为60°，以速度v水平向右匀速运动，不计导轨和棒的电阻，则流过金属棒中的电流为( )
A．I＝ B．I＝
C．I＝ D．I＝
答案 B
解析 本题考查公式E＝BLvsin θ.公式E＝BLv适用于B、L、v三者互相垂直的情况，本题B与L，B与v是相互垂直的，但L与v不垂直，故取L垂直于v的长度Lsin θ即有效切割长度，所以E＝BLvsin 60°＝BLv，由欧姆定律I＝得I＝.故正确答案为B.
点评 当L与v不垂直时，要找出有效切割长度．
【方法技巧练】
电动势公式E＝n和E＝BLvsin θ的选用技巧
5．如图4所示，两根相距为l的平行直导轨abdc，bd间连有一固定电阻R，导轨电阻可忽略不计．MN为放在ab和dc上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)．现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动．令U表示MN两端电压的大小，则( )
图4
A．U＝vBl，流过固定电阻R的感应电流由b到d
B．U＝vBl，流过固定电阻R的感应电流由d到b
C．U＝vBl，流过固定电阻R的感应电流由b到d
D．U＝vBl，流过固定电阻R的感应电流由d到b
答案 A
解析 此回路的感应电动势有两种求法：
(1)因B、l、v两两垂直可直接选用E＝Blv
得E＝vBl
(2)可由法拉第电磁感应定律E＝求解
因在Δt时间内，杆扫过的面积ΔS＝lvΔt
所以回路磁通量的变化ΔΦ＝BΔS＝BlvΔt
由E＝得E＝Blv
题目中的导体棒相当于电源，其电动势E＝Blv，其内阻等于R，则U＝，电流方向可以用右手定则判断，A正确．
方法总结 求解导体做切割磁感线运动产生大小不变的感应电动势的问题时，两个公式都可使用．
6．如图5所示，A、B两个闭合线圈用同样的导线制成，匝数都为10匝，半径rA＝2rB，图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场，则A、B线圈中产生的感应电动势之比为EA∶EB＝________，线圈中的感应电流之比为IA∶IB＝________.
图5
答案 1∶1 1∶2
解析 A、B两环中磁通量的变化率相同，线圈匝数相同，由E＝n可得EA∶EB＝1∶1；又因为R＝ρ，故RA∶RB＝2∶1，所以IA∶IB＝1∶2.
方法总结 当导体和磁场间无相对运动时，磁通量的变化完全是由磁场的变化引起的，感应电动势的计算只能采用公式E＝n.
7．如图6所示，圆形金属线框半径r＝0.5 m，圆形线框平面垂直于磁场方向放置，匀强磁场的磁感应强度B＝1.0 T，现把圆形线框翻转180°，所用时间Δt＝0.2 s，则这段时间内线圈中产生的感应电动势为多大？如果金属导线的电阻率ρ＝1.0×10－7 Ω·m，导线的横截面积S0＝1.0×10－7 m2，则圆形线框内产生的平均感应电流为多大？
图6
答案 7.85 V 2.5 A
解析 本题考查磁通量、感应电动势．在时间Δt内磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝Bπr2－(－Bπr2)＝2πr2B.
在Δt时间内产生的平均感应电动势
E＝＝＝ V＝7.85 V
线圈的电阻
R＝ρ·＝ρ·＝ Ω＝3.14 Ω
所以线圈中的平均电流
I＝＝ A＝2.5 A
方法总结 若产生感应电流的原因是线圈面积变化，则可直接应用公式E＝n.
8．如图7所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，在磁场中有一边长为l的正方形导线框，ab边质量为m，其余边质量不计，cd边有固定的水平轴，导线框可以绕其转动；现将导线框拉至水平位置由静止释放，不计摩擦和空气阻力，金属框经过时间t运动到竖直位置，此时ab边的速度为v，求：
图7
(1)此过程中线框产生的平均感应电动势的大小；
(2)线框运动到竖直位置时线框感应电动势的大小．
答案 (1) (2)Blv
解析 (1)Φ1＝BS＝Bl2，转到竖直位置Φ2＝0
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－Bl2
根据法拉第电磁感应定律，有E＝＝
平均感应电动势的大小为E＝
(2)转到竖直位置时，bc、ad两边不切割磁感线，ab边垂直切割磁感线，E＝Blv，此时求的是瞬时感应电动势．
方法总结 求解某一过程(或某一段时间)中的感应电动势而平均速度又不能求得时，应选用公式E＝n.如问题(1)，要求某一瞬时感应电动势时应采用E＝BLvsin θ.1.5 电磁感应规律的应用 学案（粤教版选修3-2）
1．情景分析：如图1所示，铜棒Oa长为L，磁场的磁感应强度为B，铜棒在垂直于匀强磁场的平面上绕O点以角速度ω匀速转动，则棒切割磁感线的等效速度v＝，产生的感应电动势E＝BL2ω，由右手定则可判定铜棒的O端电势较高．
图1
2．如图2所示，导体棒ef沿着导轨面向右匀速运动，导轨电阻不计．导体棒ef相当于电源，e是正极，f是负极，电源内部电流由负极流向正极；R和Rg构成外电路，外电路中电流由电源正极流向负极．
图2
3．电磁感应中的能量：在由导体切割磁感线产生的电磁感应现象中，导体克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，即电能是通过克服安培力做功转变来的．
4．正在转动的电风扇叶片，一旦被卡住，电风扇电动机的温度上升，时间一久，便发生一种焦糊味，十分危险，产生这种现象的原因是
________________________________________________________________________．
答案 见解析
解析 电风扇叶片一旦卡住，这时反电动势消失，电阻很小的线圈直接连在电源的两端，电流会很大，所以电风扇电动机的温度很快上升，十分危险．
5．当穿过线圈的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是( )
A．线圈中一定有感应电流
B．线圈中一定有感应电动势
C．感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比
D．感应电动势的大小跟线圈的电阻有关
答案 B
解析 产生感应电流的条件与产生感应电动势的条件是不同的，只有电路闭合且磁通量发生变化才能产生感应电流，不管电路是否闭合，只要磁通量变化，就一定有感应电动势产生．感应电动势只与磁通量的变化快慢和线圈的匝数有关．
6．如图3所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度v抛出，且棒与磁场垂直，设棒在落下的过程中方向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动的过程中产生的感应电动势大小变化情况是( )
图3
A．越来越大 B．越来越小
C．保持不变 D．无法判断
答案 C
解析 在运用公式E＝BLv进行感应电动势的运算时，要注意该公式中B、L、v三者必须互相垂直．如果不互相垂直，要进行相应的分解后运用分量代入运算．本题中切割速度为金属棒的水平分速度，水平分速度不变，故感应电动势大小保持不变，选C.
7．如图4所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于( )
图4
A．棒的机械能增加量
B．棒的动能增加量
C．棒的重力势能增加量
D．电阻R上放出的热量
答案 A
解析 棒受重力G、拉力F和安培力FA的作用．由动能定理：WF＋WG＋W安＝ΔEk得WF＋W安＝ΔEk＋mgh，即力F做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增量，A项正确．
【概念规律练】
知识点一 法拉第电机模型的分析
1．如图5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．
图5
答案 BL2ω
解析 方法一 棒上各处速率不等，故不能直接用公式E＝BLv求解，由v＝ωr可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式计算．
由＝ωL/2，有BL＝BL2ω，由右手定则判断φa>φb，即Uab>0，故Uab＝BL2ω
方法二 用E＝n来求解．
设经过Δt时间ab棒扫过的扇形面积为
ΔS＝LωΔtL＝L2ωΔt
变化的磁通量为ΔΦ＝BΔS＝BL2ωΔt，
所以E＝n＝nB＝BL2ω(n＝1)
由右手定则判断φa>φb
所以a、b两端的电势差为BL2ω.
点评 当导体棒转动切割磁感线时，若棒上各处磁感应强度B相同，则可直接应用公式E＝BL2ω.
2．如图6所示，长为L的导线下悬一小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为θ，摆球的角速度为ω，磁感应强度为B，则金属导线中产生的感应电动势大小为________．
图6
答案 BL2ωsin2 θ
解析 导线的有效长度为L′＝Lsin θ
电动势E＝BL′2ω＝BL2ωsin2 θ
点评 导体在磁场中转动，导线本身与磁场并不垂直，应考虑切割磁感线的有效长度．
知识点二 电磁感应中的电路问题
3．如图7所示，长为L＝0.2 m、电阻为r＝0.3 Ω、质量为m＝0.1 kg的金属棒CD垂直放在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也为L，棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R＝0.5 Ω的电阻，量程为0～3.0 A的电流表串联在一条导轨上，量程为0～1.0 V的电压表接在电阻R的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右恒定的外力F使金属棒右移，当金属棒以v＝2 m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一电表未满偏．问：
图7
(1)此时满偏的电表是什么表？说明理由．
(2)拉动金属棒的外力F有多大？
(3)导轨处的磁感应强度多大？
答案 (1)见解析 (2)1.6 N (3)4 T
解析 (1)假设电流表满偏，则I＝3 A，R两端电压U＝IR＝3×0.5 V＝1.5 V，将大于电压表的量程，不符合题意，故满偏电表应该是电压表．
(2)由能量关系，电路中的电能应是外力做功转化来的，所以有Fv＝I2(R＋r)，I＝，两式联立得，F＝＝1.6 N.
