第十三章 交變電流　電磁波　傳感器-2026版大一輪高中物理（原卷版）

第十三章交變電流電磁波傳感器卷別/年份新課標(biāo)浙江湖北河北海南全國(guó)甲湖南山東重慶廣東北京202420242024202420222024202420242023202320222023202220242022交變電流的產(chǎn)生和描述T20T13T5T4T3T9T1變壓器T7T9T19T4T12T3T4電能的輸送T6T7傳感器T13實(shí)驗(yàn):利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置T13T12T12T11T12試題情境生活實(shí)踐類發(fā)電機(jī)、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電、無線充電、家用和工業(yè)電路、家用電器、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、X射線管、電子秤、煙霧報(bào)警器學(xué)習(xí)探索類探究變壓器的原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系、另類發(fā)電機(jī)和家用發(fā)電機(jī)、探究負(fù)載增加對(duì)供電系統(tǒng)的影響、電磁振蕩、雷達(dá)測(cè)速、利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置考向預(yù)測(cè)高考對(duì)本章知識(shí)的考查重點(diǎn)是交變電流的產(chǎn)生和描述、變壓器、電能的輸送和傳感器的應(yīng)用,有時(shí)把光敏電阻、熱敏電阻與電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合在一起考查。題型以選擇題居多,試題的難度一般不大第1講交變電流的產(chǎn)生和描述■目標(biāo)要求1.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生過程,能正確書寫交變電流的函數(shù)表達(dá)式。2.理解并掌握交變電流圖像的意義。3.理解描述交變電流的幾個(gè)物理量,會(huì)計(jì)算交變電流的有效值。4.理解交變電流“四值”,并會(huì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。考點(diǎn)1正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律必|備|知|識(shí)1.產(chǎn)生。線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。2.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)。(1)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí),S⊥B,Φ最大,ΔΦΔt=,e=,i=,電流方向?qū)l(fā)生改變。(2)線圈平面與中性面垂直時(shí),S∥B,Φ=0,ΔΦΔt,e,i,電流方向不改變。3.一個(gè)周期內(nèi)線圈中電流的方向改變次。

4.描述交變電流的物理量。(1)最大值。Em=NBSω,與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),與線圈形狀(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。

(2)周期和頻率。①周期(T):交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間,單位是秒(s),公式T=2πω②頻率(f):交變電流在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),單位是赫茲(Hz)。③周期和頻率的關(guān)系:T=或f=。

