2025年高一物理下學期復習卷四（交變電流、傳感器）一、交變電流的產(chǎn)生與描述（一）交變電流的產(chǎn)生將矩形線圈置于勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中會產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的交變電流。當線圈平面與磁感線垂直時，磁通量最大（Φ?=BS），感應電動勢為0，此位置稱為中性面；當線圈平面與磁感線平行時，磁通量為0，感應電動勢最大（E?=NBSω）。（二）正弦式交變電流的表達式電動勢瞬時值：e=E?sinωt或e=E?cosωt（取決于計時起點是否為中性面）電流瞬時值：i=I?sinωt（純電阻電路中，I?=E?/R）電壓瞬時值：u=U?sinωt（U?=I?R）（三）表征交變電流的物理量物理量定義公式（正弦式交變電流）最大值瞬時值中的最大值E?=NBSω，U?=E?R/(R+r)有效值與直流電等效的能量轉(zhuǎn)化效果E=E?/√2，U=U?/√2，I=I?/√2周期（T）完成一次周期性變化的時間T=2π/ω=1/f頻率（f）1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)f=1/T=ω/(2π)注意：交流電表的讀數(shù)、用電器銘牌標注的電壓/電流均為有效值；計算熱量、電功、電功率時需用有效值；電容器的耐壓值需用最大值。（四）例題解析例1：一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，周期為0.02s，線圈匝數(shù)N=100，面積S=0.01m2，磁場磁感應強度B=0.2T。求：（1）電動勢的最大值E?；（2）從線圈經(jīng)過中性面開始計時，電動勢瞬時值表達式；（3）電動勢的有效值E。解析：（1）ω=2π/T=100πrad/s，E?=NBSω=100×0.2×0.01×100π≈62.8V；（2）e=E?sinωt=62.8sin100πt(V)；（3）E=E?/√2≈44.4V。二、變壓器與遠距離輸電（一）理想變壓器的基本規(guī)律構(gòu)造：由原線圈、副線圈和鐵芯組成，理想化模型忽略鐵芯損耗、線圈電阻及漏磁。基本公式：電壓關(guān)系：U?/U?=n?/n?（原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比）電流關(guān)系：I?/I?=n?/n?（僅適用于只有一個副線圈的情況）功率關(guān)系：P?=P?（輸入功率等于輸出功率）（二）遠距離輸電為減少輸電線上的功率損耗（ΔP=I2R線），需采用高壓輸電。輸電過程中，電壓關(guān)系為U?/U?=n?/n?，U?/U?=n?/n?，且U?=U?+ΔU（ΔU=I線R線）；功率關(guān)系為P?=P?=P?+ΔP，其中P?=U?I線，ΔP=I線2R線。（三）例題解析例2：某小型發(fā)電站輸出功率為50kW，輸出電壓為250V，通過理想升壓變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線總電阻為8Ω，在用戶端用理想降壓變壓器降壓至220V。若輸電線上損失的功率為總功率的4%，求：（1）輸電線上的電流I線；（2）升壓變壓器的匝數(shù)比n?:n?；（3）降壓變壓器的匝數(shù)比n?:n?。解析：（1）ΔP=4%P?=2000W，由ΔP=I線2R線得I線=√(ΔP/R線)=√(2000/8)=15.8A；（2）升壓后輸電電壓U?=P?/I線=50000/15.8≈3162V，匝數(shù)比n?:n?=U?:U?=250:3162≈1:12.6；（3）降壓變壓器輸入電壓U?=U?-ΔU=U?-I線R線=3162-15.8×8≈3036V，匝數(shù)比n?:n?=U?:U?=3036:220≈13.8:1。三、傳感器的原理與應用（一）傳感器的定義與組成傳感器是將非電學量（如溫度、力、光、聲等）轉(zhuǎn)化為電學量的裝置，由敏感元件（感知非電學量）和轉(zhuǎn)換元件（將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量）組成。（二）常見傳感器及其應用熱敏電阻特性：負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，正溫度系數(shù)（PTC）則相反。應用：溫度報警器（如火災報警器中，溫度升高→NTC電阻減小→電路電流增大→觸發(fā)報警）。光敏電阻特性：光照強度增大時，阻值減小。應用：路燈自動控制電路（白天光照強→光敏電阻阻值小→電磁鐵吸合→路燈不亮；夜晚反之）?；魻栐恚簩⒕匦伟雽w薄片置于垂直于電流方向的磁場中，載流子在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，在薄片兩側(cè)產(chǎn)生電勢差（霍爾電壓U_H=kIB/d，k為霍爾系數(shù)，d為薄片厚度）。應用：磁強計、電流傳感器。壓力傳感器原理：應變片（電阻絲）的電阻隨形變而變化（拉伸時電阻增大，壓縮時減小）。應用：電子秤（壓力→應變片形變→電阻變化→電流/電壓變化→顯示質(zhì)量）。（三）例題解析例3：如圖所示為火災報警器電路，R?為NTC熱敏電阻，R?為定值電阻，電源電壓恒定。當溫度升高時，下列說法正確的是（）A.R?阻值增大，電流表示數(shù)減小B.R?阻值減小，電流表示數(shù)增大C.報警器兩端電壓U_ab增大D.報警器兩端電壓U_ab減小解析：溫度升高時，NTC熱敏電阻R?阻值減小，總電阻減小，總電流增大（電流表示數(shù)增大），B正確；R?兩端電壓U?=IR?增大，報警器兩端電壓U_ab=E-U?減小，D正確。答案：BD。四、易錯點分析混淆最大值與有效值：錯誤案例：用最大值計算電功（如“220V、50Hz”的交流電壓，誤認為最大值為220V）。糾正：220V為有效值，最大值U?=220√2≈311V。變壓器動態(tài)分析誤區(qū)：錯誤案例：認為“升壓變壓器的副線圈電壓增大，輸出電流一定增大”。糾正：輸出電流I?=P?/U?，若負載電阻R增大，P?=U?2/R減小，則I?可能減小。傳感器電路分析遺漏：錯誤案例：忽略電源內(nèi)阻對傳感器電路的影響。糾正：在閉合電路中，需結(jié)合全電路歐姆定律分析非電學量變化對電流、電壓的影響。五、綜合訓練題一正弦式交變電流的電壓隨時間變化規(guī)律為u=220√2sin100πt(V)，則其頻率為______Hz，有效值為______V，當t=0.01s時，電壓瞬時值為______V。理想變壓器原線圈接220V交流電源，副線圈接“220V40W”燈泡正常發(fā)光，若原線圈匝數(shù)為1100匝，則副線圈匝數(shù)為______匝，原線圈電流為______A。某力傳感器的電阻隨壓力增大而減小，將其接入如圖所示電路，當壓力增大時，電壓表讀數(shù)______（填“增大”“減小”或“不變”），電流表讀數(shù)______（填“增大”“減小”或“不變”）。參考答案：1.50；220；02.1100；0.183.減小；增大六、總結(jié)與拓展交變電流