(3)磁场是恒定的，且不发生变化，由于CD运动而产生感应电动势，因此是动生电动势．根据法拉第电磁感应定律有E＝BLv，根据闭合电路欧姆定律得E＝U＋Ir以及I＝，联立三式得B＝＋＝4 T.
点评 注意区分电源和外电路，熟练运用闭合电路的有关规律．
4．匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，磁场宽度l＝3 m，一正方形金属框边长ad＝l′＝1 m，每边的电阻r＝0.2 Ω，金属框以v＝10 m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图8所示．求：
图8
(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的I－t图线；(要求写出作图依据)
(2)画出ab两端电压的U－t图线．(要求写出作图依据)
答案 见解析
解析 线框的运动过程分为三个阶段：第Ⅰ阶段cd相当于电源，ab为等效外电路；第Ⅱ阶段cd和ab相当于开路时两并联的电源；第Ⅲ阶段ab相当于电源，cd相当于外电路，如下图所示．
(1)在第一阶段，有I1＝＝＝2.5 A
感应电流方向沿逆时针方向，持续时间为
t1＝＝ s＝0.1 s
ab两端的电压为U1＝I1·r＝2.5×0.2 V＝0.5 V
(2)在第二阶段，有I2＝0，U2＝E＝Bl′v＝2 V
t2＝0.2 s
(3)在第三阶段，有I3＝＝2.5 A
感应电流方向为顺时针方向
U3＝I3×3r＝1.5 V，t3＝0.1 s
规定逆时针方向为电流正方向，故I－t图象和ab两端U－t图象分别如下图所示．
点评 第二阶段cd与ab全部进入磁场后，回路中磁通量不变化，无感应电流，但ab、cd都切割磁感线，有感应电动势，相当于开路时两个并联的电路．
【方法技巧练】
用能量观点巧解电磁感应问题
5．如图9所示，将匀强磁场中的线圈(正方形，边长为L)以不同的速度v1和v2匀速拉出磁场，线圈电阻为R，那么两次拉出过程中，外力做功之比W1∶W2＝________.外力做功功率之比P1∶P2＝________.
图9
答案 v1∶v2 v∶v
解析 线圈匀速拉出磁场，故其动能未变化．线圈中由于电磁感应产生电流，即有电能产生，且电能全部转化为内能，故外力做多少功就有多少内能产生．
W＝Q＝I2RΔt＝2RΔt＝∝∝v
故W1∶W2＝v1∶v2
同理，由P＝＝∝v2可得P1∶P2＝v∶v
方法总结 两次均匀速把线框拉出磁场都有F安＝F外，但两次的外力不同．
6．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图10所示，抛物线的方程为y＝x2，其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)，一个质量为m的小金属块从抛物线y＝b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )
图10
A．mgb B.mv2
C．mg(b－a) D．mg(b－a)＋mv2
答案 D
解析 金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生电流，进而产生焦耳热．最后，金属块在高为a的曲面上做往复运动．减少的机械能为mg(b－a)＋mv2，由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选D.
方法总结 在电磁感应现象中，感应电动势是由于非静电力移动自由电荷做功而产生的，要直接计算非静电力做功一般比较困难，因此要根据能量的转化及守恒来求解．3.3 传感器的应用、3.4 用传感器制作自控装置 学案（粤教版选修3-2）
1．随着家用电器的普及，传感器进入了千家万户．温度传感器应用在电饭煲、________、________、________、消毒碗柜等与温度控制相关的家电中；红外线传感器应用在________、______________、生命探测仪、________________________以及防盗、防火报警器等；光敏传感器应用在__________中，压力传感器应用在__________中等．
2．传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动控制，例如：无人管理的自动灌溉系统，用到了________传感器；自动化温室种植用到了________传感器；现代粮库利用________传感器和________传感器，可对粮库上百个点进行温度和湿度监测．
3．在工业生产中，由于传感器的大量使用，从而实现了生产的________或半________，大大减轻了工人的劳动强度，提高了产品的质量，降低了产品的成本，如工厂中的机器人、____________、____________、各种自动生产线或者系统，用到了各种传感器；生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发现____________；自动控制系统中的检测环节也是用传感器对被控对象进行____________．
4．在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多．例如：飞机能利用传感器给出所在高度与____________的差值．运载火箭，载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和____________系统使用，载人飞船中还使用了一类测量航天员各种生理状况的____________传感器．
5．下列器件是应用力传感器的是( )
A．鼠标器 B．火灾报警器
C．测温仪 D．电子秤
【概念规律练】
知识点一 温度传感器在电饭煲中的应用
1．(双选)关于电饭锅的说法正确的是( )
A．电饭锅中温度传感器的主要元件是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位
2．如图1所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，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．
图1
(1)分析电饭煲的工作原理．
(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？
(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．
知识点二 双金属片——热敏功能器
3．日光灯的启动器(结构如图2所示)也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？
图2
4．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图3所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：
图3
(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
【方法技巧练】
设计传感器电路的技巧
5．自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警．所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关．
6．已知光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用图4所示器材设计一个路灯自动控制电路．
图4
参考答案
课前预习练
1．电冰箱 微波炉 空调机 自动门 家电遥控器 非接触红外测温仪 照相机 电子秤
2．湿度 温度 温度 湿度
3．自动化 自动化 自动化小车 自动机床 安全隐患 精确检测
4．给定高度 遥控 生理
5．D [鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于红外线传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．]
课堂探究练
1．BD [电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A选项错，B选项正确；因水开时温度约为100℃，达不到居里温度(103℃)，故不能自动断电，则选项C错；温控开关只能手动闭合，故D正确．]
2．(1)见解析 (2)不能 (3)12∶1
解析 (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；水烧开后，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，由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 ℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)如果不闭合开关S1，则不能将饭煮熟，因为最高只能加热到80℃.
(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P1＝，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝，两式中R并＝＝ Ω.从而有P1∶P2＝＝＝12∶1.
点评 (1)电饭煲的工作过程：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．
(2)如果用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭煲不能自动断电．只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电．因此，电饭煲用来烧水不能实现自动控温．
3．见解析
解析 日光灯启动器内有一双金属片，热膨胀系数不同．开关闭合后，启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使U形动触片受热膨胀向外延伸，碰到静触片触点，电路接通；温度降低时，U形动触片向里收缩，离开触点，电路断开．
4．见解析
解析 (1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热；温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的．
点评 双金属片的膨胀系数不同，导致受热膨胀时，膨胀的长短不同，而使双金属片发生弯曲，以此来实现电路的通断．
5．实验电路如下图所示
解析 当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的．
6．见解析
解析 电路如图所示
控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作．
方法总结 在分析和设计自动控制电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，所以不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系．2.6 变压器 学案（粤教版选修3-2）
1．________现象是变压器的工作基础．在变压器原线圈上加交流电压，原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的________，它不仅穿过________，也穿过____________，所以在副线圈中产生____________，如果在副线圈两端接入负载，负载中就会有____________．
2．对于忽略原、副线圈的________和各种________能量损失的理想变压器，原、副线圈两端的电压之比等于这两个线圈的________，用公式表示为：__________________________.当n2>n1时________________，变压器使电压________，这种变压器叫做________变压器；当n23．变压器的能量损耗有两方面，一种叫________，一种叫________，但能量损耗很小，效率很高，所以在实际计算中常把损耗的能量________不计，认为是理想变压器，则输出功率和输入功率相等__________，即__________________，又因为＝，所以，理想变压器工作时，原、副线圈中的电流与它们的匝数关系为：____________________________.
4．关于理想变压器的工作原理，以下说法中正确的是( )
A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
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
5．(双选)对理想变压器，下列说法中正确的是( )
A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大
B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大
C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流的变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
6．某变电站用原、副线圈匝数比为n1∶n2的变压器，将远距离输送的电能送给用户，如图1所示，将变压器看作理想变压器，当变压器正常工作时，下列说法正确的是( )
图1
A．原、副线圈电压比为n2∶n1
B．原、副线圈电流比为n1∶n2
C．原、副线圈电压比为n1∶n2
D．变压器的输入功率与输出功率的比为n1∶n2
【概念规律练】
知识点一 变压器的基本规律
1．如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦式交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )
图2
A．电流表的示数为 A
B．电源输出功率为1 200 W
C．电流表的示数为 A
D．原线圈端电压为11 V
2．某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图3所示的规律变化，副线圈接有负载，下列判断正确的是( )
图3
A．输出电压的最大值为36 V
B．原、副线圈中电流之比为55∶9
C．变压器输入、输出功率之比为55∶9
D．交流电源电压有效值为220 V，频率为50 Hz
知识点二 常见变压器
3．如图4所示，M、N为两条交流输电线，甲、乙两图是配电室中的互感器和交流电表的两种接线示意图，以下说法正确的是( )
图4
A．在乙图中，线圈N4的导线一定比线圈N3的导线粗
B．甲图中的电表是交流电流表，乙图中的电表是交流电压表
C．甲图中的电表是交流电压表，乙图中的电表是交流电流表
D．甲、乙两图中的电表均为交流电流表
4．如图5所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100 V，R0＝40 Ω，当滑动片处于线圈中间位置时，C、D两端电压的有效值UCD为________V，通过电阻R0的电流有效值为________A.