5.交變電流的變化規(guī)律(線圈從中性面開始計(jì)時(shí))。函數(shù)表達(dá)式圖像磁通量Φ=Φmcosωt=BScosωt電動(dòng)勢(shì)e=Emsinωt=NBSωsinωt(1)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),一定會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流()(2)線圈在繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng),通過中性面時(shí),感應(yīng)電流大小為零,方向發(fā)生改變()(3)當(dāng)線圈從垂直中性面開始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsinωt()關(guān)|鍵|能|力交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫。(1)確定正弦交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=NBSω求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置,找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如:①線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí),則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為i=Imsinωt。②線圈在垂直于中性面的位置開始計(jì)時(shí),則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為i=Imcosωt?？枷?線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流【典例1】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示。則下列說法不正確的是()甲乙A.t=0.01s時(shí)穿過線框的磁通量最大B.該線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為πrad/sC.該交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=222sin(100πt)VD.線框平面與中性面的夾角為45°時(shí),電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為22V考向2正弦式交變電流的“另類”產(chǎn)生方式【典例2】(2023·遼寧卷)如圖,空間中存在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一導(dǎo)體棒繞固定的豎直軸OP在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),且始終平行于OP。導(dǎo)體棒兩端的電勢(shì)差u隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的是()甲俯視圖乙ABCD考點(diǎn)2交變電流的四值及應(yīng)用必|備|知|識(shí)物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e=Emsinωt,i=Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻所受安培力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em=NBSω,Im=E討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值E=Em2,U=Um2適用于正(余)弦式交變電流(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)。(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的值(如額定電壓、額定電流等)。(3)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱、保險(xiǎn)絲的熔斷電流等)。(4)沒有特別加以說明的指有效值平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值E=nΔΦΔt,I=計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量(1)交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值()(2)交變電流的峰值等于有效值的2倍()(3)求通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q=It,其中的I指的是有效值()關(guān)|鍵|能|力有效值的計(jì)算。(1)計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng),抓住“三同”:“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”,先分段計(jì)算熱量,求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量,然后根據(jù)Q總=I2RT或Q總=U2R(2)若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流,其中的14周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和12周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系I=Im2、考向1交變電流有效值的計(jì)算【典例3】(2024·河北卷)R1、R2為兩個(gè)完全相同的定值電阻,R1兩端的電壓隨時(shí)間周期性變化的規(guī)律如圖甲所示(三角形脈沖交流電壓的峰值是有效值的3倍),R2兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化如圖乙所示,則兩電阻在一個(gè)周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2為()甲乙A.2∶3 B.4∶3 C.2∶3 D.5∶4考向2交變電流四值的理解和應(yīng)用【典例4】如圖所示,矩形線圈面積為S,匝數(shù)為N,線圈電阻為r,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO'軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),外電路電阻為R,當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60°的過程中,下列判斷正確的是()A.電壓表的讀數(shù)為NBSωB.通過電阻R的電荷量為q=NBSC.通過電阻R的電流在減小D.當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60°時(shí)電流表的示數(shù)為3【典例5】(多選)小型交流發(fā)電機(jī)中,矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系,如圖所示。不計(jì)線圈的電阻。下列說法正確的是()A.產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e=202sin(8πt)VB.若與一個(gè)R=10Ω的電阻構(gòu)成閉合回路,交變電流的有效值為2AC.若將此電動(dòng)勢(shì)加在電容為C=1μF的電容器上,則該電容器的耐壓值應(yīng)不小于102VD.若該交流發(fā)電機(jī)的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度增大到原來的2倍,則產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢(shì)的最大值為40V把握高考微點(diǎn),實(shí)現(xiàn)素能提升完成P432微練43第2講變壓器電能的輸送實(shí)驗(yàn)15:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系■目標(biāo)要求1.掌握探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系的原理和操作,了解實(shí)驗(yàn)誤差。2.掌握變壓器的規(guī)律,會(huì)分析變壓器的動(dòng)態(tài)變化問題。3.理解遠(yuǎn)距離輸電的原理,會(huì)計(jì)算輸電線的損失電壓、功率和輸送功率等?？键c(diǎn)1實(shí)驗(yàn):探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系必|備|知|識(shí)1.實(shí)驗(yàn)原理。(1)原理電路,如圖所示。(2)實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法。①n1、U1一定,研究n2、U2的關(guān)系。②n2、U1一定,研究n1、U2的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生電源(低壓交流電源,小于12V)、可拆變壓器、多用電表,導(dǎo)線若干。3.實(shí)驗(yàn)過程。(1)保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數(shù)n2,研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響。(2)保持副線圈的匝數(shù)n2和電壓U1不變,改變?cè)€圈的匝數(shù)n1,研究n1對(duì)副線圈電壓U2的影響。4.數(shù)據(jù)處理。由數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2之比的關(guān)系。5.注意事項(xiàng)。(1)為了人身安全,只能使用低壓交流電源,通電時(shí)不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。(2)為了保證多用電表的安全,使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí),先用最大量程擋試測(cè),大致確定被測(cè)電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量。關(guān)|鍵|能|力【典例1】(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測(cè)量了A、B線圈的電阻值,指針分別對(duì)應(yīng)圖乙中的a、b位置,則A線圈的電阻為Ω,由此可推斷(填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多。

甲乙(2)如果把它看作理想變壓器,現(xiàn)要測(cè)量A線圈的匝數(shù),提供的器材有:一根足夠長(zhǎng)的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源,請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)步驟的填空:①用絕緣導(dǎo)線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈;②將(填“A”或“B”)線圈與低壓交流電源相連接;

③用多用電表的擋分別測(cè)量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U;

