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＞＞＞汽车在转向前，司机会拨动方向盘旁边的横杆，汽车同侧的前后两个..
汽车在转向前，司机会拨动方向盘旁边的横杆，汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭，司机所拨动的这根横杆就相当于电路中的______；当某一个灯坏了不亮时另一个还能发光，这两个转向灯在电路中的连接方式为______．
题型：填空题难度：中档来源：不详
汽车同侧的前后两个转向灯就会同时闪亮、同时熄灭，但转向灯可以单独工作，所以它们是并联的．司机拨动的这根横杆，转向灯才会工作，所以这根杆子起到了开关的作用．故答案为：开关；并联．
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据魔方格专家权威分析，试题“汽车在转向前，司机会拨动方向盘旁边的横杆，汽车同侧的前后两个..”主要考查你对&&电路的组成&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
现在没空？点击收藏，以后再看。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
电路的组成
电路：电路是把电源，开关，用电器用导线连接起来组成电流的路径。画好电路图的方法：(1)应完整地反映电路的组成，即有电源、用电器、开关和导线：(2)规范地使用电路元件符号，不能自选符号：(3)交叉相连的点要画粗黑圆点； (4)合理地安排电路元件符号的位置，尽可能让这些元件符号均匀地分布在电路中，使电路图清楚美观，并注意元件符号绝不能画在拐角处；(5)导线要横平竖直，转弯画成直角，电路图一般呈长方形；(6)最好从电源的正极开始，沿着电流的方向依次画电路元件，且知道在电路图中导线无长短之分的原则。如图所示的电路及它的电路图。
发现相似题
与“汽车在转向前，司机会拨动方向盘旁边的横杆，汽车同侧的前后两个..”考查相似的试题有：
196576399171404334404386401410408796&>&&>&高中物理选修3-2(教科)(1)
高中物理选修3-2(教科)(1) 投稿：赖躎躏
WU'L11选修3含 戎亏针 μ 队社第一章电磁感应1.电磁感应的发现………… ...............22. 感应电流产生的条件…….........…… 6 3. 法拉第电磁感应定律… ..................84. 楞次定律…
《感谢您,老师》 尊敬的老师,亲爱的同学们：在这特别的日子里,我很高兴能代表同学们倾诉心声。今年的9月10日是我国第26个教师节,站在鲜艳的五星红旗下,我们又迎来了这幸福、温馨而又激动的时刻。我代表全校的莘莘学子捧出我们最纯真、最真挚、最热烈的心。祝…
加强“思想道德修养与法律基础”课实践教学实效性的路径［摘要］文章指出了加强“思想道德修养与法律基础”课实践教学实效性需要以教材为基础，联系社会实际，结合学生的实际情况；明确了加强该课程实践教学实效性的目标与原则；最后，阐述了实施该课程实效性的四种路径…
3含 戎亏针 μ 队社
第一章电磁感应
1.电磁感应的发现………… ...............2
2. 感应电流产生的条件…….........…… 6 3. 法拉第电磁感应定律… ..................8
4. 楞次定律…·
5 电磁感应中的能量转化与守恒
6. 自感…….......
第三章 传 感器
... . .... ...... .......... .… ..22
7. 涡流(选学)…….......… ..............25
. .. ........ .......... . ...... ...... .... ............ ......……·刽
,... .. .... ............
. ...... ............................ ...... ......... . .
1.传感器………….........…........ ...... ...…… 60
2. 温度传感器和光传感器….........…… 63
3. 生活中的传感器.........… ...............68
4. 简单的光控和温控电路(选学)…… 72
本章小结...............................…… ..78
习题.........................................… '79
中 英文索引……… .........80
第二章交变电流
1.交变电流… .................................32
2. 描述交流电的物理量.................… .35
3. 示波器的使用………...............…… 39
4. 电容器在交流电路中的作用… .........42
5. 电感器在交流电路中的作用........… .45
6. 变压器… ....................................47
7. 电能的输送….. ..............….......… ..52
本章小结...............................……·恬 习题...........‘………....................… .57
φ 电磁感应的发现
@感应电流产生的条件
φ 法控第电磁感应定律
φ 楞次定律
@电磁感应申的能量转化与守恒
.自感 .涡流(选学)
在法拉第多产生涯中这一最重大的伟大发现不仅改变了人 类对自然世界的观点，而且还通过新技术推进了人类的文明.
随着时间的推移，电与磁相互渗透在称之为电磁学的学科中. 很快，由在强大的磁场中旋转巨大的线圈所制成的发电机在庞 大蒸汽机推动下，产生的电流给世界带来了光明、从而引起了
一场新的技术革命.
一一引自 《 力学以外的世界 》
有mt~ ~1f爹 ~-L
电磁感应的发现
1820 年，奥斯特从实验中发现了电流的磁效应，引起
了科学界广泛的关注 形成了对电磁现象研究的热潮.安
培( Andre Marie Ampere , 1775一 1836 )、毕奥( Jean-Baptiste
Biot , ) 、萨伐尔( Felix Savart , )
等人相继在电磁学研究上取得了卓越成果.不少物理学家
根据对称性的思考提出，既然电能产生磁，是否也存在逆 效应，即磁产生电呢?在这种思想推动下，安培等人曾做
过不少实验，但都没有取得什么结果.
法拉第 ( M.Faraday , 1791 一 1867 )
1821 年，法拉第正在进行化学研究，他的导师要求他
撰写一篇文章，综述电磁学研究进展的概况.在收集资料
的过程中，他发现这个领
域不仅成果丰硕，而且意义非凡， 这激发起法拉第对懈地反复实验 法拉第之所以能够发现电磁感 应定律与其坚持不懈、镇而不 舍地反复实验密切相关
应的发现，使人们制造出了结构简单的感应电动机，反过
来把电能转化成机械能.这样，电磁感应就为发电、输电
和用电等技术创新全面地提供了条件，使人类迈进了电
气化时代. 电磁感应还被广泛地应用于各种电路控制器件制造、
传感器电子技术和信息技术之中，为生产、生活和科研等
各个领域的电气化、自动化、信息化奠定了基础.
电磁感应的发现，是继牛顿发现天上、地上物体之间
运动互相联系之后的又一伟大发现.这一发现，对于人们 认识物质世界及其统一性，在科学思想和科学方法的发展
和创新等方面，有着深刻的意义.同时，电磁感应发现的
漫长曲折过程有着宝贵的哲学意义，它告诫、启发人们应 该以联系和变化的观点去认识物质世界.
法拉第在研究电磁感应等电磁现象中，从磁性存在的
空间分布逐渐凝聚出以前，人们进行电学实验时，可以依赖的电源只能是伏打电池，而伏打电池一对
电极间只能提供不足 1V 的电压，这就从根本上限制了电能的实际应用.
1820 年，奥斯特关于电流磁效应的实验，在英国物理学界引起强烈的反响.法拉第对这
一发现非常重视，并于 1822 年开始积极投入电磁现象的研究.通过对电流磁效应的仔细分
析，法拉第提出一个问题:既然电流能产生磁效应，那么，反过来磁能否产生电流?从此，
法拉第开始了的一生
是在自然力统一的思想指引下探索自然奥秘的一生. 法拉第在物理和化学领域取得的具有重大影响的成果有十多项.其中关于电流
计指针摆动的情况. 1.接通开关.
开关闭合后，电流稳定.
在开关闭合的情况下，分别以不同的速度推动滑动
变阻器的滑动片5. 改变螺线管 B 的臣数，重复以上实验.
6. 将螺线管 A 放在螺线管 B 的正上方，并使两者的轴
线互相垂直.重复以上实验.
将观察结果填入下表
开关接通瞬间
螺线管 B II.数少
开关断开瞬间 滑动片快速推动
滑动片缓慢推动
|c 产生感应电流的条件
铲讨论交流
1.上述实验中并没有导体在磁场中做切割磁感线
的运动，但在接通或断开电源的瞬间 ， B 线圈却出现感
应电流，这说明了什么?
当开关闭合后 ， A 线圈电流稳定时 ， B 线圈中也 同样的磁场变化，线圈的臣数多、就能产生明
存在磁场，但不出现感应电流，这说明了什么?
显的电流，而两个线圈相互垂直放置时不能产生感应电
流，这又说明了什么?
概括以上三种情况，可以看出:感应电流的产生，不
在于闭合回路所在处的磁场，而在于穿过闭合回路磁感线
条数的变化，即磁通量的变化. 当磁场稳定时，通过线圈 B 的磁通量不发生变化，那
么在此回路中就不会有感应电流.在图 1-2- l( a) 的实验中，
磁场是稳定的，但在导线切割磁感线运动时，通过回路αbcd
的磁通量发生变化(图 1-2-3 )，回路中就会产生感应电流.
看来磁通量的变化才是产生感应电流的关键. 大量实验证实，穿过闭合电路的磁通量发生变化时，
这个闭合电路中就有感应电流产生.