图5
【方法技巧练】
一、变压器动态问题的分析方法
5．如图6所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，则下列说法中错误的是( )
图6
A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大
B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小
C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大
6．如图7所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线等效电阻为R.开始时，开关S断开．当S接通时，以下说法中错误的是( )
图7
A．副线圈两端M、N的输出电压减小
B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大
C．通过灯泡L1的电流减小
D．原线圈中的电流增大
二、有多个副线圈的理想变压器问题的分析方法
7．理想变压器如图8所示，原线圈匝数n1＝1 000匝，两副线圈匝数分别为n2＝600匝，n3＝200匝，当原线圈两端接在220 V的交流电源上时，原线圈上电流为2 A，通过R2的电流为1 A，则通过R3的电流为( )
图8
A．10 A B．7 A C．3 A D．1 A
8．如图9所示，一台有两个副线圈的理想变压器，原线圈匝数n1＝1 100匝，接入电压U1＝220 V的电路中．
图9
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V，20 W”、“110 V,60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
答案
课前预习练
1．互感 磁通量 原线圈 副线圈 感应电动势 交变电流
2．电阻 电磁 匝数之比 ＝ U2>U1 升高 升压 U23．铜损 铁损 忽略 P1＝P2 I1U1＝I2U2 ＝
4．C [通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，故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，原副线圈通过磁场联系在一起，故D错误．]
5．AB [理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误．]
6．C [电压之比等于匝数之比，根据输入功率等于输出功率，所以电流之比等于电压之比的反比，也就等于线圈匝数比的反比．]
课堂探究练
1．C [因为灯泡正常发光所以副线圈中的电流
I2＝＝ A＝ A
根据公式＝得I1＝I2＝× A＝ A，即电流表的示数应为 A，故A错，C对；
电源的输出功率等于变压器的输入功率，由P入＝P出可得电源的输出功率为60 W，故B选项错误；
根据公式＝，得U1＝U2＝×220 V＝4 400 V，故D选项错误．]
点评 变压器的基本规律
(1)电压关系：①只有一个副线圈时＝或＝
②当有多个副线圈时＝＝＝…
(2)功率关系：P入＝P出：①只有一个副线圈时，P1＝P2
②当有多个副线圈时P1＝P2＋P3＋…
(3)电流关系：①只有一个副线圈时，由P1＝P2知，I1U1＝I2U2
得＝＝
即＝
②当有多个副线圈时，由P1＝P2＋P3＋…知
I1U1＝I2U2＋I3U3＋…
得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…
2．D [由题图知原线圈电压最大值为220 V，周期T＝2×10－2 s，故电压有效值为220 V，频率为50 Hz；由＝，＝得输出电压的最大值为36 V，原、副线圈电流之比为9∶55，输入、输出功率应相等，所以正确答案为D.]
点评 变压器的电压关系、电流关系是各物理量的有效值(或最大值)间的关系，例如公式＝中，若U1是有效值则U2就是有效值，若U1是最大值则U2就是最大值．
3．C [电压互感器输入端分别接在两根线上，次级匝数比初级匝数少；电流互感器输入端只能串联在电路中，次级匝数比初级匝数多．]
点评 甲图是电压互感器，乙图是电流互感器，它们分别与电压表和电流表的使用方法相同，即：电压互感器测电压时需并联接入电路，电流互感器测电流时需串联接入电路．它们利用变压器的原理把高电压、大电流变成低电压、小电流，以方便测量．
4．200 5
解析 由理想变压器公式 ＝得UCD＝UAB＝2×100 V＝200 V，又由I2＝＝ A＝5 A.
点评 自耦变压器铁芯上只绕一个线圈，原、副线圈共用一个绕组，最大优点是可以连续调节输出电压，缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全．变压器的规律都适用于自耦变压器．
5．C [K由a合到b时，n1减小而U1不变，由＝可知副线圈上的电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A项正确；同理K由b合到a时，P2减小，B项正确；
P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2＝可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由＝可知I1将减小，故C项错误；
当U1增大时，由＝可知U2也增大，I2＝增大，再由＝可知I1增大，故D项正确．]
方法总结 此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)，输入功率、输出功率随匝数比的变化而变化的情况，如选项A、B；另一类是原、副线圈的匝数比不变，上述各物理量随负载电阻的变化而变化的情况，如选项C.处理此类问题时，要根据题意分清变量与不变量，要明确变量之间的相互制约关系．
6．A [由于输入电压不变，所以S接通时，理想变压器副线圈M、N两端的输出电压不变．并联灯泡L2，负载总电阻变小，由欧姆定律I＝知，流过R的电流增大，电阻R上的电压UR＝IR增大．副线圈输出电流I2增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得，原线圈输入电流I1也增大．UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小．]
方法总结 变压器动态分析问题的思路程序可表示为
7．B [由理想变压器变压比公式 ＝可得U2＝＝ V＝132 V，由＝可得U3＝U1＝ V＝44 V，根据输入功率等于输出功率有I1U1＝I2U2＋I3U3
解得I3＝7 A，选B.]
方法总结 理想变压器变压比公式 ＝，对有一个或n个副线圈的变压器均适用，而变流比公式＝，只适用于有一个副线圈的变压器，若为有两个以上副线圈的变压器，必须用P入＝P出，即U1I1＝U2I2＋U3I3或n1I1＝n2I2＋n3I3来计算．
8．(1)30匝 550匝 (2)0.36 A
解析 (1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由
＝，＝
得n2＝n1＝×1 100匝＝30匝
n3＝n1＝×1 100匝＝550匝
(2)设原线圈输入电流为I1，P入＝P出，
即I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，
所以I1＝＝ A＝0.36 A
方法总结 第(1)问中，也可根据原、副线圈每伏电压分配到的匝数相等进行计算．
即由＝＝5 匝/V，得匝数n2＝5×6匝＝30匝，n3＝5×110匝＝550匝．1.1 电磁感应现象、1.2 产生感应电流的条件 学案（粤教版选修3-2）
1．法拉第把可以产生电磁感应的情况概括为五类，它们都与变化和运动相联系，即：变化着的电流、变化着的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．
2．感应电流的产生条件：只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生．
3．在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，不正确的说法是( )
A．库仑发现了电流的磁效应
B．卡文迪许测出引力常数
C．法拉第发现了磁场产生电流的条件和规律
D．牛顿提出了万有引力定律奠定了天体力学的基础
答案 A
解析 奥斯特发现电流的磁效应，A错误，B、C、D项正确．
4．关于磁通量，下列说法中正确的是( )
A．磁通量不仅有大小，而且有方向，所以是矢量
B．磁通量越大，磁感应强度越大
C．通过某一面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零
D．磁通量就是磁感应强度
答案 C
解析 磁通量是标量，故A不对；由Φ＝BS⊥可知Φ由B和S⊥两个因素决定，Φ较大，有可能是由于S⊥较大造成的，所以磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，故B不对；由Φ＝BS⊥可知，当线圈平面与磁场方向平行时，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感应强度B不为零，故C对；磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D不对．
5．(双选)如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是( )
答案 CD
解析 利用安培定则判断直线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直线电流产生的磁场分布情况是：靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱．所以，A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为ΦA＝Φ出－Φ进＝0，且始终为0，即使切断导线中的电流，ΦA也始终为0，A中不可能产生感应电流．B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流．C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，Φ进>Φ出，即ΦC≠0，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量ΦC减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量ΦD不为0，当电流切断后，ΦD最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生．
【概念规律练】
知识点一 磁通量的理解及其计算
1．如图1所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20 m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？
图1
答案 5.5×10－3 Wb
解析 线圈横截面为正方形时的面积
S1＝L2＝(0.20)2 m2＝4.0×10－2 m2.
穿过线圈的磁通量
Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2 Wb＝2.0×10－2 Wb
横截面形状为圆形时，其半径r＝4L/2π＝2L/π.
截面积大小S2＝π(2L/π)2＝ m2
穿过线圈的磁通量
Φ2＝BS2＝0.50×4/(25π) Wb≈2.55×10－2 Wb.
所以，磁通量的变化
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2 Wb＝5.5×10－3 Wb
点评 磁通量Φ＝BS的计算有几点要注意：
(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积；
B是匀强磁场中的磁感应强度．
(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响．同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必去考虑线圈匝数n.
2．如图2所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ＝________.
图2
答案 BScos θ
解析 线圈平面abcd与磁场不垂直，不能直接用公式Φ＝BS计算，可以用不同的分解方法进行．可以将平面abcd向垂直于磁感应强度的方向投影，使用投影面积；也可以将磁感应强度沿垂直于平面和平行于平面正交分解，使用磁感应强度的垂直分量．
解法一：把面积S投影到与磁场B垂直的方向，即水平方向a′b′cd，则S⊥＝Scos θ，故Φ＝BS⊥＝BScos θ.
解法二：把磁场B分解为平行于线圈平面的分量B∥和垂直于线圈平面的分量B⊥，显然B∥不穿过线圈，且B⊥＝Bcos θ，故Φ＝B⊥S＝BScos θ.
点评 在应用公式Φ＝BS计算磁通量时，要特别注意B⊥S的条件，应根据实际情况选择不同的方法，千万不要乱套公式．
知识点二 感应电流的产生条件
3．(双选)图3所示的情况中能产生感应电流的是( )
A．如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动
B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时
C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时
D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时
图3
答案 BD
解析 A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化无感应电流，故A错；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错；D中开关S接通滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中磁通量变化，线圈中产生感应电流，故D正确．
点评 电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可．电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么无论有多大，都不会产生感应电流．
4．如图4所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计G中无示数的是( )
图4
A．开关闭合瞬间
B．开关闭合一段时间后
C．开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端
D．开关断开瞬间
答案 B
解析 A中开关闭合前，线圈Ⅰ、Ⅱ中均无磁场，开关闭合瞬间，线圈Ⅰ中电流从无到有形成磁场，穿过线圈Ⅱ的磁通量从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计G有示数．B中开关闭合一段时间后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈Ⅱ虽有磁通量但磁通量稳定不变，线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计G中无示数．C中开关闭合一段时间后，来回移动滑动变阻器滑动端，电阻变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G中有示数．D中开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G中有示数．故选B.