④A線圈的匝數(shù)為。

考點(diǎn)2理想變壓器的原理及應(yīng)用必|備|知|識(shí)1.構(gòu)造和原理。(1)構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由和繞在鐵芯上的組成的。

(2)原理:電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象。2.基本關(guān)系式。(1)功率關(guān)系:。

(2)電壓關(guān)系:。

有多個(gè)副線圈時(shí)U1n1(3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí)I1I2由P入=P出及P=UI推出有多個(gè)副線圈時(shí),U1I1=。3.兩種特殊的變壓器。(1)自耦變壓器:自耦變壓器又稱調(diào)壓器,它只有一個(gè)線圈,其中的一部分作為另一個(gè)線圈,當(dāng)交流電源接不同的端點(diǎn)時(shí),它可以升壓也可以降壓,變壓器的基本關(guān)系對(duì)自耦變壓器均適用,如圖所示。(2)互感器:分為電壓互感器和電流互感器,兩者比較如下。類別電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在交流電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯優(yōu)樾‰娏骼玫墓経1UI1n1=I2n2(1)變壓器只對(duì)交變電流起作用,對(duì)恒定電流不起作用()(2)變壓器不僅能改變交變電流的電壓,還能改變交變電流的頻率()(3)在任何情況下,理想變壓器均滿足U1U2=n1n2、I1I2關(guān)|鍵|能|力1.理想變壓器的制約關(guān)系。電壓原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線圈電壓U2,U2=n2n功率副線圈的輸出功率P出決定原線圈的輸入功率P入,P入=P出電流副線圈電流I2和匝數(shù)比決定原線圈電流I1,I1=n2n2.含有多個(gè)副線圈的變壓器。計(jì)算具有兩個(gè)或兩個(gè)以上副線圈的變壓器問題時(shí),需注意三個(gè)關(guān)系:電壓關(guān)系:U1n1=U2n功率關(guān)系:P1=P2+P3+P4+…+Pn,電流關(guān)系:n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+…+nnIn?？枷?變壓器基本物理量的關(guān)系【典例2】(多選)(2024·海南卷)電動(dòng)汽車充電站變壓器輸入電壓為10kV,輸出電壓為220V,每個(gè)充電樁輸入電流16A,設(shè)原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,輸入正弦交流的頻率為50Hz,下列說法正確的是()A.交流電的周期為0.02sB.原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=11∶500C.輸出的最大電壓為220VD.若10臺(tái)充電樁同時(shí)使用,輸入功率為35.2kW考向2原線圈接入用電器的變壓器問題【典例3】在如圖所示的電路中,理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為2∶1,四個(gè)完全相同的燈泡額定電壓為U,若已知燈泡L3和L4恰能正常工作,那么()A.L1和L2不能正常工作B.輸入端電壓U0=4UC.若減小輸入端電壓U0,則L1和L2變得更亮D.因原線圈連接有燈泡,所以原線圈輸入功率不等于副線圈輸出功率考向3副線圈有多組的理想變壓器【典例4】如圖所示為帶有照明系統(tǒng)的電動(dòng)裝置電路,理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1=220匝,副線圈匝數(shù)n2=50匝、n3=28匝,原線圈兩端接入電壓有效值為220V的交變電源,兩副線圈分別連接電動(dòng)機(jī)M和燈泡L,電動(dòng)機(jī)M線圈的電阻為5Ω,燈泡L的電阻為28Ω。開關(guān)S閉合時(shí),電動(dòng)機(jī)M和燈泡L都正常工作,理想電流表的示數(shù)為0.4A。下列說法正確的是()A.開關(guān)S閉合時(shí),電動(dòng)機(jī)M中的電流為10AB.開關(guān)S閉合時(shí),電動(dòng)機(jī)M中的電流為1.76AC.開關(guān)S斷開后,電動(dòng)機(jī)M的總功率為60WD.開關(guān)S斷開前后,電流表的示數(shù)不變考點(diǎn)3理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析關(guān)|鍵|能|力考向1匝數(shù)比不變的情形匝數(shù)比不變的情況(如圖)。(1)U1不變,根據(jù)U1U2=n1n2,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負(fù)載電阻(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化。(3)I2變化引起P2變化,P1=P2,故P1發(fā)生變化?！镜淅?】有一理想變壓器如圖甲所示,原、副線圈匝數(shù)比為11∶4,原線圈接入如圖乙所示的交流電壓,回路中的燈泡L的額定電壓為18V,燈泡正常工作時(shí)的電阻RL=12Ω,定值電阻R1=11Ω,R2=8Ω,滑動(dòng)變阻器最大阻值50Ω,為保證燈泡不被燒壞,則滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為()甲乙A.不超過28Ω B.不小于28ΩC.不超過24Ω D.不小于24Ω考向2負(fù)載電阻不變的情形負(fù)載電阻不變的情況(如圖)。(1)U1不變,n1n2發(fā)生變化,故(2)R不變,U2改變,故I2發(fā)生變化。