练习与评价
1.在图 1-2-4 所示的匀强磁场中有一个线国保持线圄平面垂直于磁感线，当线圈在磁 场中上下运动时 [ 图( a ) ] ，是否会在线圈中产生感应电流?当线圈在磁场中左右运动时 [ 图
( b ) ] ，是否会在线圈中引起感应电流?如果线圈绕水平轴转动[图 (c 汀，是否会在线圈中产
生感应电流?为什么?
xx xxxx × × × × xx xx x xxx xxx
( a) (b) (c)
图 1-2-4 线圈在匀强磁场中的几种运动
线圈在匀强磁场中通过
2 . 如图 1-2-5 所示，让闭合线圈由位直 l 匀速通过一个匀强磁
场运动到位直 2. 线圈在运动过程中，什么时候有感应电流，什么 时候没有感应电流 ? 为什么? 3 . 图 1-2-6 为生产中常用的一种延时继电器的示意图 . 铁芯上 2 至
有两个线圈 A 和 B .
线圈 A 跟电源连接，线圈 B 的两端接在一起，
构成一个闭合电路.在断开开关 S 的时候，弹簧 K 并不能立即将衔
铁 D 拉起，使触头 C 立即离开，而是过一小段时间后触头 C 才能离
开.延时继电器就是这样得名的.试说明这种继电器的原理.
法拉第电磁感应定律
l l1感应电动穷 二
我们知道，在闭合电路中要形成电流，必须有电源
电动势存在.在电磁感应现象中出现了感应电流，是否
也该有相应的电源电动势呢?
费宰白白白
吨王田Z 白ill!!!
穿过闭合电路的磁通量发生了变化，闭合电路中就会 产生感应电流，这说明电路中一定存在一种电动势.由电磁
感应产生的电动势叫感应电动势( induction electromotive
闭合电路中电流的大小由电源电动势和电路的电阻决
定.当闭合电路中的电阻一定时，感应电动势越大感应电流
在电磁感应现象里，不管 电路是否闭合，只要穿过电路
的磁通量发生变化，电路中就
也越大.所以感应电流的强弱，可以反映感应电动势的大小. 在上一节的实验中，我们用不同的速度移动滑动变阻 器的滑动片，让线圈 A 中的电流分别快速和缓慢地改变，可
以观察到当线圈 A 中的电流变化快，即穿过线圈 B 的磁通量
有感应电动势如果电路是闭 合的，就有感应电流如果电路
是断开的，则不会形成感应电
流，但感应电动势仍然存在
变化快时，线圈 B 中的感应电流就大，感应电动势也越大. 因此感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关.
1、实验定性说明感应电动势 大小因素 2、磁通变化率 3、法拉第电磁感应定律 4、切割感应电动势 5、磁场变化感应电动势 6、电磁感应中安培力大小 7、电磁感应中安培力功率
lO 法控第电磁感应定律
铲 讨论交流
怎样定量地表示穿过电路的磁通量变化的快慢呢?
回忆怎样描述运动的快慢以及速度变化的快慢，说
说你的见解，你有什么新的发现?
设在 一 定的时间 ?. t 之内穿过电路磁通 量 的变化为
Aφ ，则比值 Aφ /?.t 就能说明磁通量的变化快慢，这个比
值叫做磁通量的变化率，数值上等于单位时间内磁通量的
变化量. 精确的实验表明:电路中感应电动势的大小，跟穿过
这个电路的磁通量的变化率成正比，这就是法拉第电磁感
应定律( Faraday law of electromagnetic induction ).
设 t， 时刻穿过闭合电路的磁通量为饵 ， t2 时刻穿过闭
合电路的磁通量为吧，则在时间 At=t2-tl 内磁通量的变化
量为 Aφ=φ2 一 为 E ， 则有
φl' 磁通量的变化率为 XJ' 设感应电动势
其中 k 为比例常数.在国际单位制( sI)中 ， E 的单位是伏
H主〕在ll~. 成是 n个单臣线圈串
联而成，因此整个线圈中的感应电动势是单匣线圈的 n倍，即
E=n!!.φ =n-一!!.t
·导线切割磁感线产生的感应电动势
如图 1-3-1 所示，矩形金属线框 αbcd 处于磁感应强度
为 B 的匀强磁场中，线框平面跟磁感线垂直 ， ab 边以速度 U在线框平面上向右运动.设 cd 的长度为 L ， 在 M 时间内 αb
边由原来位置移到 a' b' ， 试根据法拉第电磁感应定律求出
导线切割磁感线时产生的感应电动势.
导线切割磁感线
根据法拉第电磁感应定律 E= 一一，我们可以得到闭合
电路的感应电动势
当导体运动速度的方向与磁场方向有一夹角 α( 图 1-3- -1 - υ 1
2 )时，我们可以将速度分解为垂直和平行于磁场方向的两
个分量，平行的分量不产生感应电动势，垂直分量为 u i = vsmα ，产生的感应电动势为
E=BLvsinα
图 1-3-2 导体运动速度不垂直
在国际单位制 (SI)中，以上两式中 E 、 B 、 L 、 U 的单 位分别是伏特 (V) 、特斯拉 (T) 、米 (m) 和米/秒( m/s).
于磁场方向
- - ?如果它是绕通过南北极的平面运转，情况又怎样?如果有感应电流，
又会对卫星的运行发生什么影响? (忽略磁偏角的影响)
5. 磁通量变化率的单位为Wb/s ，电动势的单位为 V
试证明: 1Wb /s = 1V
，，， E飞、
面-LP研J :I莲范~1(爹~-之
法拉第圆盘发电机
获得感应电流之后，法拉第进一步思考的问题是:如何
用持续旋转的方法产生稳定电流. 1831 年 10 月 28 日，他做 了一个旋转铜盘实验，其实验原理如图 1-3-3 所示.图中 N 、
S 表示大磁铁的两极 ， D 为法拉第制备的铜圆盘，它可以绕轴 在垂直于转轴的平面内旋转.实验时，他在一个电流计的两
个接线柱上接上两个电刷，当铜盘旋转起来后，将两个电刷 分别放在铜盘的各个部位，以测定产生感应电流的最佳位置.
经过反复实验，法拉第发现电流产生的最佳位直在由圆盘心
到边缘的半径上，只要圆盘保持恒速旋转，产生的电流就一
直是稳定不变的.
法拉第所利用的正是直流发电机的原理，他的实验装直
也就是人类的第一台直流发电机.
法拉第圆盘实验
磁带录音机
磁带录音机是电磁感应应用的一个例子，它主要由磁带、 话筒、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成. 普通的磁带是由氧化铁粉崭合在塑料薄膜带上制成的.
录音机的录、放原理如图 1-3-4 所示.录音和放音磁头都是一
(a) 录音原理
个开有微小缝隙的电磁铁.录音时，话筒把声音的振动转换
成音频电流.音频电流经放大电路放大，进入录音磁头的线
圈中，在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场.磁带紧
贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记
录下声音的磁信号.
放音是录音的逆过程.放音时，磁带紧贴着放音磁头的 缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电
(b) 放音原理
流，感应电流的变化踉记录下来的磁信号相同.这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，
扬声器把音频电流还原成声音.
在录音机里，录、放两种功能是合用一个磁头完成的.录音时磁头与话筒电路相 连，放音时磁头与扬声器电路相连.录音过程利用了电流的磁效应，放音过程利用了 电磁感应.
在前面的实验中，大家是否注意到在不同的情况下感
应电流的方向是不同的
感应电流的方向取决于哪些因
素?究竟怎样判断感应电流的方向呢?
lc右手定则
d〉观察思考
观察导体切割磁感线运动的情况下感应电流的方向. 1.如图 1-4-1 所示，把电源、滑动变阻器、开关和一 个零点在刻度盘中央的电流计串联成实验电路.实验中改
源正、负极与电流计接线柱的连接，由此识别电流计
的指针偏转方向与输入电流方向之间的关系
电琉球入电就计情况
电流从电流计左接线柱流入 电流从电流计右接线柱流入
电E缸辞辖椅幡样方南
按图 1-4-2 所示连成电路，图中 G 为电流计， αb 为
闭合电路的部分导体在
一段直导线，观察导体 αb 在匀强磁场中向左手口向右运动时
电流计指针偏转的方向·然后再将匀强磁场的方向反过来，
磁极|同左右运动
重复上述过程.分析磁场方向、导体切割磁感线运动方向 和感应电流方向之间的关系.
在图 1-4-2 的情形中，导体 αb 向右运动时，回路中的
电流沿顺时针方向，在 αb 段电流从 b 流向 α; 导线 αb 向左
运动时，回路中的电流沿逆时针方向，在 αb 段电流从 α 流
向 b. 用右手定则(
right-hand ru1e
)可以判断导线切割磁感
图 1-4-3 右子走则
线产生感应电流的方向.
右手定则:将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的
四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心穿入，
大拇指指向导体运动方向，这时四指的指向就是感应电流
的方向，也就是感应电动势的方向，如图 1-4-3 所示 .
那么，在导体没有运动而是由于磁场变化发生电磁感
应的情况中，又该如何确定感应电流的方向呢?
如图 1-4-4 所示，将条形磁铁插入、拔出螺线管时，观
察电流计指针偏转的方向，由此确定螺线管线圈中感应电
固 1-4-4 通过实验探究楞次定律
流的方向.并把结果与分析填入下表中.