点评 变化的电流引起闭合线圈中磁通量的变化，是产生感应电流的一种情况．
【方法技巧练】
一、磁通量变化量的求解方法
5．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，磁场方向与线框平面成θ角(如图5所示)，当线框以ab为轴顺时针转90°时，穿过abcd面的磁通量变化量ΔΦ＝________.
图5
答案 －BS(cos θ＋sin θ)
解析 磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框面上的分量决定．
开始时B与线框面成θ角，磁通量为Φ＝BSsin θ；线框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＝－BScos θ.可见，磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScos θ－BSsin θ
＝－BS(cos θ＋sin θ)
实际上，在线框转过90°的过程中，穿过线框的磁通量是由正向BSsin θ减小到零，再由零增大到负向BScos θ.
方法总结 磁通量虽是标量，但有正、负，正、负号仅表示磁感线从不同的方向穿过平面，不表示大小．
6．如图6所示，通电直导线下边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面．若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将( )
图6
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．保持不变 D．不能确定
答案 B
解析 当矩形线框在线框与直导线决定的平面内逐渐远离通电导线平动时，由于离开导线越远，磁场越弱，而线框的面积不变，则穿过线框的磁通量将减小，所以B正确．
方法总结 引起磁通量变化一般有四种情况：
(1)磁感应强度B不变，有效面积S变化，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝BΔS(如知识点一中的1题)
(2)磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，
则ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔBS(如此题)
(3)线圈平面与磁场方向的夹角θ发生变化时，即线圈在垂直于磁场方向的投影面积S⊥＝Ssin θ发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化，即B、S不变，θ变化．(如此栏目中的5题)
(4)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则ΔΦ＝Φt－Φ0≠ΔB·ΔS
二、感应电流有无的判断方法
图7
7．如图7所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( )
A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
答案 C
解析 四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线圈移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流．C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确．
方法总结 (1)判断有无感应电流产生的关键是抓住两个条件：①电路是否为闭合电路；②穿过电路本身的磁通量是否发生变化，其主要内涵体现在“变化”二字上．电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量很大但不变化，那么不论有多大，也不会产生感应电流．
(2)分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化的三种情况：①由于线框所在处的磁场变化引起磁通量变化；②由于线框所在垂直于磁场方向的投影面积变化引起磁通量变化；③有可能是磁场及其垂直于磁场的面积都发生变化．
8．(双选)下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是( )
答案 BC
解析 A中虽然导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流．B中导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流．C中虽然与A近似，但由于是非匀强磁场运动过程中，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流．D中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变，无感应电流，故选B、C.
方法总结 在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：
(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如下图所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．
(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流．例如上题中A、D选项情况，如果由切割不容易判断，还是要回归到磁通量是否变化上去．2.4 电感器对交变电流的作用 学案（粤教版选修3-2）
1．电感器由________导线(如漆包线、纱包线等)一圈紧靠一圈地绕制而成，所以又被称为____________．它能把外部电路的________储存在电感器内部的________中．
2．电感器对恒定电流是__________的，对交变电流有________作用．对交变电流的阻碍作用叫 ，交变电流的频率f越__________，感抗越__________；电感器的自感系数L越大，感抗越________，即感抗XL＝__________.
3．在电工和电子技术中使用的扼流圈，就是利用电感器对交变电流的________作用制成的．扼流圈通常有两种：一种为________扼流圈，它的自感系数较大，它的作用为
“________________”；另一种为________扼流圈，它的自感系数较小，它的作用为
“________________________”．
4．如图1所示的实验装置，L1、L2为两个规格完全相同的小灯泡，L为电感线圈，R为滑动变阻器，S为双刀双掷开关以及学生电源．
图1
(1)若电感线圈的电感很小，可看作纯电阻，把开关S先接到直流电源，调节滑动变阻器使两个灯泡的亮度相同，然后把开关S接到交流电源上，则两个灯泡亮度________，说明：____________________________________________________________________________________________.
(2)换用自感系数较大的线圈，把开关S接到直流电源，调节滑动变阻器使两个灯泡亮度相同．然后再将开关S接到交流电源上，则____________________，
说明：____________________________________________________________.
(3)再换用自感系数更大的线圈，把开关S接到直流电源，调节滑动变阻器使两个灯泡亮度相同、然后再将开关S接到交流电源上，则
____________________________________________________________，
说明：_____________________________________________________________________.
【概念规律练】
知识点一 电感对交变电流的阻碍作用
1．如图2所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零．电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin 10πt V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25 Hz，下列说法中正确的是( )
图2
A．电流表示数增大 B．电压表示数减小
C．灯泡变暗 D．灯泡变亮
2．一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图3所示．一个铁块插进线圈之后，该灯泡将( )
图3
A．变亮 B．变暗
C．对灯泡没影响 D．无法判断
知识点二 对扼流圈的理解
3．如图4所示电路，前级输出的电流既有高频成分又有低频成分，要把低频成分的电流输送到下一级，需在ab间接一个____________扼流圈，它的自感系数应____________．
图4
4．(双选)对于扼流圈的以下说法，正确的是( )
A．扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的
B．低频扼流圈用来“通低频、阻高频”
C．高频扼流圈用来“通直流、阻交流”
D．高频扼流圈对低频交变电流阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用很大
【方法技巧练】
存在电感器电路的分析技巧
5．如图5所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( )
图5
A．等于220 V B．大于220 V
C．小于220 V D．等于零
6．(双选)如图6所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中，正确的是(L的直流电阻不为零)( )
图6
A．直流成分只能从L通过
B．交流成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分又有交流成分
D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大
答案
课前预习练
1．绝缘 电感线圈 电能 磁场
2．导通 阻碍 感抗 高 大 大 2πfL
3．阻碍 低频 通直流、阻交流 高频 通直流，通低频，阻高频
4．(1)相同 当线圈可看作纯电阻时，它对交变电流的影响与等值的纯电阻所产生的影响是完全一样的 (2)灯泡L2比灯泡L1亮 电感线圈有通直流、阻交流的作用 (3)灯泡L2仍然亮，而灯泡L1微亮或不亮 线圈的自感系数越大，对交变电流的阻碍作用越大
课堂探究练
1．C [根据所加的交流电u＝220sin 10πt V，可知ω＝10π，由ω＝2πf可得f＝5 Hz.若只将电源的频率改为f′＝25 Hz，则可知电感线圈对交变电流的阻碍作用变大，即感抗变大，电感线圈跟灯泡串联，由串联分压原理知，线圈两端电压变大，所以电压表示数变大，电流表示数变小，灯泡变暗．]
点评 电感线圈对交变电流的阻碍作用跟交变电流的频率有关：频率越高阻碍作用就越大．
2．B [加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落在电感线圈上的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗．]
点评 电感线圈的自感系数与线圈大小、形状、圈数、是否有铁芯等因素有关．加入铁芯后，自感系数增大．自感系数增大；对交流的阻碍作用变大．
3．高频 小
解析 高频扼流圈有“通低频、阻高频”的作用，故应接高频扼流圈，要通过低频即对低频的阻碍作用小，由XL＝2πfL知L要小．
4．AD [低频扼流圈用来“通直流、阻交流”，对低频电流阻碍作用也很大，而高频扼流圈是对高频阻碍作用很大，对低频阻碍作用较小，用来“通低频，通直流，阻高频”．高频扼流圈的自感系数较小，低频扼流圈的自感系数较大．]
点评 低频扼流圈，“扼制”低频电流，线圈的自感系数较大；高频扼流圈，“扼制”高频电流，线圈的自感系数较小．
5．C [电感对交变电流有阻碍作用，线圈与灯泡串联，其电压之和等于电源电压，即UL＋UR＝U，故交流电压表的示数小于220 V，C正确．]
方法总结 电感线圈对交变电流的阻碍作用，可与电阻相类比．
6．CD [由于线圈直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B错，C正确；由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，A错；因为一般导线的直流电阻都很小，所以通过线圈的直流要比通过R的要大，D正确．]
方法总结 当电感线圈对直流电阻很小时，在直流电路中可做为一个小电阻来理解，当电感线圈对直流电阻为零时，在直流电路中可做为一根导线来理解．2.7 远距离输电 学案（粤教版选修3-2）
1．远距离输电的基本原理：在发电站内用________变压器________电压，然后进行远距离输电，在用电区域通过________变压器________所需的电压．