(3)根據(jù)P2=U22R,P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1=P2,故P1變化,P1=U1I1,U1不變,故【典例6】(多選)(2024·全國(guó)甲卷)如圖,理想變壓器的副線圈接入電路的匝數(shù)可通過滑動(dòng)觸頭T調(diào)節(jié),副線圈回路接有滑動(dòng)變阻器R、定值電阻R0和R1、開關(guān)S。S處于閉合狀態(tài),在原線圈電壓U0不變的情況下,為提高R1的熱功率,可以()A.保持T不動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)B.將T向b端移動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片位置不變C.將T向a端移動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)D.將T向b端移動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片向e端滑動(dòng)考點(diǎn)4遠(yuǎn)距離輸電必|備|知|識(shí)如圖所示,若發(fā)電站輸出電功率為P,輸電電壓為U,用戶得到的電功率為P',用戶的電壓為U',輸電電流為I,輸電線總電阻為R。(1)輸電電流:I=PU=U-U'(2)電壓損失:①ΔU=U-U';②ΔU=IR。(3)功率損失:①ΔP=P-P'=ΔU·I;②ΔP=I2R=PU2(4)降低輸電損耗的兩個(gè)途徑。①減小輸電導(dǎo)線的電阻R。由R=ρlS知,②減小輸電導(dǎo)線中的電流。在輸電功率一定的情況下,根據(jù)P=UI,要減小電流,必須提高輸電電壓。(1)增大輸電線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失()(2)高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的熱損耗()關(guān)|鍵|能|力1.理清三個(gè)回路。遠(yuǎn)距離輸電電網(wǎng)間的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。輸電過程的電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路,即電源回路、輸送回路和用戶回路。在每個(gè)回路中,變壓器的原線圈是回路的用電器,而相應(yīng)的副線圈是下一個(gè)回路的電源,每個(gè)回路均可應(yīng)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律,而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系則是聯(lián)系不同回路的橋梁。2.抓住物理量間的聯(lián)系。(1)理想的升壓變壓器聯(lián)系了電源回路和輸送回路,由理想變壓器原理可得:線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是U1U2=n1n2,P1=P2,I1n1(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系了輸送回路和用戶回路,由理想變壓器原理可得:線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是U3U4=n3n4,P3=P4,I3n33.用好能量守恒定律。發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并通過導(dǎo)線將能量輸送給線圈1,線圈1上的能量就是遠(yuǎn)程輸電的總能量,在輸送過程中,先被輸送回路上的導(dǎo)線電阻損耗一小部分,剩余的絕大部分通過降壓變壓器和用戶回路被用戶使用消耗,所以其能量關(guān)系為P1=P線損+P用戶?！镜淅?】(2024·湖南卷)根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì),截止到2023年9月,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)4億千瓦,連續(xù)13年居世界第一位,湖南在國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。某實(shí)驗(yàn)小組模擬風(fēng)力發(fā)電廠輸電網(wǎng)絡(luò)供電的裝置如圖所示。已知發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),升、降壓變壓器均為理想變壓器,輸電線路上的總電阻可簡(jiǎn)化為一個(gè)定值電阻R0。當(dāng)用戶端接一個(gè)定值電阻R時(shí),R0上消耗的功率為P。不計(jì)其余電阻,下列說法正確的是()A.風(fēng)速增加,若轉(zhuǎn)子角速度增加一倍,則R0上消耗的功率為4PB.輸電線路距離增加,若R0阻值增加一倍,則R0消耗的功率為4PC.若升壓變壓器的副線圈匝數(shù)增加一倍,則R0上消耗的功率為8PD.若在用戶端再并聯(lián)一個(gè)完全相同的電阻R,則R0上消耗的功率為6P把握高考微點(diǎn),實(shí)現(xiàn)素能提升完成P434微練44第3講電磁振蕩電磁波■目標(biāo)要求1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程及電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化情況。2.掌握電磁振蕩的周期公式和頻率公式。3.理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程。考點(diǎn)1電磁振蕩必|備|知|識(shí)1.振蕩電流和振蕩電路。電路中產(chǎn)生的大小和方向都做迅速變化的電流叫振蕩電流,產(chǎn)生振蕩電流的電路叫,最簡(jiǎn)單的振蕩電路由電感線圈L和電容器C組成,稱為振蕩電路。