房、磁场 Bo 方向 原磁场通过螺线管磁通量的增减
电流计指针偏转方向
螺线管线圈绕向，感应电流方向图示
结果表明:感应电流的方向与原磁场的方向及原磁场
感应电流的磁场 B' 的方向
通过线圈的磁通量增减有关.当引起感应电流的原磁场 Bo
穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流的磁场 B' 方向与原
磁场 B。的方向相反;当 B。穿过螺线管的磁通量减小时，感
应电流的磁场 B' 方向与原磁场 B。的方向相同. 物理学家楞次(
H.F .E.Lenz , 1804 - 1865 )概括各种
实验的结果，在 1834 年提出如下的结论:
感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要
阻碍引起感应电流的磁通量的变化.这就是楞次定律
( Lenz law ).
怎样理解楞次定律中5 )判断能够形成上述磁场 B' 的感应电流的方向.
Bo1ms虽 图 1-4-5 感应电流方向的判定
导体切割磁感线运动产生感应电流，可用右手定则判 断感应电流的方向，这是否符合楞次定律呢?
在图 1-4-6 中，导体沿图示速度方向运动 . 1.根据楞次定律判定导体 αb 中感应电流的方向.
2 用右手定则判定导体 αb 中感应电流的方向.与楞次
定律是否相一致? 应用右手定则只能判断在磁场中运动的 一段导体中产 图 l钊右手定则和楞次定律一致
生的感应电流的方向，但不能判断因磁场变化在闭合电路
中产生的感应电流的方向.应用楞次定律可判断上述两种
不同情况下产生的感应电流的方向，因此楞次定律是普遍 适用的.
|·楞次定律的应用
利用楞次定律可以判断感应电流的方向.
【例题 1 1 在图 1-4-7 中，线圈 M 和线圈 N 绕在同 一铁
芯上，线圈 M的电路中串联着电池、开关与滑动变阻器，线
圈 N 的电路中串联着电流计.若电流从左(右)侧流入电
流计则电流计指针向左(右)侧偏转，试用楞次定律判定以
下几个过程中电流计指针的偏转情况.
( 1 )开关 S 闭合.
(2 )开关 S 闭合后，滑动变阻器滑动片 P 向左滑动.
( 1 )当开关 S 闭合时，线圈 M 中从右向左看为逆
时针方向的电流从元到有，故其在铁芯中有水平向右的磁
场逐渐增大，通过线圈 N 的磁通量增大，由楞次定律知线
圈 N 中产生水平向左的磁场以阻碍磁通量的增大，再由安
培定则可得电流计指针向左偏转.
( 2 )开关 S 闭合后，滑动变阻器滑动片 P 向左滑动时，
其电阻变大，电流减小，故其在铁芯中有水平向右的磁场
的减小，通过线圈 N 的磁通量减小，由楞次定律知线圈 N
中产生水平向右的磁场以阻碍磁通量变小，再由安培定则
可得电流计指针向右偏转.
[例题 2 】如图 1-4-8 所示，固定于水平桌面上的金属
框架 cdeJ， 处在方向竖直向下的匀强磁场中，金属棒 αb 搁
在框架上，可无摩擦滑动，此时 abed 构成一 个边长为 L 的
正方形.棒的电阻为 r ， 其余部分电阻不计.开始时匀强
X d X X X X I X I X I X X X X X X X X X
磁场的磁感应强度为 Bo' 若从 t
= 0 时刻起，磁感应强度
II( II( II(
?J3 均匀增加，且磁感应强度的变化率一一 =k ，设法保持棒静
( 1 )通过棒中的感应电流的大小，并在图上标出感应
电流的方向.
( 2 )当 t = t\ 时，需加在棒上的垂直于棒的水平拉力为
[解】( 1 )根据题意，一 =k ，而 E= 一 =kf ，
所以根据已知条件 k 、 L 和 r 可得出 I=EE
在图 1-4-8 中，引发感应电流的磁场垂直纸面向内，由 于磁
感应强度增加，因此穿过 abed的磁通量增加.根据楞次 定律，感应电流所产生的磁场应与原磁场的方向相反，为
垂直纸面向外，再根据安培定则 ， abed 的电流方向应是逆
时针方向，因此通过棒 αb 的电流是从 b 到 α.
( 2 )利用题目条件可知当 t = t\ 时，磁感应强度增加以，
所以这时磁感应强度为
B = Bo+kt\
在这个磁场中棒 ab 会受到磁场的安培力
+kti, )ki 1LB= (Bo , -u
为保持棒静止，应施加的外力
L'一(Bo +kt\)ki
~ utl r.:旨主量!!!
练习与评价
1 如图 1-4-9 所示，两个相同的铝制圆环中，一个有切口，固定在一根可以在水平面内
自由转动的直杆上.当磁铁磁极移近(不要碰到)完整的圆环时，因环会随磁铁运动，好像 被推动了;拉出磁极，圆环也跟过来.同样操作对于另一个有切口的圆环，则没有反应.试
解释道理何在?
2 如图 1-4-10 所示，将条形磁铁插入螺线管中，回路中产生了感应电流，使电流表指 针偏转.这时螺线管中的电流产生磁场，试判断电流表指针的偏转方向
如图 1-4-11 所示，当 S 接通或断开时，线圈 A 、 B 中分别产生了什么方向的感应电
判断图 1-4-12 所示的各种情况下线圈内感应电流的方向.
流?为什么说各臣内的感应电动势是同方向的，总电动势是每一臣内的电动势之和?
~ . ~ × 斗 x o/
图 1-4-13 表示一对同轴螺线管，图中线圈 A 中的电流
方向用械能.是机械能借助于电磁感应实现了向电 能的转化. 以下例题有助于我们定量地研究电磁感应中的能量 转化.
{例题 1 】在图 1-5-1 中，设运动导线 αb 长为 L ， 速度为 υ ，匀强磁场的磁感应强度为 B ， 闭合电路总电阻为 R. 探
究为了保持导线做匀速运动，外力所做的功 W外和感应电流
的电功 W电的关系.
[解】运动导体产生的电动势
电路中感应电流
I 一主 -ZY
磁场对这个电流的作用力
F =I, IUB =
保持匀速运动所需外力
hL-R UB 一功 一一的
能是通过外力克服安培力做功转化而来的，外力做了多少
功，就有多少电能产生，而这些电能又通过感应电流做 功，转化为其他形式的能量. [例题 2] 在倾角。= 30。 的斜面上，沿下滑方向铺两 条平行的光滑导轨，导轨足够长，导轨的间距为 1
两者的底端 α 和 b 用 R = 0.005kg.
示.在导轨上垂直于导轨放有 一根金属杆 cd ， 其质量 m=
今垂直于斜面加 一 匀强磁场 B ， 当金属杆以 v= 图 1-5-2
10m/s 的速率匀速下滑时 ， R 中感应电流的方向为从 α 到 b ，
设导轨和金属杆 cd 的电阻都忽略不计， g 取 10m/s 2 ，求:
( 1 )匀强磁场 B 的大小和方向.
( 2 )电流的功率 P 也
{解]( 1 )当金属杆匀速下滑时，重力所做的功完全用
来克服安培力做功并进而转化为闭合电路的电能.在 /).t 时
而此时间内，感应电流的电功是
B2L2v 2 =F的焦耳热等于多少?
(不计空气阻力)
3 如图 1-5-5 所示，一水平放直的矩形线圈 abcd 在磁体 N 极附近竖直
下落，保持 bc 边在纸外， αd 边在纸内，由图中的位直 I 经过位直 II .fIJ 位
罔 1-5-3 旋转实验
直皿，这三个位直靠得很近 . 在这个过程中，线圈中感应电流的方向(
A. 沿 αbcd 流动
B.沿 dcba 流动
c.由 1 到 H 是沿 abcd 流动，从 E 到田是沿 dcba 流动 D. 由 I 到 E 是沿 dcba 流动，由 E 到田是沿 abcd 流动
α ←-L 一+Id
4. 为什么说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的表现?
如图 1-5-6 所示，水平金属导轨 AB 和 CD 通过开关 S 和电池相连.匀强磁场的磁感应强度
~---L歹罔 1-5-5
i..t:! I路tita'U!旦
垂直纸面向内，光滑导体杆 αb 同导轨 AB 及 CD 接触良好.
当开关闭合后，电流从 a
.fIJ b 流过
导体，由左手定则可以判断，杆 ab 受到向右的安培力，在此力的作用下杆 αb 向右做加速运动. 由于杆 ab 切割磁感线运动，因而产生感应电动势 E' ， 根 据右手定则，在杆 αb 上感应电动势 E' 的方向是从 b 到 α ，同 电路中的电流方向相反.在电路中与电流方向相反的电动势
叫做反电动势(
back electromotive force )，杆 ab 中的感应电
动势E' 就是反电动势.这时总电动势等于电池电动势和反电
设杆 αb 长为 L ， 电路总电阻为 R ， 电池电动势为 E ， 磁感
应强度为 B ， 杆 αb 运动速度为 u ， 反电动势 E' =BLu ， 电路中
图 1-5-6 运动的通电导体
的电流 1= 一一一.可见反电动势的出现要抵消电源电动势的一部分作用，使电路中的电流减
小，杆。b 继续运动的动力减小 .