2．输电线上的功率损失P＝________，降低输电损耗的两个途径为：
______________________，________________________.
3．现代的直流输电，只有________这个环节使用高压直流，________、________及____________仍然是交变电流．发电机发出的交变电流经变压器升压后，由换流设备将________变为________，高压的直流经远距离传输后，再由换流设备将________换为__________，然后，配电所的变压器再将高压交变电流________成适合用户的电压、电流，送达用户．
4．(双选)下列关于电能输送的说法中正确的是( )
A．输送电能的基本要求是可靠、保质、经济
B．减小输电导线上功率损失的惟一办法是采用高压输电
C．减小输电导线上电压损失的惟一方法是增大输电线的横截面积
D．实际输电时，要综合考虑各种因素，如输电功率的大小、距离远近、技术和经济条件等
5．输电导线的电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为( )
A．U1∶U2 B．U∶U
C．U∶U D．U2∶U1
6．如图1所示为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述错误的是( )
图1
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
【概念规律练】
知识点一 线路损耗问题
1．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线电阻为R，通过导线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线损耗的式子中，不正确的是( )
A． B．
C．I2R D．I(U1－U2)
2．(双选)某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是( )
A．输电线上的电流I＝
B．输电线上的电流I＝
C．输电线上损失的功率P＝()2R
D．输电线上损失的功率P＝
知识点二 远距离输电线路中各物理量的关系
3．一台发电机最大输出功率为4 000 kW，电压为4 000 V，经变压器T1升压后向远方输电．输电线路总电阻R＝1 kΩ.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V,60 W)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则下列说法错误的是( )
A．T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A
B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105 V和220 V
C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1
D．有6×104盏灯泡(220 V,60 W)正常发光
4．(双选)某小型水电站的电能输送示意图如图2所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则( )
图2
A.>
B.<
C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
【方法技巧练】
关于远距离输电问题的解题技巧
5．发电机的端电压220 V，输出电功率44 kW，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户；则
(1)画出全过程的线路示意图；
(2)求用户得到的电压和功率；
(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的电压和功率．
6．(双选)在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则下列关系式正确的是( )
A．P′＝
B．P′＝
C．P用＝P－
D．P用＝P(1－)
答案
课前预习练
1．升压 升高 降压 降到
2．I2R 减小输电导线的电阻 减小输电导线中的电流．
3．输电 发电 用电 升、降电压 交变电流 直流 直流 交变电流 降压
4．AD
5．C [由P＝UI，P损＝I2R可得P损＝，所以输电线上损失的功率与输送电压的平方成反比，C项正确．]
6．C [导线的横截面积越大，导线的电阻越小，电能损失就越小，A对；在输送功率一定的前提下，提高输送电压U，由I＝知，能减小电流I，从而减小发热损耗，B对；若输送电压一定，由I＝知，输送的电功率P越大，I越大，发热损耗就越多，C错；高压输电时要综合考虑材料成本、技术、经济性等各种因素，不是电压越高越好，D对．]
课堂探究练
1．A [输电线的损耗P损＝I2R线＝＝IU线
其中U线＝U1－U2，故B、C、D正确，A不正确．]
点评 计算功率损失常用公式P损＝IR线和P损＝，特别在利用P损＝时要注意U线是R线上的电压．
2．BC [输电线上的电流I线＝＝故A错误，B正确；输电线上的功率损失P＝IR＝()2R＝，故C正确，D错误．]
点评 由功率损失P＝()2R线知：当输送功率P输一定时减少输电线上功率损失的方法为提高输电电压或减小输电导线的电阻．
3．C [输电线上消耗的功率P线＝IR＝400 kW，则I2＝＝20 A，又P1＝U1I1，则I1＝＝103 A，故A正确；T1的变压比＝＝，又P＝U1I1＝U2I2，得U2＝2×105 V，输电线上损失电压U线＝I2R＝2×104 V，则T2原线圈的输入电压U3＝U2－U线＝1.8×105 V，又灯泡正常发光，T2的副线圈的电压为220 V，B正确；T2的变压比＝＝，C错误；根据U3I2＝60n，解得n＝6×104，D正确．]
点评 远距离输电线路图如下
各物理量有下列关系
(1)电压关系：U发＝U1，＝，U2＝U3＋U损，＝，U4＝U用；
(2)电流关系：n1I1＝n2I2，I2＝I线＝I3，n3I3＝n4I4；
(3)功率关系：P发＝P1＝P2，P2＝P3＋P损，P3＝P4＝P用，
P损＝I2R线， P损＝2R线，P损＝IU损．
4．AD [由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率．P出－P损＝P入，故D正确.＝，＝，因为U1＝200 VU3＝
U2－U线，故>，选项A正确．]
点评 在理解电压关系时，可把输电线路理解为三个闭合回路．如下图所示
第一个回路发电机是电源，升压变压器的原线圈是用电器，若输电线电阻忽略则有U发＝U1；第二个回路升压变压器副线圈是电源，降压变压器的原线圈为用电器，则有U2＝U线＋U3；第三个回路降压变压器副线圈为电源，用户为用电器，若输电线电阻忽略则有
U4＝U用．
5．(1)见解析 (2)219.6 V 4.392×104 W
(3)180 V 3.6×104 W
解析 (1)示意图如下图所示
(2)升压变压器次级的输出电压
U2＝U1＝×220 V＝2 200 V
据升压变压器输出电功率等于输入电功率知，升压变压器次级输出电流
I2＝＝ A＝20 A
输电线路上的电压损失和功率损失分别为
UR＝I2R＝20×0.2 V＝4 V
PR＝IR＝202×0.2 W＝80 W
加到降压变压器初级上的输入电流和电压为
I3＝I2＝20 A
U3＝U2－UR＝2 200 V－4 V＝2 196 V
降压变压器次级的输出电压和电流为
U4＝·U3＝×2 196 V＝219.6 V
I4＝·I3＝10×20 A＝200 A
用户得到的功率为
P4＝I4U4＝200×219.6 W＝4.392×104 W
(3)若不采用高压输电，用220 V低压直接供电时，电路如下图所示，则输电电流I＝＝ A＝200 A，输电线路上的电压损失
UR′＝IR＝200×0.2 V＝40 V
所以用户得到的电压为
U4′＝U1－UR′＝220 V－40 V＝180 V
用户得到的功率为P4′＝IU4′＝200×180 W＝3.6×104 W
方法总结 (1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图，并画出示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上．
(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系．
6．BD [输电线电阻R＝ρ，输电电流I＝，故输电线上损失的电功率为P′＝I2R＝2ρ＝，用户得到的电功率为P用＝P－P′＝P.故B、D正确．]
方法总结 在远距离输电问题中，也要时刻注意能量守恒这一线索，即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(在不考虑变压器自身的能量损失的条件下)．3.2 传感器的原理 学案（粤教版选修3-2）
1．传感器具有人类感觉器官上所具有的，甚至人类感觉器官所不具备的________功能，能帮助我们从外界获取监控各种________和________的量，有助于我们认识____________和科学技术中的各种现象及其相关的变化规律．
2．热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而________，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而________．
3．光敏电阻是________传感器的敏感元件，一般由半导体材料制成，其阻值随光照的增强而________，光敏电阻可以把________________转化为电阻大小这一电学量．
4．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
5．某市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制．这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三种特性都利用了
6．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭锅中控制加热和保温的温控器
【概念规律练】
知识点一 热敏电阻的特性
1．如图1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( )
图1
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
2．(双选)如图2所示为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是( )
图2
A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
知识点二 光敏电阻的特性
3．如图3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；若用手电筒的光照射RG，表针将向________(填“左”或“右”)转动．
图3
4．如图4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．此光电计数器的基本工作原理是什么？
图4
知识点三 光传感器的应用
5．在如图5所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED之间的距离不变，下列说法正确的是( )
图5
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变
6．如图6为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．
图6
【方法技巧练】
传感器电路的分析技巧
7．(双选)如图7所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )
图7
A．电压表的示数减小
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
8．如图8所示是一火警报警装置的部分电路示意图，其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端两压U与出现火情前相比( )
图8
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
答案
课前预习练
1．检测 静态 动态 自然界
2．增大 减小
3．光电 减小 光照强弱
4．C [空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．]
5．B [题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以是利用了半导体的光敏性，故B正确．]
6．A [遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以A选项正确．]
课堂探究练
1．C [R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．]
2．BD [热敏电阻由半导体材料制成，电阻随温度升高而减小，且灵敏度高，金属热电阻随温度升高电阻增大，灵敏度不高，但测温范围大，化学性质稳定．故B、D正确．]
点评 (1)热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度的变化方向是相反的．热敏电阻温度升高，电阻减小，金属热电阻温度升高，电阻增大．
(2)热敏电阻随温度变化明显．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大．
3．左 右
解析 光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将RG用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒的光照射RG，电阻减小，指针右偏．
4．见解析
解析 当光被元件挡住时，光敏电阻的阻值R1增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个元件就获得一次低电压，计数一次．
点评 当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，光照减弱时，光敏电阻的阻值增大．即光照强弱的变化引起电路中电流和电压的一系列变化．
5．A [滑动触头P左移，使其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．]
6．见解析
解析 使用时发光二极管处于发光状态，平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
点评 发光二极管具有单向导电性，导电时还能发光．普通二极管只具有单向导电性．
7．BC [当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A、D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确．]
8．D [当传感器R2所在处出现火情时，温度升高，R2阻值减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压Uab＝E－Ir减小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2＝I－I3增大，D对．]
方法总结 电路中涉及热敏电阻、光敏电阻或金属热电阻等元件时，熟记各种元件的特性，然后依据动态电路问题的分析思路，按照由部分到整体再到部分的顺序进行分析．1.3 感应电流的方向 学案（粤教版选修3-2）
1．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．
2．右手定则：伸开右手，使拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导线运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向．
3．(双选)下列说法正确的是( )
A．感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反
B．感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反
C．楞次定律只能判定闭合回路中感应电流的方向
D．楞次定律可以判定不闭合的回路中感应电动势的方向
答案 BD
解析 本题的关键是理解楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．如果是因磁通量的减小而引起的感应电流，则感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同，阻碍磁通量的减小；如果是因磁通量的增大而引起的感应电流，则感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反，阻碍磁通量的增大，故A项错误，B项正确；楞次定律既可以判定闭合回路中感应电流的方向，还可以判定不闭合回路中感应电动势的方向．C项错误，D项正确．
4．如图1所示，一线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在匀强磁场中运动，已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ时(位置Ⅱ正好是细杆竖直位置)，线圈内的感应电流方向(顺着磁场方向看去)是( )
图1
A．Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ位置均是顺时针方向
B．Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ位置均是逆时针方向
C．Ⅰ位置是顺时针方向，Ⅱ位置为零，Ⅲ位置是逆时针方向
D．Ⅰ位置是逆时针方向，Ⅱ位置为零，Ⅲ位置是顺时针方向
答案 D
解析 本题关键是判定出Ⅰ，Ⅱ位置时磁通量的变化情况，线圈由初始位置向Ⅰ位置运动过程中，沿磁场方向的磁通量逐渐增大，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，从右向左穿过线圈，根据安培定则，Ⅰ位置时感应电流的方向(沿磁感线方向看去)是逆时针方向；在Ⅱ位置时由左向右穿过线圈的磁通量最大，由Ⅱ位置向Ⅲ位置运动时，向右穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向右，阻碍它的减少，根据安培定则可判定Ⅲ位置的电流方向(沿磁感线方向看去)是顺时针方向，且知Ⅱ位置时感应电流为零．故选D.