2.電磁振蕩。在LC振蕩電路中,電容器不斷地充電、放電,就會(huì)使電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生周期性的變化,這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。3.電磁振蕩中的能量變化。(1)放電過程中電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈中的能。

(2)充電過程中線圈中的磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的能。

(3)在電磁振蕩過程中,電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生的轉(zhuǎn)化。

4.電磁振蕩的周期和頻率(1)周期T=。

(2)頻率f=。

(1)LC振蕩電路中,電容器放電完畢時(shí),回路中電流最小()(2)LC振蕩電路中,回路中的電流最大時(shí)回路中的磁場(chǎng)能最大()關(guān)|鍵|能|力考向1周期公式的應(yīng)用【典例1】如圖甲所示,在振蕩電路實(shí)驗(yàn)中,多次改變電容器的電容并測(cè)得相應(yīng)的振蕩電流的周期,如圖乙所示,以C為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo),將測(cè)得的數(shù)據(jù)標(biāo)示在坐標(biāo)紙上并用直線擬合數(shù)據(jù),則線圈的自感系數(shù)為(π2取10)()甲乙A.3.75×10-1H B.3.75×10-2HC.3.75×10-6H D.3.75×10-9H考向2振蕩過程中各物理量的變化及圖像【典例2】某個(gè)智能玩具的聲響開關(guān)與LC電路中的電流有關(guān),如圖所示為玩具內(nèi)的LC振蕩電路部分。已知線圈自感系數(shù)L=2.5×10-3H,電容器電容C=4μF,在電容器開始放電時(shí)(取t=0),上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,則()A.LC振蕩電路的周期T=π×10-4sB.當(dāng)t=π×10-4s時(shí),電容器上極板帶正電C.當(dāng)t=π3×10-4s時(shí),D.當(dāng)t=2π3×10-4s時(shí),【典例3】如圖所示,i-t圖像表示LC振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的圖像,在t=0時(shí)刻,回路中電容器的M板帶正電,在某段時(shí)間里,回路的磁場(chǎng)能在增大,而M板仍帶正電,則這段時(shí)間對(duì)應(yīng)圖像中()A.bc段 B.cd段C.Oa段 D.ab段考點(diǎn)2電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用必|備|知|識(shí)1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論。2.電磁波。(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì),在真空中不同頻率的電磁波相同,都等于。

(3)波長(zhǎng)、波速和頻率間的關(guān)系:c=,真空中,電磁波的頻率越高,波長(zhǎng)越。

3.無線電波的發(fā)射。(1)發(fā)射條件:①足夠高的;②電路必須,使振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間。

(2)調(diào)制。①調(diào)制:在電磁波發(fā)射技術(shù)中,使載波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)。②調(diào)制方式:和。