与上面的例子一样，当电动机接通电源后，电动机中的通电线圈受磁场施加的安培力的力 矩，发生转动 同时，线圈也会因为切割磁感线而产生感应电动势.由楞次定律可知，感应电
动势的方向与令电动机线圈转动的电流方向相反，因此它是电动机运转时的反电动势 . 在电动
机转子加速运动的过程中，反电动势 E' 逐渐增大，电流逐渐减小，动力矩也逐渐减小.而电 动机带动负载工作，就承受着一个阻力矩，一旦动力矩减小到等于阻力矩时 ， E' 和电流均达到 稳定，电动机带动负载正常运转.如果电动机工作中负载发生变化，比如负载增加，相当于阻 力矩变得大于动力矩，电动机的转速就会减小，转速小了，切割磁感线的速度减小，反电动势
E' 也就变小了，反电动势减小会造成电动机的电流变大，电流的增加又使动力矩加大，直到与
阻力矩相等，在新的条件下实现稳定工作. 电动机启动时，转子的速度还比较小，反电动势就很小，此时电路中电流是很大的. 电动机在转动状态下正常工作时，电流不大.当电动机转子因某种原因被卡住时，也就对 应着图 1-5-6 中杆。b 的速度 u = 0 , E'= 。这种情况，由于电动机电路的直流电阻 R 很小，此
时电路中电流最大，就相当于短路.若不立即切断电源，就会因为转子卡住时间过长，导致电
动机被烧坏.
电动机运转中负载的增加也是有限度的，过大的负载等于将转子卡住，此时电动机不但不
能工作，而且有被烧毁的危险.
含反电动势电路中的能量转化
在上述过程中，能量是如何转化的呢?
每当负载增加，也源要提供较大的电流，也就是需要提供较大的能量供电动机做功我们
将前面出现的电流公式改写为
两边同来以!，得到
J2R=E!-E' !
此式表明，电源提供电能(功率为 E1) 克服反电动势做功(功率为 E' 1) 并产生焦耳热(热 功率为 J2R )，而其中克服反电动势的能量又通过电磁感应转化为运动导线或线圈的机械能
.-1 断电时，灯泡也会延迟熄灭，只是因为电源断
开后，电路中有两个灯泡和一个电阻，所以电流迅速变小，
灯泡延迟熄灭的现象不明显.
从以上实验可以看出，当导体线圈中电流发生变化时，
导体线圈本身也产生感应电动势. 这种由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感
应现象，叫做自感( self- induction )，在自感现象中产生的
电动势叫做自感电动势( self二 induction electromotive force) .
I· 自感系数
和一般的电磁感应一样，自感电动势跟穿过线圈的磁 通量的变化率成正比.实验表明，在自感现象中磁通量的
变化率又跟线圈中的电流的变化率成正比.因此，自感电
动势 EL 跟电流的变化率艺成正比 即
_ 111 I1 t
式中的比例系数 L 叫做线圈的自感系数( self -inductance ), 简称自感或电感 .L 的大小反映出线圈的性质，同样的电流
变化 ， L 越大，线圈产生的自感电动势越大. 自感系数是由线圈本身性质决定的，跟线圈的形状、体
积、臣数等因素有关.横截面积越大，臣数越多，它的自感
系数就越大.另外有铁芯时线圈的自感系数，比没有铁芯
时要大得多.
自感系数的单位是亨利，简称亨，符号是 H. 如果通过
线圈的电流在 1 s 内改变 1A 时，产生的感应电动势为 1 V ,
这个线圈的自感系数就是 1 H. 因为亨利这个单位较大，常用的较小单位有毫亨(mH)
和微亨 (μH).
1 mH= 10-3 H
自感现象在各种电器设备和元线电技术中有广泛的应
用.电感线圈(图 1-6-3 )是交流电路中的重要元件，比如
在日光灯电路中就不可缺少.有时候，在电路中使用线圈 而不希望发生自感现象，就要设法避免它的产生.
1.如果我们要把很长的电阻丝绕在一个圆筒上，又不
希望在电流变化时产生自感电动势，应该怎么办?
2. 如图 1-6-5 所示，把导线绕在一把挫刀上，一端接 上电池，手执导线的另一端，在锥刀上来回划动就会产生
阁 1-6-4 这样的电阳丝缠绕方式
较多的电火花.
缠绕导线的挫刀起到什么作用?怎样用自感现象来
有什么优点
|酷部霸主加工二画册_，
罔 1-6-5 电火花小实验
自感现象在生活中有广泛应用，学校教室里使用的日
光灯就是典型案例.
普通的日光灯电路如图 1-6-6 ( a )所示，由灯管、镇流 器、启动器、导线和开关组成.
日光灯灯管的两端各有 一个灯丝，灯管内充有微量的
惰性气体和稀薄的示蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉.在高
压激发下，两个灯丝之间的气体在导电时能发出紫外线，涂
在管壁上的荧光粉在紫外线的照射下发出可见光.
启动器也常称启辉器，是 一 个充有氛气的小玻
里面有两个电极， 一 个是固定不动的静触片，另 一个是用
双金属片制成的 U 形动触片，动、静触片间不接触，有 一
个小缝隙，见图 1-6-7.
当开关闭合时，电源电压全部加在
启动器的两极之间，使氛气放电而发出橙红色的辉光.辉 光产生的热量使动触片膨胀变形，与静触片接触，把电路
接通.灯管两端的灯丝开始发光，发光的灯丝可以对灯管
内气体进行短暂的预热.启动器内动触片与静动触片接触
后，辉光放电消失，电流在接通的触点上产生的热量很少，
所以动触片冷却收缩，使两个触片分离，电路自动断开.
4 1l铜 管 外缠 上绝缘 导线， 并通以 交 变电流
( c ) 铜柱外缠 I二 绝缘导线，并边以交变电流
ì品流的形成
在( a) 图中磁铁插入、拔出铜环时，穿过铜环的磁通
量发生了变化，铜环中将产生沿着铜环的环形感应电流.
在 (b) 图中的铜管的横截面是圆环.因此，铜管可以 看成由许多个圆环组成.绕在管外的线圈通上交变电流以
后，穿过每个圆环的磁通量都发生变化，都产生环形感应
电流.这样整个铜管内都有环形感应电流存在.
在( c )图中，铜柱又可以看成由许许多多个半径逐渐 减小的圆管组成.每个圆管都能产生感应电流，因此整个
圆柱体中都有沿同 一方向环绕的环形感应电流. 由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流 在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，因此叫做涡电 流( eddy current )，简称涡流.
金属块的电阻一般很小，不大的感应电动势就能在它
内部形成强大的涡流，释放出大量的焦耳热，涡流的这种
热效应对于有铁芯的装置如变压器、电动机等的运行是有
害的，这是由于涡流产生的热会使铁芯的温度升高，缩短
线圈绝缘材料的寿命.涡流的热效应会消耗能量，使变压
器、电动机的效率降低.为了降低涡流造成的损耗，变压器 和电动机中的铁芯都不是整块金属，而是用许多相互绝缘
图 1-7-2 片状铁芯
的薄硅钢片叠合而成的如图 1-7-2 所示，涡流被限制在狭
窄的薄片之内，回路的横截面积很小，感应电动势就很小，
铁芯采用硅钢片，是因为这种钢磁化性能好，而且比普通
钢的电阻率大，涡流大为减弱，涡流损耗大大降低.
但是，事物都有两重性.涡流有时有害，要加以防止，
有时又可利用.
|鞭橄榄咐蝉页
图 1-7-3 高频感应炉
烹饪容器 ( 锅 )
图 1-7-3 是冶炼金属的高频感应炉的示意图，这种电
炉利用涡流熔化金属.冶炼锅内装入被冶炼的金属，让高
频交流电通过线圈，被冶炼的金属内部就产生很强的涡
流，从而产生大量的热使金属熔化.这种冶炼方法速度快，
温度容易控制，能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，适
于冶炼特种合金和特种钢.
电磁灶的结构如图 1-7-4 所示当灶内的励磁线圈通有 交变电流时，形成交变磁场，作用于铁磁材料制成的烹饪
锅，使锅底产生涡流 . 锅底有适当的电阻，产生焦耳热，使
锅底发热.电磁灶不存在一般电炉在热量传递过程中的损
耗，热效率可以高达 83% ，耗电只有电炉的 63%. 此外，它
还具有使用方便、安全等优点
灶体 励磁线圈磁感线
le 电磁阻尼
当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，感
应电流使导体受到安培力，安
培力总是阻碍导体的运动， 这种现象叫电磁阻尼( electromagnetic damping ).
如图 1-7-5 所示，把用金属制成的摆，悬挂在电磁铁 的两极之间，并使之摆动.当电磁铁不通电时，摆的运动
能维持较长的时间;电磁铁通电后，摆动很快就停下来
了.这是因为摆在磁场中运动会产生涡流，根据楞次定 律，这种涡流产生的磁场总是要阻碍摆在磁场中的运动，
因此摆在这种阻力的作用下，很快就停下来了
利用电磁阻尼，可以防止仪表中各种可动部分的振动.
在磁电式电表中，一般将线圈绕在一个轻铝框上，这
样线圈通电后受力，带动指针和铝框一起转动时，铝框内
产生涡流，在电磁阻尼的作用下，线圈很快停止摆动，使
指针能很快地稳定指到读数位置上.如果电表不用时，特
别是在携带搬运过程中，为了减少线圈与指针的剧烈摆动， 还可以用导线将正、负接线柱短路.这样，线圈形成闭合 的回路在磁场中摆动时出现感应电流，也产生电磁阻尼，
既可避免指针因摆动剧烈而变形，还减小了轴承处的磨损.