5．如图2所示，当导体棒MN在外力作用下沿导轨向右运动时，流过R的电流方向是( )
图2
A.由A→B
?B. 由B→A
?C. 无感应电流
?D. 无法确定
答案 AM，则通过R的电流为A→M，则通过R的电流为A→B.
【概念规律】
知识点一 楞次定律的基本理解
1．如图3所示为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称，在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧运动(O是线圈中心)，则( )
图3
A．从X到O，电流由E经G流向F，先增大再减小
B．从X到O，电流由F经G流向E，先减小再增大
C．从O到Y，电流由F经G流向E，先减小再增大
D．从O到Y，电流由E经G流向F，先增大再减小
答案 D
解析 S，方向向上．当磁极由X到O时，穿过线圈的磁通量增加．根据楞次定律，感应电流的磁场应向下，再根据安培定则可知电流由F经G流向E，当磁极在圆形线圈正上方时，磁通量的变化率最小，故电流先增大后减小．当磁极从O到Y时，穿过线圈的磁通量减少，可判断电流方向由E经G流向F.再根据磁通量最大时，磁通量的变化率最小，则感应电流最小，故电流先增大后减小．故选项D正确．→S，方向向上．当磁极由X到O时，穿过线圈的磁通量增加．根据楞次定律，感应电流的磁场应向下，再根据安培定则可知电流由F经G流向E，当磁极在圆形线圈正上方时，磁通量的变化率最小，故电流先增大后减小．当磁极从O到Y时，穿过线圈的磁通量减少，可判断电流方向由E经G流向F.再根据磁通量最大时，磁通量的变化率最小，则感应电流最小，故电流先增大后减小．故选项D正确．
点评 应用楞次定律判断感应电流的一般步骤：
2．如图4所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是( )
图4
A．N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动
B．N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动
C．磁铁在线圈平面内顺时针转动
D．磁铁在线圈平面内逆时针转动
答案 A
解析 当N极向纸内，S极向纸外转动时，穿过线圈的磁场由无到有并向里，感应电流的磁场应向外，电流方向为逆时针，A选项正确；当N极向纸外，S极向纸内转动时，穿过线圈的磁场向外并增加，感应电流方向为顺时针，B选项错误；当磁铁在线圈平面内绕O点转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，因而不产生感应电流，C、D选项错误．
点评 此题是“逆方向”应用楞次定律，只需把一般步骤“逆向”即可
知识点二 右手定则
3.如图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是( )
答案 Ab，B中电流由b→b，B中电流由b→a，C中电流沿a→c→b→a方向，D中电流由b→a.故选A.
点评 判别导体切割磁感线产生的感应电流方向时，采用右手定则更有针对性，当然用楞次定律也可以判别．
4．如图5所示，导线框abcd与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点，当线框向右运动的瞬间，则( )
图5
A．线框中有感应电流，且按顺时针方向
B．线框中有感应电流，且按逆时针方向
C．线框中有感应电流，但方向难以判断
D．由于穿过线框的磁通量为零，所以线框中没有感应电流
答案 B
解析 此题可用两种方法求解，借此感受右手定则和楞次定律分别在哪种情况下更便捷．
方法一：首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向（如下图所示），因ab导线向右做切割磁感线运动，由右手定则判断感应电流由a→b,同理可判断cd导线中的感应电流方向由c→d，ad、bc两边不做切割磁感线运动，所以整个线框中的感应电流是逆时针方向的．
方法二 首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向(如右图所示)，由对称性可知合磁通量Φ＝0；其次当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大(方向垂直向里)，由楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直纸面向外，最后由安培定则判断感应电流按逆时针方向，故B选项正确．
点评 右手定则在判断由于部分导体切割磁感线的感应电流方向时针对性强，若电路中非一部分导体做切割磁感线运动时，应用楞次定律更轻松一些．
【方法技巧练】
一、增反减同法
5．某磁场磁感线如图6所示，有一铜线圈自图示A处落至B处，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是( )
图6
A．始终顺时针
B．始终逆时针
C．先顺时针再逆时针
D．先逆时针再顺时针
答案 C
解析 自A落至图示位置时，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向上，则感应电流的磁场方向与之相反，即向下，故可由安培定则判断线圈中的感应电流为顺时针；自图示位置落至B点时，穿过线圈的磁通量减少，磁场方向向上，则感应电流的磁场方向与之相同即向上，故可由安培定则判断线圈中的感应电流为逆时针，选C.
方法总结 此题中的“增反减同”为：当回路中的磁通量增加(减少)时感应电流的磁场方向与原磁场方向相反(相同)．
6．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，如图7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( )
图7
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
答案 D
解析 在N极接近线圈上端的过程，穿过线圈的磁通量向下增加，则感应电流的磁场方向向上．由安培定则可判定电路中的电流为顺时针方向，故通过R的电流由b到a，电容器下极板带正电．
方法总结 应用增反减同法时，特别要注意原磁场的方向，才能根据增反减同判断出感应电流的磁场方向．
二、来拒去留法
7．如图8所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是( )
图8
A．向右摆动
B．向左摆动
C．静止
D．无法判定
答案 A
解析 此题可由两种方法来解决：
方法一 画出磁铁磁感线分布，如图甲所示，当磁铁向环运动时，穿过环的磁通量增加，由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示．铜环中有感应电流时铜环又要受到安培力的作用，分析铜环受安培力作用而运动时，可把铜环中的电流等效为多段直线电流元．取上、下两小段电流研究，由左手定则确定两段电流受力，由此可联想到整个铜环所受合力向右，则A选项正确．
甲 乙
方法二(等效法) 磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁，则两磁铁有排斥作用，故A正确．
方法总结 此题中若磁铁远离铜环运动时，同样可分析出铜环的运动情况为向左摆动，故可归纳出：感应电流在磁场中受力时有“来拒去留”的特点．
8．如图9所示，蹄形磁铁的两极间，放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，磁铁如图示方向转动时，线圈的运动情况是( )
图9
A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同
B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同
C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速
D．线圈静止不动
答案 C
解析 本题“原因”是磁铁有相对线圈的运动，“效果”便是线圈要阻碍两者的相对运动，线圈阻止不了磁铁的运动，由“来拒去留”线圈只好跟着磁铁同向转动；如果二者转速相同，就没有相对运动，线圈就不会转动，故答案为C.
方法总结 感应电流在磁场中受力，用“来拒去留”来直接判断既快又准，此法也可理解为感应电流在磁场中受力总是“阻碍相对运动”．
三、增缩减扩法
9．(双选)如图10所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置于导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
图10
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g
答案 AD
解析 根据楞次定律，感应电流的效果是总要阻碍产生感应电流的原因，本题中“原因”是回路中磁通量的增加，P、Q可通过缩小面积的方式进行阻碍，故可得A正确．由“来拒去留”得回路电流受到向下的力的作用，由牛顿第三定律知磁铁受向上的作用力，所以磁铁的加速度小于g，选A、D.
方法总结 增缩减扩法，就闭合电路的面积而言，致使电路的面积有收缩或扩张的趋势．
10．如图11(a)所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图(b)所示的交变电流，t＝0时电流方向为顺时针(如图箭头所示)，在t1～t2时间段内，对于线圈B，下列说法中正确的是( )
图11
A．线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有扩张的趋势
B．线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有收缩的趋势
C．线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有扩张的趋势
D．线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有收缩的趋势
答案 A
解析 在t1～t2时间段内，A线圈的电流为逆时针方向，产生的磁场垂直纸面向外且是增加的，由此可判定B线圈中的电流为顺时针方向，线圈的扩张与收缩可用阻碍Φ变化的观点去判定．在t1～t2时间段内B线圈内的Φ增强，根据楞次定律，只有B线圈增大面积，才能阻碍Φ的增加，故选A.