4.無線電波的接收。(1)電諧振現(xiàn)象:當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。

(2)調(diào)諧:使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。(3)解調(diào):把聲音或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來的過程叫解調(diào),是的逆過程。調(diào)幅波的解調(diào)也叫。

5.電磁波譜。(1)電磁波譜。按電磁波的波長(zhǎng)大小或頻率高低的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。按波長(zhǎng)從大到小排列的電磁波譜為:無線電波、、可見光、、X射線和γ射線。其遞變規(guī)律為直線傳播能力,衍射能力減弱。

(2)各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理。無線電波振蕩電路中電子周期性的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生紅外線、可見光、紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生(1)電磁波只能在真空中傳播,在空氣中不能傳播()(2)電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),頻率不變,波長(zhǎng)和波速會(huì)改變()(3)振蕩電路的頻率越高,發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大()(4)紅外線和紫外線都有很好的熱作用()關(guān)|鍵|能|力電磁波與機(jī)械波的比較。名稱項(xiàng)目電磁波機(jī)械波研究對(duì)象電磁現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速,很大(c=3×108m/s)在空氣中不大(如聲波波速一般為340m/s)是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機(jī)械能考向1麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論【典例4】麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在,1886年,赫茲通過實(shí)驗(yàn)捕捉到了電磁波,證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。下列說法中符合科學(xué)實(shí)際的是()A.周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)B.均勻變化的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)C.電磁波在真空中傳播的速度大于在介質(zhì)中傳播的速度D.電磁波傳播過程中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)是獨(dú)立存在的,沒有關(guān)聯(lián)考向2無線電波的發(fā)射和接收【典例5】在電磁波發(fā)射技術(shù)中,使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫調(diào)制,調(diào)制分調(diào)幅和調(diào)頻兩種,如圖所示,甲是需要輸送的低頻信號(hào),乙和丙是調(diào)制后的電磁波,下列說法正確的是()甲乙丙A.圖甲低頻信號(hào)可直接發(fā)射,且發(fā)射效率高B.在電磁波的發(fā)射技術(shù)中,圖中乙是調(diào)頻波C.在電磁波的發(fā)射技術(shù)中,圖中丙是調(diào)幅波D.通過電諧振可以把需要的電磁波接收下來考向3電磁波的特性及應(yīng)用【典例6】隨著科技的進(jìn)步,越來越多的人使用藍(lán)牙耳機(jī),手機(jī)與基站及耳機(jī)的通信如圖所示。若基站與手機(jī)、手機(jī)與耳機(jī)之間通信的電磁波分別為甲波、乙波,下列說法正確的是()A.甲、乙波的頻率都比可見光的頻率大B.真空中甲波的傳播速度比乙波慢C.真空中甲波比乙波更容易繞過障礙物D.甲波與乙波有可能發(fā)生干涉把握高考微點(diǎn),實(shí)現(xiàn)素能提升完成P436微練45