练习与评价
宁航员飞到某一个不熟悉的行星上，他们想用一个灵敏电流表和一
个线圈来探测一下行星周围是否有磁场，应当怎么办?
2. 音箱设备中的扬声器，可以把放大了的音频电信号还原成声音小
型扬声器的内部构造如图 1-7-6 所示，说明扬声器是怎样工作的. (接线端 加有与声音频率相同的电压信号)
产生的电流叫感应电流.
感应电动势的大小，跟穿过这一 回路的磁通量的变化率成正比，即
的情况下，产生的感应电动势的大小跟磁感应强度 B 、导线长度 L 、运动速度 u 的乘积成正
通过上网或查阅图书收集资料，了解电磁感应在生活和生产中的应用.
够 本章小结
1.电磁感应现象
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会有电流产生.
2. 法拉第电磁感应定律
当穿过回路磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生.
导体做切割磁感线运动时，在导线运动方向跟导线本身垂直，同时也跟磁感线方向垂直
'-.:;v.矗辜 J LIl I=
3. 楞次定律楞次定律是关于感应电流和感应电动势方向的规律.它说明:感应电流具
有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.据此可以判断感
应电流的方向.楞次定律实际上是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现.
4. 自感 自感是由于通过线圈本身的电流变化而引起的一种电磁感应现象.自感电动势 EL
跟电流的变化率成正比，即
式中的 L 叫做线圈的自感系数.
把金属块放人变化的磁场中，由于电磁感应，在金属块内部也要产生感应电流，
这种电流叫涡流.
1.如图所示，导体 cd 在水平放置的光滑导线框上向右
做匀速运动，线框中接有 R
= O .4 Q 的电阻，置于磁感应强度
O.lQ ，运动速度 v
0.1 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向内，设 αb
的长度 L=O .4 m ， 电阻 RCd 导体线框的电阻不计.
( 1 )电路abcd中相当于电源的部分是一一一'一一点相当于
电源的正极.
X 感应电流，由于焊缝处电阻很大，感应电流产生的大量热量将缝两侧的金属熔化，待焊工件就
焊接在一起了我国生产的自行车架就是用这种办法焊接的.试定性地说明为什么交流电的频 率越高，焊缝处放出的热过越多.
8. 回路中有 一 个 c= 60μF 的电容器，已知回路的面积为1. 0 X 10-2 时，垂直穿过回路
的磁场的磁感应强度 B 随时间 t 的变化图像如图所示，则 {=
5 s 时，电容器上电荷量是多少?
9. 如图所示， 一 时间作周期性变化的电 流，称为交变电流[如图 2-1-3 (c) 一( f)]，简称交流电. 其中电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正 弦交变电流( sinusoidal alternating current )，简称正弦交流电
正弦交变电流是一种最简单、最基本的交变电流.由
发电厂发出的电流就是正弦交变电流.
|·正弦交变电流的产生和表述
交变电流.它是怎么产生的?
前面手摇发电机匀速转动时产生的电流可看做是正弦
在示波器上观察到的几
种电压波形
如图 2-1-4 所示，将手摇发电机磁极间的磁场视为磁感
应强度为 B 的匀强磁场，方向水平向右;线圈简化为羊臣
矩形线圈 abcd ， 线圈的边长分别为 αb
圈 abcd 绕水平的中心轴 00'
= LI' bc = L 2 .
沿逆时针方向以角速度 ω 匀
速转动，线圈中将产生什么样的感应电动势?
在线圈匀速转动的过程中， αb 边和 cd边要切割磁感线
而产生感应电动势，由于这两边的运动速度始终是大小相
等而方向相反，所以两边产生的感应电动势大小相等.回
因 2-1 -4矩形线圈在匀强磁场中匀 速转动 ，线圄中产生感应电动势
路 abcd 中总的感应电动势
现在我们研究 αb 边切割磁感线产生的感应电动势.
如图 2-1-5 所示，经过时间 t ， αb 边绕轴 00' 转过的角
度。 =ω，t ， 此时速度 u 的方向如图中所示 ，
v 与磁场方向
垂直的分量 v [= v sin8
= v sinωt. 根据电磁感应定律，在
αb 边上产生的感应电动势的大小
BL.vsin αx I
设 S 为矩形线圈 abcd 的面积 ， S=L ι. 考虑到发电机 实际线圈的臣数为 N， 并令 Em=NBSω，则
e = 2eab = BL[L2 ωmωt
如果把线圈的两端与外电路电阻相连，组成闭合电路
卫~lf多 J一乙
/‘ ' 。， B
\'保持与外电路连接.讨论当线圈从( a)
o( d )o( e )过程中，线圈中电流的大小和方向变化
佟12-1-7 11 吁立交流屯 的电 流 l刽像
交 流发 电机示意图
练习与评价
1.如图 2-1-9 所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位
穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大
穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大
穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小
目吾四为角频率
2π ω=7=2πf
因此正弦交流电的表达式还可写成
2π i= ιsinT=ιsin2 π ft 2π u=Uinsm7t=Umsin2πft
电力系统提供的正弦交流电的频率称为工频.我国使
用的频率标准为 50Hz( 相应周期为 0.02 s) ，也有一些国家
的为 60Hz.
l· 峰值育放值
正弦交流电表达式中的气和 ι 分别称为电压和电流 的 d毒值(
peak value )，分别表示了在一个周期内电压和电流
所能达到的最大值，如图 2-2-1 所示.
峰值是表示交流电大小的物理量，它在实际中有着重要
意义，例如电容器、 二极管等元器件在交流电路中使用时，
就要注意交变电压的峰值不能超过它们所能承受的电压，否 则就有被击穿而损坏的危险然而，平时我们说的 器接入 220V正弦交流电路中，它
的耐压值必须大于多少?
[解]交流电流的电压是 220V ，即有效值是 U=220V ， 相应的峰值
*仅靠人眼观察灯的亮度，从而确定两次生热的效果相同，是很不准确的-这里只是说明原理，真正实验需要使用更准确的方法-
uif du=JE ×
耐压值必须大于 311 V.
练习与评价
220Vz311 V
电容器工作过程中所承受的电压最大值为 311 V ，因此它的
1.我国家庭照明用的交流电的电压瞬时值随时间变化的规律是 u = 3 11 sin 1001tt V ，它
的电压有效值以及周期和频率各是多少?
2 . 某些国家照明电路使用的正弦交变电流的频率为 60Hz ， 电压是 110 V ，写出它的电 压瞬时值 u 随时间 t 变化的关系式
3. 一个标有 用示波器进行演示，现在让我们
进一步认识示波器并使用它观察交流电的波形.
下面以 J2459 型示波器为例(图 2-3-1 )，认识示波器面
板上的旋钮.
1.电源开关.
2. 电源指示灯.开启电源开关，进行预热，这时指示
辉度调节旋钮.用来调节图像亮度.
聚焦调节旋钮-
5. 辅助聚焦调节旋钮. 4 与 5 两者配合使用，可使打 到荧光屏上的电子束会聚成一个小亮斑.为保护荧光屏，亮
斑亮度不能太大，可调节辉度调节旋钮，使它变暗.
6. 竖直位移旋钮.
J2459 型示波器
7. 水平位移旋钮. 6 与 7 这两个旋钮可以调节图像的 竖直和水平位置.可以尝试着调节它们，就能看到亮斑移
动，注意最后要使亮斑仍回到中心.
8. Y 增益调节旋钮.
9. X 增益调节旋钮. 8 与 9 分别调节图像在 Y 方向和 X
方向的幅度.
10. 衰减调节旋钮.它有 1 、 10 、 100 、 1000 四个挡，
表示输入信号衰减的倍数， 发生水平偏移.调节 D 为小灯泡， C 为电容器， s 为双刀双掷
开关.把开关接到直流电源上，观察小灯泡的发光情况.再
把开关接到交流电源上，观察小灯泡的发光情况.
以上两种情况下灯泡发光情况有何不同?这说明了 什么?
2. 如图 2-4-2 所示连接电路，其中 G 为不通电时指针
位于表盘中央的演示用电流表， S 是单刀双掷开关 ， R 是滑
动变阻器，先把开关 S 扳至 1 位直，观察电流表指针的偏转
情况，经过一段时间再把开关 S 扳至 2 位直，观察电流表指
针偏转情况. 在开关扳到 1 和扳到 2 的瞬间指针偏转方向相同吗?为
什么在这两个瞬间，电路中会出现电流?
通过第 2 个实验可知，电路中也有电流通过，你能用本
实验结果解释第 1 个实验的现象吗?
户'理论探究
为什么电容器能够导通交流电?
在《物理选修 3-1 }中我们已经初步学习了关于电容
器充放电的知识.下面我们再作进一步探究.
如图 2-4-3 所示，将交变电压力口在电容器两端(导线电
阻可忽略不计). 当 A 、 B 两端电压升高时，电容器充电，如图( a )所
示.若 A 端电势高于 B 端电势，则 α 、 b 两极板上的带电情
况将如何变化?电路中的自由电子是如何运动的?充电电
流 i 方向是怎样的?