方法总结 注意B线圈内的磁通量是穿进穿出两部分抵消后的磁通量．2.5 电容器对交变电流的作用 学案（粤教版选修3-2）
1．交变电流能够通过电容器，实际上也不是自由电荷通过两极板间的绝缘介质，只是由于两极板间的____________在变化，当电压升高时，电荷向电容器的极板上________，电路上形成________电流；当电压降低时，电荷________极板，电路上形成________电流．电压不断变化，电容器交替进行________和________，电路中就有了电流，好像交变电流“通过”了电容器．
2．电容器对交变电流的阻碍作用称为________，它跟电容器的________及交变电流的________有关即XC＝____________.
3．在电子技术中，在两级电路之间________一个电容器，就可以使交流成分通过，而阻止直流成分通过．这种电容器叫做________电容；若在下一级电路的输入端________一个电容器，可以使________成分通过电容器，________成分输入到下一级装置，这种电容器叫高频________电容器．
4．(双选)电容对交变电流的影响，以下说法中正确的是( )
A．电容对交变电流有阻碍作用
B．电容对交变电流的阻碍作用越小，容抗就越大
C．电容具有“通直流，隔交流，通低频，阻高频”的作用
D．电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小
5．(双选)对交变电流能够通过电容器的正确理解是( )
A．交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体
B．交变电流能够使自由电荷通过电容器两极板间的绝缘介质
C．交变电流能够使电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交变电流“通过”了电容器
D．交变电流“通过”了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)
6．(双选)如图1甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是( )
图1
A．图甲中R得到的是交流成分
B．图甲中R得到的是直流成分
C．图乙中R得到的是低频成分
D．图乙中R得到的是高频成分
【概念规律练】
知识点一 电容器对交流电的导通作用
1．如图2所示，当开关打到直流电源上，灯泡________；当开关打到交流电源上，灯泡________．
图2
2．对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的是( )
A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
B．当电容器接到交流电源上时，电容器两极板交替进行充电和放电，电路中才有交变电流
C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动
D．在有电容器的交流电路中，电容器不起作用
知识点二 电容器对交流电的阻碍作用
3．(双选)如图3所示平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上，灯泡正常发光，则( )
图3
A．把电介质插入电容器，灯泡一定变亮
B．把电容器两极板间距增大，灯泡一定变亮
C．把电容器两极板间距减小，灯泡一定变亮
D．使交流电频率增大，灯泡变暗
4．有两个电容分别为C1＝5 μF和C2＝3 μF的电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，在下列哪一种情况下通过电容器的电流强度最大( )
A．在C1上所加交变电流频率为50 Hz
B．在C2上所加交变电流频率为50 Hz
C．在C1上所加交变电流频率为60 Hz
D．在C2上所加交变电流频率为60 Hz
知识点三 隔直电容器和高频旁路电容器
5．如图4所示，(a)、(b)两电路是电容器的两种不同的连接方式，它们各在什么情况下采用？应该怎样选用电容器？
图4
6．如图5甲、乙所示，从某一装置中输出的电流既有交流成分，又有直流成分，现要把交流成分输送给下一级，有关甲、乙图的说法正确的是( )
图5
A．应选用甲图电路，其中C的电容要大
B．应选用甲图电路，其中C的电容要小
C．应选用乙图电路，其中C的电容要大
D．应选用乙图电路，其中C的电容要小
【方法技巧练】
电容器与电感器配合使用时的分析技巧
7．如图6所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用．
图6
8．在图7所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，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．下列说法不正确的是( )
图7
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
答案
课前预习练
1．电压 聚集 充电 离开 放电 充电 放电
2．容抗 电容 频率
3．串联 隔直 并联 高频 低频 旁路
4．AD 5.CD
6．AC [当交变电流加在电容器上时，有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分．A正确，B错误；乙图中电容器能通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．]
课堂探究练
1．不亮 亮
解析 直流电不能通过电容器，故灯泡不亮；交流电能够“通过”电容器，故灯泡亮．
2．B [当交变电压加在两极板间时，造成两极板间的电压在周期性地变化，当电压升高时，给电容器充电，电压降低时，电容器放电．在电路中形成充、放电电流，即电路中有交变电流“通过”，选项B正确．]
点评 当直流电路中接入电容器时，由于极板中间充满了绝缘介质，故充电后的电容器将阻隔直流电流；当交流电路中接入电容器时，由于极板的电压作周期性变化，电容器的带电量也会周期性的增大或减小，电容器将会反复充电或放电，这也就是说，电容器可以通交流．
3．AC [在电容器中插入电介质，电容增加，容抗减小，电流增加，灯泡变亮；同理，当频率增加时，容抗减小，灯泡也变亮；把电容器两极板间距离增大，将使电容减小，容抗增加，灯泡将变暗．故正确答案为A、C.]
4．C [交变电流的频率越高、电容器的电容越大，电容器对交变电流的阻碍作用越小．]
点评 电容器对交变电流的阻碍作用叫容抗，容抗大小的公式是XC＝.
5．见解析
解析 (a)中C1起隔直流的作用，对下级输出的是交流，应选用电容较大的电容器．(b)中C2起过滤高频的作用：若对下级输出直流，C2选用容量较大的；若对下级输出低频，C2选用容量小的．
图中的C1串联在电路中，它的作用是“通交流、隔直流”，为了使交流成分都能顺利地通过，容抗必须较小，应选用电容较大的电容器．
图中的C2并联在电路中，如果输入端输入的电流中包含有高频和低频两种交流成分，该电容器的作用是“通高频、阻低频”，即对高频电流起旁路作用，而让需要的低频信号输入到下一级，一般取电容较小的电容器；如果输入的电流是直流和交流两种成分，该电容器的作用是滤去交流成分，把直流成分输入到下一极，这时要选用电容较大的电容器．
另外，选用电容器还须注意它的耐压值，以防被击穿．
6．C [电容器在电路中要起到“隔直流、通交流”的作用，应选乙图电路．要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级，则电容器的容抗要小，容抗与电容成反比，故C的电容要大．]
点评 要把电路中直流成分和交流成分中的交流成分输送到下一级，电容器应串联在前、后级电路中，要把高频成分和低频成分中的低频成分输送到下一级，电容器应并联在后级电路中．
7．见解析
解析 当含有多种成分的电流输入到C1两端，由于C1的“通交流、隔直流”的功能，电流中的交流成分被衰减，而线圈L有“通直流、阻交流”的功能，电流中的直流成分顺利通过L，一小部分交流成分通过L，到达C2两端时，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样在输出端便得到较稳定的直流电，这个直流电供电可使视机内芯正常工作．
8．B [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”，A正确；C是一个电容很小的电容器，在题图所示电路中，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”，C正确；因电路中无直流电，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，D正确．]
点评 要正确理解电阻、电感、电容对交流和直流的阻碍作用
(1)电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交变电流频率变化时，阻碍作用不变．
(2)电感通直流阻交流，通低频阻高频．
(3)电容器通交流隔直流，通高频阻低频．3.1 认识传感器 学案（粤教版选修3-2）
1．国家标准(GB7665－87)给出的传感器定义是：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由____________、____________和____________组成．
2．传感器是一种________装置，能感受到被测量的________，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为________或其他所需形式的信息输出，以满足信息的________、处理、________、显示、记录和________等要求．
3．传感器可按下列三种不同的方法进行分类：(1)按__________分类；(2)按____________分类；(3)按________________分类．
4．为解决楼道的照明问题，在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路相接．当楼道内有走动且发出声响时，电灯即被电源接通而发光，这种传感器为________传感器，它输入的是________信号，经传感器转换后，输出的是________信号．
5． (双选)下述仪器或装置用到传感器的有( )
A．自动报警器 B．天平
C．电视遥控器 D．秒表
6．(双选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图1所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么以下说法正确的是( )
图1
A．若F向上压膜片电极时，电容将减小
B．若电流计有示数，则压力F发生变化
C．若电流计有向右的电流通过，则压力F在增大
D．电流计有向右的电流通过，则压力F在减小
7．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( )
A．光传感器 B．温度传感器
C．声传感器 D．压力传感器
【概念规律练】
知识点一 电容式话筒的工作原理
1．(双选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图2所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电流充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．当膜片向右运动的过程中，有( )
图2
A．电容变大 B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流 D．导线AB中有向右的电流
2．(双选)如图3所示，电容式话筒右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿声源水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b分别通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移为x＝Asin 2 000πt的振动，则有( )
图3
A．a振动过程中a、b板之间的电场强度不变
B．导线中的电流的频率为2 000 Hz
C．导线中的电流的频率为1 000 Hz
D．a向右位移最大时，a、b板形成的电容最大
知识点二 霍尔元件
3．如图4所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？
图4
4．图5是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法不正确的是(工作面是指较大的平面)( )
图5
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
【方法技巧练】
传感器电路的分析技巧
5．动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图6甲所示是话筒原理图，图乙所示是录音机的录音、放音原理图，由图可知
图6
①话筒工作时磁铁不动，线圈移动而产生感应电流
②录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流
③录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
④录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
其中正确的是( )
A．②③④ B．①②③
C．①②④ D．①③④
6．如图7所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：
图7
(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；
(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．
参考答案
课前预习练
1．敏感元件 转换元件 转换电路
2．检测 信息 电信号 传输 存储 控制
3．被测量 工作原理 能量传递方式
4．声电 声 电
5．AC 6.BC
7．D [当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感器．]
课堂探究练
1．AC [由电容器的电容公式C＝可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导线AB中有向左的电流．]
2．CD [a振动过程中，a、b间距变化，由平行板电容器公式可知电容C变化，且a向右位移最大时，a、b板电容最大，则A错，D对；振动过程中，电容器不断地充放电，导线中电流频率与a的振动频率一致，C正确，B错．]
点评 电容式话筒的薄金属膜和固定电极形成一个电容器，被充电后，声波使膜振动，电容变化，形成变化的电流．
3．下表面电势高
解析 因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U.当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，有e＝evB，又因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd，故U＝.