第4講傳感器實(shí)驗(yàn)16:利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置■目標(biāo)要求1.掌握制作傳感器的常用元件:熱敏電阻、光敏電阻、金屬熱電阻、電阻應(yīng)變片、霍爾元件的基本特性及工作原理。2.了解傳感器的工作原理及傳感器應(yīng)用的一般模式。3.能利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置。考點(diǎn)1常見的傳感器必|備|知|識(shí)1.傳感器。(1)傳感器指這樣一類器件或裝置:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號(hào)是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。(2)傳感器應(yīng)用的一般模式。(3)傳感器的組成。傳感器的基本部分一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)非電學(xué)量的部分;轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。它們分別完成檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。如果敏感元件直接輸出的是電學(xué)量,它就同時(shí)兼為轉(zhuǎn)換元件。2.常見敏感元件。(1)光敏電阻。①光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化,光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。②光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小。③光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成,當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí),會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子,同時(shí)也形成更多的空穴,于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。(2)熱敏電阻和金屬熱電阻。①熱敏電阻:用半導(dǎo)體材料制成,其電阻值隨溫度變化明顯。熱敏電阻的用途:利用溫度特性來測(cè)量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補(bǔ)償;利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開關(guān)、過流保護(hù)作用;利用不同媒質(zhì)中熱耗散特性的差異測(cè)量流量、流速、液面等。②金屬熱電阻:有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,這樣的電阻也可以制作溫度傳感器,稱為金屬熱電阻。相比而言,金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大,而熱敏電阻的靈敏度較好。(3)霍爾元件。霍爾元件就是利用霍爾效應(yīng)來設(shè)計(jì)的一個(gè)矩形半導(dǎo)體薄片,在其前、后、左、右分別引出一個(gè)電極,如圖所示,其霍爾電壓U=IBnqd,U與B成正比,(4)電容器。①原理:電容器的電容C決定于極板正對(duì)面積S、極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素,如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化,從而引起電容的變化,那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。②用途。甲乙丙丁例如:圖甲是用來測(cè)定角度θ的電容式傳感器,圖乙是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器,圖丙是測(cè)定壓力F的電容式傳感器,圖丁是測(cè)定位移x的電容式傳感器。(5)電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。應(yīng)變片測(cè)力的原理是橫梁上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片,橫梁受力發(fā)生彎曲,拉伸一側(cè)的電阻變大,壓縮一側(cè)的電阻變小,形變量越大,應(yīng)變片的電阻變化越大,上下表面應(yīng)變片的電壓差值越大。(1)傳感器是一類把力、光、聲、溫度等信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的元件或裝置()(2)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而增大()(3)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小()關(guān)|鍵|能|力【典例1】(多選)(2025·寶雞模擬)傳感器在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用,它的種類多種多樣,其性能也各不相同。下列有關(guān)傳感器的說法正確的是()A.非觸摸式自動(dòng)水龍頭(自動(dòng)感應(yīng)水龍頭)應(yīng)用的傳感器是壓力傳感器B.辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動(dòng)開或關(guān),是光傳感器的應(yīng)用C.空調(diào)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后,會(huì)自動(dòng)停止工作,是溫度傳感器的應(yīng)用D.電熨斗能自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器,能控制電路的通斷【典例2】(多選)(2025·唐山模擬)如圖是某傳感裝置內(nèi)部部分電路圖,RT為金屬熱電阻,其特性為隨著溫度的升高阻值增大;R2為光敏電阻,其特性為隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)阻值減小;R1為定值電阻,A為理想電流表,電源不計(jì)內(nèi)阻。若發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)增大,可能的原因是()A.金屬熱電阻溫度降低,其他條件不變B.金屬熱電阻溫度升高,其他條件不變C.光照減弱,其他條件不變D.光照增強(qiáng),其他條件不變【典例3】(2025·蘭州模擬)某同學(xué)將電容式位移傳感器的兩極板接入到電路中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,電路結(jié)構(gòu)如圖所示,電容式位移傳感器中的電介質(zhì)板與被測(cè)物體固連在一起,可以左右移動(dòng)。電介質(zhì)板插入極板間的深度記為x,電壓表和電流表均為理想電表,電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻均恒定,R為定值電阻。經(jīng)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn):(1)當(dāng)電壓表讀數(shù)不為零時(shí),電介質(zhì)板插入極板間的深度x(填“增大”“減小”或“無法確定增減”)。