(a) 【'AO 升高，电容器充电
当 A 、 B 两端电压降低时，虽然 A 端电势仍高于 B 端电 势，但电容器开始放电，如图 (b) 所示.此过程中 a和 D' 的发
光有何不同?为什么?
2. 断开 S' ，调节信号发生器输出的信号电压，使灯泡
D 发出不太强烈的光，然后保持电源输出的电压不变而改 图 2-4-4
变信号的频率，观察频率升高或降低时灯泡亮度的变化.
3. 在频率、电压不变的条件下，用不同的电容器与小
灯泡 D 串联，观察电容值不同时小灯泡亮度的变化情况. 观察结果:
在电容和电源输出电压不变的情况下，信号频率越大，
小灯泡亮度越一一;在信号频率和电源输出电压不变的情
电容器在电路中的作用可
简单概括为C2 相比，哪个较大?为什么?已知视频信号
频率远大于音频信号频率. 2. 如图 2-4-5 所示，经隔直电容 C 后的输入信号中除了有用的信号以外，尚含有无用的 高频成分，为去掉无用的高频成分，可以再加一个旁路电容c'
2-4-5 中画出所加的旁路电容C'.
(2) C 与c'相比，哪一个较大?为什么?
产生的自感 电动势就大，对电流的阻碍作
用也就越大，即感抗也越大 ，
能与哪些因素有关?
从上面实验中可知，电感器对交流电有阻碍作用.阻碍
作用的大小可用感抗(
inductive reactance )表示.实验和理
论分析都表明线圈的电感(即自感系数 L) 越大，交流电的
频率越高，对交流电的阻碍作用越大，即感抗越大.
|与电感器在电子技术中的应用
电感器通直流、阻交流的特性，在实际中有着广泛的
电子技术中的扼流圈就是利用电感对交流电的阻碍作 用制成的.常用的扼流圈有两类: →类是低频扼流圈， 一 般都是用电阻较小的绝缘导线绕在闭合的铁芯上，臣数很
多，达到几千甚至上万臣，自感系数一 般为几十亨.由于
图 2-5-2 几种常见的电感器
电感较大，因此对低频交流电也能产生较大的感抗，线圈 的电阻较小，对直流电阻碍作用可忽略，这种线圈可用来
技术中还用电感 L 和电容 C 组成 LC 振荡电路 . LC 振荡电路是一种有着广泛应用的基础电路. 图 2-5-4 电视图像放大电路(部分)
交流电之所以得到广泛应用，一个重要原因就是它便
于通过变压器改变电压
满足各种实际的需要.变压器的
结构是怎样的，它为什么能改变交流电的电压呢?
叫:如雪白结构与民军二二
变压器( transformer )包括三个基本组成部分:一个铁
芯及两组线圈常用的电力变压器和一般低频变压器的铁
芯都是由涂有绝缘漆的硅钢片叠合成闭合的形状.两组线圈
中的一组与电源相连，称为原线圈( primary coil )，也叫初
级线圈;另一组接负载，称为副线圈( secondaηcoil )，也
叫次级线圈.图 2-6-1 (a) 是变压器的模型示意图，在电路
中它的符号如图 (b) 所示.
当变压器的原线圈加上交变电压时，原线圈中的交变
电流在铁芯中激发交变的磁通量，交变的磁通量穿过原线圈
也穿过副线圈，在原、副线圈中都产生感应电动势.当副线
圈闭合时，在副线圈中就会有交流电通过，这样，虽然原、 副线圈并不相连，电能却从原线圈通过磁场传输给副线圈.
变压器原线圈的端电压与副线圈的端电压之间有什么
|·变压器的电压与臣数的关系
J咐实验探究
器材:可拆变压器、学生电源、交流电表.
n 2 <n l 时 ， U2 <U线圈的导线较粗? 个纯电惑，通过初级线圈的电流是否为零?如果不为零，电流大小由哪些因素决定?
交流电流大小的原理
i丘手电调节旋纽
(a) 结构图
(b) 外形图
钳!在电流表
I.也可以很小.
根据能量守恒，实际变压器的输出功率等于其输入功率减去损耗的功率，其输出功率 líR 输入功率的比值，称为变压器的效率.大型电力变压器的效率都很高，可达 99% 甚至更高，
但小型变压器的效率则要低很多.
发电站中的发电机能把天然存在的能量资源(水能、
化学能等)转化成电能 . 为了方便利用这些资源，发电站
要建在靠近这些资源的地方，而用电的地方却分布很广，
有的地方离发电站很远很远.例如，我国西部地区有丰富
的水力资源，而用电集中地区却大部分分布在东南沿海
和工业发达地区，了叫，电流就减小为原来的市，因 ?I2 ，
所以功率损耗减小为原来的 10000 1 一.这样如果仍要把输电过
程的电能损耗控制在 10% ，输电线路的电阻可以稍大一些，
对于交流电来说，造成电
压损失的原因除了电阻以外，
还有电感和电容.交流电通过
输电线时，要产生阻碍电流通
导线的横截面积只需要 120 mm2 就可以了. 因此，无论是从减小电压损失还是从减少能量损耗来 讲，都要求使用高电压送电.
实际上各国在远距离输电时都采用高电压，而且输送
过的自感电动势，它也是造成
电压损失的原因之一 输电线
与大地是绝缘的两个导体，构
成电容器(即分布电容)，交流
电通过输电线时，这个电容也
会造成电压损失-感抗和容抗
统称为电抗，在高压输电线路
功率越大、距离越远，电压就越高.当然，也不是电压越高
越好，电压越高，线路以及变压器等设备的绝缘要求也越
上，电抗，特别是容抗造成的 电压损失比电阻造成的电压损
失还要大.要减小电抗造成的
高，从而修建和维护输电线路及相应设备的费用也越高.在
实际中，要综合考虑各种因素，包括距离的远近、输送功率
电压损失，只能用减小电流的
的大小、建造和维护设备方面的技术问题，选用适合的输电
电压及相应的设计方案.
j远距离输电系统
目前世界各国都采用电网供电，还有些国家组成了跨
国的地区性电网.图 2-7-3 是远距离输电的示意图.大型交 流发电机发出的电压一般不适合远距离输电，因此要求在
发电站附近，经变压器把电压升高到 220kV 或更高的超高
压，用输电线输送到远方.在用电集中地附近，先在一次
高压变电所降到 110 kV ，再由二次高压变电所降至 10kV ，
其中一部分送到需要高压的地方，另一部分送到低压变电
所，经配电变压器降至低电压( 380 V/220 V) ，分送到不同
的用户使用.对于大型工矿企业等用电集中的地方，→般有
单独的供电系统，即直接用输电线把高压电送到企业，再由
企业自己的配电设备进行分配.
交流供电系统示 意 图
我国家庭用户电压为 220V ，称为低压线路， 一般输电 距离都控制在几百米范围内.输送功率在 100kW 以内、输 电距离在 20km 以内的输电电压一般用 35 kV ，这就是高压
线路输送功率在 10 万千瓦以上、输电距离超过 500km 时，
输电电压往往超过 220 kV ，这称为超高压线路.我国最高
的超高压输电线路电压为 500 kV ，世界上最高的输电电压
已达 1 150 kV.
[例题】某小型发电站的发电机输出交流电压为 500V ，
输出电功率为 50kW ，如果用电阻为 3Q 的输电线向远处用
户送电，这时用户获得的电压和
电功率是多少?若要求输电
线上损失的电功率是输电功率的 0.6% ，则发电站要安装一
个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为 220V供用
户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线
圈的臣数比各是多少 ?
[解】用 500V 电压送电时示意图如图 2-7-4 所示，输
电功率为 50kW 时输电线上的电流
50 X 103 L= 一一-一一一-
用户获得电压 U] = Uo-1r!-
= (500-100 x 3) V = 200 V ,
因此用户获得的功率 P， = IoU,= 2
改用高压输送时，示意图如图 2-7-5 所示.
要求 P损 =0.6% x P ， 即 P损 =50 x 1 伊 x 0.6% W=3∞ W.
输电电流 I=JE=FFA=1OA
发电站升压后输电电压 U=7=-7百::_ V
= 5 000 V.
升压变压器臣数比-= ---一一=一
输电线上损失的电压 U'=IR= 10 x 3 V=30V. 到达用户输入变压器电压
U2 = U - U'= ( 5000 - 30) V = 4 970 V.
故降压变压器的臣数比-=--=一一=一一
lIj主流输电
在电力 工业发展的初期，直流输电与交流输电几乎被
同时提出来，但随着 三相交流发电机、变压器、感应电动
机的发明和完善，交流输电系统在经济、技术上的优势日
益突显，在实际中取得了主导地位而被广泛采用.然而随
着电力工业的发展交流输电呈现出一定的局限性.如当
交流输电功率很大时，电感、电容引起的电压及电能损失
很大;同 一 电网供电的发电机同步运行，技术上存在困难
等.所以现在有些大功率输电线路已经开始采用直流输电.