点评 当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作用下，分别向导体上、下表面聚集，在导体中形成电场，其中上表面带负电，电势低，随着正、负电荷不断向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷(Q)所受电场力与洛伦兹力平衡时，即QE＝QvB时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压．
4．C [根据公式UH＝k可以看出，当磁极靠近霍尔元件的工作面时，B增大，UH将变大，选项A正确；在地球两极附近，可以认为地磁场与水平面垂直，霍尔元件的工作面保持水平，选项B正确；而在赤道上，地磁场与水平面平行．若霍尔元件的工作面保持水平，则无电压产生，选项C不正确；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，相当于改变了霍尔系数k，UH将发生变化，选项D正确；故选C.]
点评 霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，电压与磁感应强度的关系式为UH＝k.
5．C [话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流，①正确；录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，④正确；磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，②正确．]
6．(1) (2) (3)m＝U
解析 托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比．
(1)由力的平衡知识知m0g＝kx1，解得x1＝
(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2
解得x2＝
(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，
由部分电路欧姆定律知U＝IR串，
由＝，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝
联立解得m＝U
方法总结 分析传感器问题要注意四点
(1)感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．
(2)输出信号分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．
(3)电路结构分析
认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．
(4)执行机构工作分析
传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．2.3 表征交变电流的物理量 学案（粤教版选修3-2）
1．交变电流完成一次周期性变化的__________称为交变电流的周期．交变电流在1 s内完成周期性变化的________叫做它的频率，周期和频率互为________即____________或____________．
2．让交变电流与恒定电流分别通过________阻值的电阻，如果它们在____________内产生的________相等，这个恒定电流I、电压U的数值就叫做相应交变电流的电流、电压的有效值．
3．正弦式交变电流的峰值和有效值的关系为________________，________________.
4．(双选)某交变电流的方向在1 s内改变100次，则其周期T和频率f分别为( )
A．T＝0.01 s B．T＝0.02 s
C．f＝100 Hz D．f＝50 Hz
5．(双选)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生交变电流的电动势的图象如图1所示，则( )
图1
A．交变电流的频率是4π Hz
B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直
C．当t＝π s时，e有最大值
D．交流电的周期是2π s
6．如图2是一个正弦式交变电流的图象，下列说法正确的是( )
图2
A．周期是0.2 s，电流的峰值是10 A
B．周期是0.15 s，电流的峰值是10 A
C．频率是5 Hz，电流的有效值是10 A
D．频率是0.2 Hz，电流的有效值是7.07 A
【概念规律练】
知识点一 交变电流的周期和频率
1．某交变电压随时间的变化规律如图3所示，则此交变电流的频率为________ Hz.线圈转动的角速度是________ rad/s.若将此电压加在10 μF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于________ V.
图3
2．我国照明电压的瞬时值表达式为e＝220·sin 100πt V，它的周期是________，频率是________，在1 s内电流的方向改变________次，电压最大值为________．
知识点二 交变电流的峰值和有效值
3．关于交变电流的感应电动势的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是( )
A．任何形式的交变电流都具有U＝Um/的关系
B．只有正(余)弦式交变电流才具有U＝的关系
C．照明电压220 V、动力电压380 V指的都是最大值
D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值
4．电阻R1、R2与交流电源按照图4(a)方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图(b)所示．则( )
图4
A．通过R1的电流有效值是1.2 A
B．R1两端的电压有效值是6 V
C．通过R2的电流最大值是1.2 A
D．R2两端的电压最大值是6 V
【方法技巧练】
一、有效值的计算方法
5．如图5所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？
图5
6．某一交流电的电压波形如图6所示，求这一交流电的电压有效值U.
图6
二、瞬时值、最大值、有效值与平均值的应用技巧
7．如图7所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：
图7
(1)通过电阻R的电荷量q；
(2)电阻R上产生的焦耳热Q.
8．在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T．求：
(1)外力驱动线圈转动的功率．
(2)转至线圈平面与中性面的夹角为30°时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小．
(3)线圈由中性面转至与中性面成30°夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量．
参考答案
课前预习练
1．时间 次数 倒数 T＝ f＝
2．相同 相同时间 热量
3．I＝ U＝
4．BD [由于正弦式交变电流每周期内方向改变两次，所以其频率为50 Hz，由T＝得T＝0.02 s．]
5．BD
6．A [由图象可知T＝0.2 s，Im＝10 A，故频率f＝＝5 Hz， I＝＝5 A＝7.07 A．A正确，B、C、D错误．]
课堂探究练
1．50 100π 200
解析 由图象可知此正弦交变电压的峰值Um＝200 V，周期T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz；ω＝＝ rad/s＝100π rad/s.将该电压加在电容器上，电容器的耐压值不应小于200 V.
点评 交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫周期；交变电流在1 s内完成周期性变化的次数叫频率．周期(T)和频率(f)的关系为：T＝.
2．0.02 s 50 Hz 100 220 V
解析 由电压的瞬时值表达式e＝220sin 100πt V可得Um＝220 V，ω＝100π rad/s，所以周期T＝＝0.02 s；由公式f＝得f＝50 Hz；一个周期内电流的方向改变两次，所以1 s内电流方向改变100 次．
点评 交变电流在一个周期内，电流的方向改变两次．
3．B [电压、电流的有效值和峰值之间的倍关系是仅限于正(余)弦交变电流而言的，所以A是错误的，B是正确的；在交变电流的讲述中没有特别说明情况下的电流和电压均指有效值，C错误；交流电压表、交流电流表测的都是有效值，D错误．]
点评 交变电流的峰值Im或Um是它能达到的最大数值．正(余)弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系为：I＝，U＝.
4．B [R1与R2串联，所以R1与R2中的电流变化情况相同．从图象可以看出，交变电流中电流最大值为0.6 A，电流有效值为：I＝＝0.6 A，R1两端的电压有效值为U1＝IR1＝6 V，R2两端电压最大值为Um＝ImR2＝0.6×20 V＝12 V，综上所述，正确选项为B.]
点评 在纯电阻电路中，若电源为交流电源，欧姆定律仍然适用，公式I＝中I、U同时对应有效值(或最大值)．
5.I0
解析 交变电流一个周期T内通过电阻R产生的热量为2R·T/2＋IR·T/2，直流电I通过R一个周期T产生的热量为I2RT，由有效值的定义知()2R·T/2＋IR·T/2＝I2RT
解得I＝I0
方法总结 只有正弦(或余弦)式交流电的有效值才是最大值的，对于其他形式的交变电流要紧扣有效值的定义列方程计算有效值，时间一般取一个周期．
6．2 V
解析 假设让一直流电压U和题图所示的交流电压分别通过同一电阻，交流电在一个周期内产生的热量为Q1＝2＝·＋·.直流电在一个周期内产生的热量Q2＝·T.由交流电有效值的定义，得Q1＝Q2，即·＋·＝·T.解得U＝2 V.
方法总结 有效值是根据电流的热效应定义的(计算时要取一个完整周期的时间)，而不是简单的对电压求平均(错解U＝ V＝6 V)．
7．(1) (2)
解析 (1)在此过程中，穿过线圈的磁通量变化ΔΦ＝BS，经历时间Δt＝＝
产生的平均电动势为＝n＝nBωS
平均电流为＝＝
通过R的电荷量q＝·Δt＝
(2)该过程中电阻R上产生的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的，Q＝I2RT＝()2R＝
方法总结 有效值是根据电流的热效应规定的，而交变电流的平均值是交变电流中各物理量(e，i，u)对时间的平均值，如平均电动势＝n，平均值的大小与Δt的取值有关．在计算交变电流通过导体产生热量、热功率时，只能用交变电流的有效值，而在计算通过导体的电荷量时，只能用交变电流的平均值．
8．(1)1.97×104 W (2)314 V 31.4 A (3)0.027 C
解析 (1)线圈中感应电动势的最大值
Em＝nBSω＝nBS·2πf＝100×0.5×(0.2)2×2×3.14×50 V＝628 V
感应电动势的有效值为U＝＝314 V.
外界驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等，P外＝＝ W＝1.97×104 W.
(2)线圈转到与中性面成30°角时，感应电动势的瞬时值e＝Emsin 30° V＝314 V，交变电流的瞬时值i＝＝ A＝31.4 A.
(3)在线圈从中性面转过30°角的过程中，线圈中的平均感应电动势＝n，
平均感应电流＝＝n，通过线圈横截面的电荷量为q，则q＝Δt＝n＝n＝＝ C≈0.027 C
方法总结 正弦式交流电的电动势的最大值Em＝nBSω.有效值U＝，用在计算有关电流热效应的问题中．瞬时值是指在某一时刻或某一位置线圈中的感应电动势，可直接用公式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt(由线圈的计时起点决定是正弦形式还是余弦形式)计算；平均值＝n用在计算通过导体横截面的电荷量的问题中．