(2)若x保持不變,則電壓表示數(shù)(填“一定”或“不一定”)為零。

(3)在x增大的過程中,電容器兩極板帶電量(填“增大”或“減小”),a點(diǎn)電勢(shì)始終(填“高于”或“低于”)b點(diǎn)電勢(shì)。

考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn):利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置實(shí)驗(yàn)1門窗防盜報(bào)警裝置1.電路工作原理。閉合電路開關(guān)S,系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時(shí),磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器K,使繼電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通,發(fā)光二極管LED發(fā)光,顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門窗開啟時(shí),磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用,繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)。2.實(shí)驗(yàn)操作。(1)連接電路前,要先判斷干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管,觀察簧片是否正常動(dòng)作。(2)確定各元件可以正常工作后,按照如圖所示連接電路。(3)接通電源后,將磁體靠近和離開干簧管,分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)2光控開關(guān)1.電路工作原理。當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí),光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導(dǎo)通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路,即發(fā)光二極管不工作;繼電器處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí),光敏電阻RG的阻值變大,三極管導(dǎo)通,且獲得足夠的基極電流,產(chǎn)生較大的集電極電流,點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。甲乙2.實(shí)驗(yàn)操作。(1)按照如圖所示連接電路,檢查無誤后接通電源。(2)讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射,調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。(3)遮擋RG,當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí),就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。(4)讓光照加強(qiáng),當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí),則發(fā)光二極LED管或小燈泡L熄滅。關(guān)|鍵|能|力【典例4】熱敏傳感器主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻,其阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示,圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器的線路圖。甲乙(1)為了使溫度過高時(shí)報(bào)警鈴響,c應(yīng)接在(填“a”或“b”)點(diǎn)。

(2)若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片P向(填“左”或“右”)移動(dòng)。

(3)如果在調(diào)試報(bào)警器達(dá)到最低報(bào)警溫度時(shí),無論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P都不能使報(bào)警器工作,且電路連接完好,各電路元件都能處于工作狀態(tài),則造成工作電路實(shí)際不能工作的原因可能是。

【典例5】(2024·河北卷)某種花卉喜光,但陽光太強(qiáng)時(shí)易受損傷。某興趣小組決定制作簡(jiǎn)易光強(qiáng)報(bào)警器,以便在光照過強(qiáng)時(shí)提醒花農(nóng)。該實(shí)驗(yàn)用到的主要器材如下:學(xué)生電源、多用電表、數(shù)字電壓表(0~20V)、數(shù)字電流表(0~20mA)、滑動(dòng)變阻器R(最大阻值50Ω,1.5A)、白熾燈、可調(diào)電阻R1(0~50kΩ)、發(fā)光二極管LED、光敏電阻RG、NPN型三極管VT、開關(guān)和若干導(dǎo)線等。(1)判斷發(fā)光二極管的極性使用多用電表的“×10k”歐姆擋測(cè)量二極管的電阻。如圖甲所示,當(dāng)黑表筆與接線端M接觸、紅表筆與接線端N接觸時(shí),多用電表指針位于表盤中a位置(見圖乙);對(duì)調(diào)紅、黑表筆后指針位于表盤中b位置(見圖乙),由此判斷M端為二極管的(填“正極”或“負(fù)極”)。

甲乙(2)研究光敏電阻在不同光照條件下的伏安特性。①采用圖丙中的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),部分實(shí)物連接已完成。要求閉合開關(guān)后電壓表和電流表的讀數(shù)從0開始。導(dǎo)線L1、L2和L3的另一端應(yīng)分別連接滑動(dòng)變阻器的、、接線柱(以上三空填接線柱標(biāo)號(hào)“A”“B”“C”或“D”)。

丙丁

②圖丁為不同光照強(qiáng)度下得到的光敏電阻伏安特性曲線,圖中曲線Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ對(duì)應(yīng)光敏電阻受到的光照由弱到強(qiáng)。由圖像可知,光敏電阻的阻值隨其表面受到光照的增強(qiáng)而(填“增大”或“減小”)。

戊(3)組裝光強(qiáng)報(bào)警器電路并測(cè)試其功能,圖戊為利用光敏電阻、發(fā)光二極管、三極管(當(dāng)b、e間電壓達(dá)到一定程度后,三極管被導(dǎo)通)等元件設(shè)計(jì)的電路。組裝好光強(qiáng)報(bào)警器后,在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)照射到光敏電阻表面的光強(qiáng)達(dá)到報(bào)警值時(shí),發(fā)光二極管并不發(fā)光,為使報(bào)警器正常工作,應(yīng)(填“增大”或“減小”)可調(diào)電阻R1的阻值,直至發(fā)光二極管發(fā)光。

命題特點(diǎn):本題將教材上的光控開關(guān)電路轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)報(bào)警器,將多用電表使用、電路連接、圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、傳感器簡(jiǎn)單應(yīng)用有機(jī)結(jié)合