当前的直流输电，只有高压输电这个环节使用直流. 发电机发出的交流电，通过变压器升高电压，然后使用整
流设备使它成为直流电，用输电线把高压直流电输送出
去，到了用电地点附近，再使用逆变器把直流电变回到交
流电，并通过变压器降压后供用户使用(整流和逆变统称
m骂: 扮理在纹
我国的高压直流输电
直流高压输电在我国尚处于起步阶段.我国第一条超高压直流远距离输电线路于 1990 年
8 月建成技产，超高压直流输电线的始端起于离葛洲坝下游 3 .5阳1 的葛洲坝换流站，终点为
上海附近的南桥换流站，全长 1052 1an，电压等级为:t
我国三峡水利枢纽工程正在建设之中，建成后的三峡发电站将安装 26 台 70 万千瓦机组， 装机总量达到 1820 万千瓦，乎均年发电量将达到 847 亿千瓦时，与其配套的还要建 500kV
交流输电线路 60 条，
:t 500 kV 直流输电线路 3 条，这三条高压直流输电线路都起自三峡电
站(在长江两岸不同的地点分别建三个换流站)，终端则分别是江苏常州、上海和广东惠 ~'I'l.
待三峡工程以及整个工
程完工，我国的电力供应状况将得到很大的改善.
这种直流输电方式，只是在中间的高压输电过程使用直流电，而在两头，即发屯和用电 都仍然是使用交流电.其好处是大大减小了长距离输电过程中的损耗，并有利于解决互相连 接过程中的问题，不足之处是目前换流设备(包括整流设备和逆变设备)的制造和维护都有
一定的难度，费用也比较高，还有待进一步地研究解决相信今后直流输电技术必将不断提
高，应用范围也会更加广泛.
如果你对我国的高压直流输电感兴趣，请通过因特网查询有关我国电力工业的发展情况.
③ 本章小结
1.交流电的产生及描述 线圈在匀强磁场中匀速转动，可以产生按正弦规律变化的电
'流电的频率越高，电容器的容抗越一一一;电感器的感抗
(第 3 题图)
5. 有两个电感线圈，甲的臣数较多，而且有铁芯，乙没有铁芯，而且臣数较少.在电路
中用作高频扼流圈的应是一一一，用作低频扼流圈的应是
6. 有两个电容器，甲的电容是 10 闷，乙的电容是 50 pF. 在电子线路中，用来传输高频 信号的应是 ，用来传输低频信号的应是 7. 在把交流电经过单向导电器件整流成为直流电的电路中，为了滤去残余的交流成分，
应在输出端并联船返回着地前，在一定高度上会自动打开降落伞.
这一切都是如此美好，尽如人意 ! 而这一切又是怎样
实现的呢?它们都离不开一种探测装置一一传感器.
传感器 ( sensor )有时又被称做检测器、探测器或变换
器.在智能化的机器中，它相当于人的眼、耳、鼻、舌或手
指等感官，给机器提供一些必要的信息通过下面两幅图
表对比可以说明传感器的作用. 人的体力劳动:
(手 122行司
自动化(智能化)机器工作:
传感器通常是把被测的非电信息，按一定规律转换成
与之对应的电信息的器件或装置.
在前面的举例中，自动门前装有光传感器，它能把接
收到的光信息，转变成相应的电学量，从而去控制大门的
开启和关闭;声传感器能把声转变成控制开灯的电学量;
红外体温计把人体辐射的红外线的变化，转换成随体温变
化的电学量. 传感器有一定的结构，一般由敏感元件和处理电路组 成.如图 3-1-2 所示.
传感器的结构框图
传感器各部分作用如下:
常见的敏感元件如力敏元件、光敏元件、热
敏元件、磁敏元件、气敏元件等，它们能直接感受非电信
息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变
换成易于测量的物理量，形成电信号. 处理电路 由于敏感元件输出的信号幅度很小，而且 容易混有干扰信息，不能直接用于控制.通常设计了 一类
电路，把微小的信号进行放大，并除去干扰信号，使敏感元 件输出的电信号转变成便于显示、记录、处理和控制的电 学量(如电压、电流和频率等)，这类电路就称为处理电路.
l f蛋!敏感元件的原理
敏感元件品种繁多，就其感知外界信息的原理而言，
可分为如下几类. (1) 物理类:基于力、热、光、电磁和
声等物理效应; (2) 化学类:基于化学反应的原理; (3 )生
物类:基于酶、抗体和激素等分子识别功能. 大多数传感器是以物理学中的各种效应和规律为基础 工作的.让我们通过实验，感受敏感元件是怎样把非电学量
转变为电学量的
，?'J价实验探究
半导体热敏电阻的热敏特性
按照图 3-1-3 所示，将半导体热敏电阻连入电路中，多
用电表的选择开关直于欧姆挡，把两支表笔分别与热敏电
阻的两端相连.将热敏电阻放入盛有适量冷水并插有温度
计的烧杯中，在欧姆挡上选择适当的倍率，观察热敏电阻 图 3-1-3
的阻值;然后分几次向烧杯中倒入少量热水，观察不同温 度下热敏电阻的阻值.
根据实验所采用的热敏电阻的温度参数，在九许范围
内选取 10 个不同的温度点，通过添加冷水、热水或酒精灯
加热的方式达到各点温度，把观测数据填入下表中，并画 出电阻随
温度变化的曲线.分析你用的热敏电阻随着温度的 升高，电阻值是变大了还是变小了.
热敏电阻是用半导体材料制成的，它具有电阻随温度
灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量.它是温度传感 器的一个重要组成部分.
〈主〉 观察思考
如图 3-1-4所示连接电路.把磁铁靠近或远离干簧管，
观察电路中所发生的现象.你认为干簧管起了什么作用?
干簧管是一种能感知磁场的敏感元件.它由密封在玻
璃管内的两个铁磁体簧片(通常是铁镰合金)构成.玻璃
管中通常充有氮气或惰性气体，也有的是真空的两个簧
片相互交叠但其间保持一个缝隙簧片在磁场的作用下会
磁化为异名磁极相对的磁铁.当磁力大于簧片的弹力时，
图 3-1 -4干簧管
两者紧密地接触.因此，干簧管串联在电路中就成为一个
由磁场控制的开关.
I守 5白~6ì)
练习与评价
1.什么叫传感器?它是由哪几部分组成的，各部分有什么作用? 2. 查阅有关资料，了解动圈式话筒的工作原理.
3. 图 3-1-5 是电容式液位计的原理图.把一个圆柱形的金属电极用绝缘材料包裹起来作
为探头，插入导电液体表面，导电的液体构成另一电极，用这样的装直，就能测量液面的高
低.图 3-1 而是电容式话筒的原理图，膜片与固定电极构成一个电容器，用直流电源充电，当
声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中可以形成变化的电流，于是电阻 R 两端就输出了 与声音变化规律相同的电压.试分析这两个敏感元件的工作原理，它们改变电容的方式有何
圆柱形电极
---χ--- 些:二:二二-
电容式液位计
电容式话筒
温度传感器和光传感器
由于被测量的非电信息形形色色，所以人们不断创造
出种类繁多的传感器，温度传感器和光传感器是最常用的
两种传感器.
l· 温度传感器
温度传感器中使用感温的敏感元件品种很多，例如热
电偶、热双金属片、热电阻和热敏电阻等.下面我们以热双
金属片、热电阻和热敏电阻为例介绍几种温度传感器.
1.热双金属片温度传感器 金属会因温度升高而膨胀，不同的金属材料，在升高
相同温度时，膨胀程度也不同，通常用所以也常常用在温度 控制装置中例如日光灯启动器中的 U 形双金属片，就是
热双金属片热敏性能的一种应用.
双金属热保护器结构示
双金属热保护器是一种保护电机的温度传感器.它是
固体膨胀系数
在压力不变的条件下，由
于温度改变造成固体、液体或 气体发生长度或体积变化的现
一个封装起来的热双金属片，结构如图 3-2-1 所示.它可以
埋设在电机绕组内，直接对电机绕组的温度进行测控.当
电机绕组的温度过高时，保护器内的双金属片产生形变，使
象称为热膨胀
膨胀系数度控制或过热保护.
测温用的热敏电阻传感器结构很简单，如果使用环境
是干燥的，可以不加保护层，而经密封的热敏电阻不怕湿 气侵蚀，可以用于任何环境，
有 一种特殊的 NTC 热敏电阻，在某个特定温度附近时
一 吨 NTC 热敏也阻.
NTC是Negative
Temperature Coef-
电阻急剧变化，适用于制成热保护开关.将开关型的热敏
ficient 的缩写， 15;思是地采用光电式转速表进行转数的测
量.光电式转速表测试装置可以与被测工件保持一定距离，
进行非接触的测量，而且反应迅速准确，能测量很高的转
速，又不影响被测工件的工作.
光电式转速表原理见图 3-2-4 ，光源 l 发出的光线经透
镜 2 会聚成平行光束照射到被测旋转物 3 上，光线被事先粘
贴在旋转物体上的反光纸 4 反射回来，经透镜 5 聚焦落在光 敏二极管 6 上，它产生与转速对应的电脉冲信号，转速快慢
不同，接收的脉冲信号数量多少不同，经信号处理电路处
理后，由显示器 10 显示出每分钟或每秒钟的转数即转速.
l 光源 7 遮光罩 不 5 透镜 8 放大、整形电路 3 被测旋转物 9 频率计电路 4 反光纸 10. 显示器 6. 光敏二极管
光电式转速表原理图
利用光敏二极管工作的
光传感器实物图
装触片的一端)伸出外面.
4. 使用方法
烧水时，将感温管插入壶嘴内(入水部分不少于 70mm) 即可.不用时要把感温管放在
J在 l 素;三 -~
通风干燥的地方.
此电路静态时耗电很少，动态时耗电约为 80mW
事课外阅览
CCD 图像传感器
伴随着数码相机、带有摄像头的手机等电子设备风靡全球，人类已经进入了全民数码影 像的时代，每一个人都可以随时、随地、随意地用影像记录每一瞬间.带领我们进入如此五
彩斑斓世界的，就是美国科学家威拉德·博伊尔 (Willard
S. Boyle )和乔治·史密斯( George
Smith) 于 1969 年发明的 CCO( 电荷搞合器件)图像传感器.这两位科学家也因此与华裔
cco 图像传感器是一种数字传感器，能够把光学影像转化为数字信号，作用就像胶片一
科学家高钝分享了 2009 年诺贝尔物理学奖.
样，但它是把图像像素转换成数字信号.它应用了爱因斯坦有关光电效应理论的结果，即光
照射到某些物质上，能够引起物质的电性质发生变化，从而将图像的光信号转变为电信号.
它采用一种高感光度的半导体材料，在很短的时间内，将每一个点上因为光照而产生改变的
大量电信号采集并且辨别出来，将光线照射导致的电信号变化转换成数字信号，使得其高效
存储、编辑、传输都成为可能. cco 图像传感器是数码相机的电子眼，它取代了胶片，革新了摄影术，电子化地将光记 录下来，极大地方便了对图像的处理和发送. 无论是大海中的深邃之地，还是宇宙中的遥远 之处，它都能给我们带来水晶般清晰的影像. 如今， cco 图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪，
以及工业领域等.此外，在医学中为诊断疾病或进行显微手术等而对人体内部进行的拍摄中， 也大量应用了 cco 图像传感器及相关设备.
四骂: 扮理在线
通过网络查询，了解除电阻效应和热膨胀效应之外，还有什么物理规律或物理性质可以
应用于测温.
生活中的传感器
当今世界，传感器技术不仅广泛地应用在各种高科技
和工农业生产领域中，而且应用于现代化家庭生活的方方
面面，给人们带来越来越多的便利.
传感器在家用电器中的应用情况，见课后表 3-3- 1.其
中使用最多的是温度传感器，其次是湿度、气体、光、磁、 压力、烟雾、声敏等传感器.通过本节学习，同学们将对传 感器在家用电器中的一些应用有初步的了解.
:·洗衣机申的传感器
模糊洗 衣机是洗衣机自动完成一 系
列过程，还要节电省水，不是件简单的事.目前，全自动洗 衣机已实现了利用传感器和电脑技术对洗涤全过程进行检测 和控制.近年流行的模糊洗衣机中的传感器，大致有以下几类.
们对家 电 使用的经 验知识‘并 据此建立操作模式，在电 脑的
控制下可模仿入的思维作出 操
( 1 )水位传感器:用来确定水位的高低和衣服吸水能
作判断的家用电器
模式的建立，利用了美国数 学 家扎德( La Zadeh ) 1965 年提出
( 2 )负载量传感器:用来检测洗涤物的多少. ( 3 )水温传感器:根据环境温度和水温，自动控制洗
的模糊集合理论，故而得;名 珞 ...1 Y. -f I ~?:!i__2I~:-..rJ'''''
( 4 )布质传感器 :J?过自动感知衣服重量和吸水程度，
感知衣服的质量，自动选择洗涤方式.
( 5 )洗涤粉传感器:测定洗涤粉的种类.
( 6 )脏污程度传感器:在洗衣桶的排水口处，有一红外
光电传感器.使红外线通过水而进入另 一侧的接收管，当水透
明度低时，接收管获得的光能小，由此检测洗净度、漂净度
( 7 )脱水(压电)传感器:从脱水桶喷射出来的水，
作用到压电传感器上，可根据压力的变化，控制脱水动作.
这几个传感器收集到的信息，经微电脑综合推理判断
后，便自动选择出最适当的水位、洗涤时间、洗涤动作以及
洗涤温度等工作参数，并执行最佳的工作程序 。
?电冰畔的传感器
电冰箱主要由制冷系统和控制系统两大部分组成，其
中控制系统是用来保证电冰箱在各种使用条件下能够安全
可靠地运行.控制系统主要包括:温度自动控制、除霜温 度控制、过热及过电流保护等.在控制系统中，传感器起 着非常重要的作用. 电冰箱运行时，由温度传感器组成的温控器按设定的 冰箱温度自动接通和断开电路控制制冷压缩机的启动与
停止.当给冰箱加热除霜时，由温度传感器组成的除霜温
负荷也叫用气敏元件制作有害气体报警器和可燃
气体报警器.另外，家庭防盗也是居家安全的一项重要措
施.有一种敲击防盗报警器，它利用压电式传感器对门窗
玻璃损毁产生反应，形成对报警装置的启动.还有一种冲 击防盗报警器，由冲击传感器和执行电路两部分组成.冲
击传感器的结构如图 3-3-1 所示.在外壳的基板上固定一个
螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，它们
都是电的良导体，外壳也使用电的良导体制成.在静止状
态下，不论传感器置于何种状态，钢球和外壳呈断开状态
不会导通，一旦传感器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、
撬动时，则钢球受到扰动产生运动与外壳接通，便可触发
执行电路，使报警装置开始工作.
在我们的周围，到处都可以感受到传感器带来的好处.
l 踩枪 2.5单策
6 绝缘 J，J;饭
电冰箱、洗衣机、微波炉、摄像机、煤气用具、电烤箱、防
盗报警、消防感烟报警……许许多多的自动系统都采用了
4. :t';l 片
冲击传感器的结构瓜，也罔
传感器，就更不要说现代交通工具汽车、火车、飞机……直
至航天器和机器人了传感器用处太多太大了有种种传
感器我们目前虽不能完全弄明白它的原理，但是我们已经
享受了它给我们带来的许多便利.
I· 传感器与人的感冒
传感器不妨被认为是机器的感觉器官，我们不难把许
多传感器与人的感觉器官对号入座.
光传感器和由它制成的录像头、监控探头，可以类比
对有毒有害气体进行监控的化学和生物传感器，相当
于人的鼻和舌等嗅觉、味觉器官.
力学和振动传感器，以及温度传感器可以认为相当于
人类的触觉器官，如手、足、皮肤等.
声传感器不妨认为是机器的耳朵. 有些传感器的测量内容，比如湿度、大气压，不是人
体个别器官的功能，而是人的整体感觉所作出的判断
当然也有一些传感器能承担人的感官所做不到的任务，
比如在磁场、电场、超声、高温、低温和高压等环境中工作.
对于某些物理量的变化，如对电磁场及各种辐射等，人
有时不知不觉，甚至在受到伤害时也元从察觉，而传感器 却可以探测到.可见传感器可以做得比人的感官更广泛、全 面一些.有一些探测工作，为了避免危及人的健康，尽管人
类可以感知，但也尽量让传感器去做，以保护人类不受有
害环境的伤害，比如对有害气体污染的探查.
另外，在有些探测活动中，传感器可以比人灵敏，或
者可以报告更准确的结果，例如对温度、声、光等的探测传
感器可以作出定量的报告;传感器可以全天候不间断地执 行任务;
传感器的反映是客观的，人的感受有时会受心理
活动的干扰而作出不客观的判断.比如，心情不同时人对
冷、热的感觉会有不同;还比如瞠孔可以自动调节以适应
环境，所以人眼对光亮度的感受也可以大不一样.以上情 况表明，传感器确实有， 3 ,
4.. 直到 l 号脚的对面为 8 号为止
制作电子电路过程中，由于元件的种类和参数不同，在选择时可能需 要变更，因此，在电路板上进行焊接前，要利用临时的实验板进行组装调
试集成电路实验板(俗称成调查报告.再选择你认为最 主要、最有效益的一种作认真地分析，可以通过查找资料弄懂它的原理，调查并分析它的使
用在技术、经济上带给人们的效益.
1.分组建议
( 1 )个人和家庭生活中的传感器.
(2 )与交通运输相关的传感器.如道路、桥梁及交通工具(汽车、摩托车、轮船、飞机
等)，根据个人条件侧重某些方面进行调查、了解，可求助维护、修理人员
( 3 )工业生产中的传感器应用，有条件找到自动化程度高的大工厂最好. (4 )参观当地科技馆.
( 5 )上网了解传感器的应用和原理等知识.
2. 活动的开展方式
( 1 )制订计划，根据条件确定侧重点，准备调研.
(2 )联系相关专业人士，约定活动日期.
( 3 )参观访问，收集资料，必要时到图书馆深入了解相关问题，做到至少了解一两种传
感器的详细情况.
(4 )个人整理成调研报告，并汇集成小组报告的形式 ( 5 )班内举行活动开展交流，除一般交流外，可推举重点报告人详细介绍.
66/1、制1乍
用光敏电阻制作自动调光台灯
台灯的光线过强、过弱都会对人 o!t造成伤害.以下介绍的自动调光台灯是在普通调光台
灯的基础上加装一光控电路，使其能根据周围环境照度(照度是描述被照面的照亮程度的物 理量)自动调整台灯亮度.当环境照度较弱时，其亮度就大;当环境照度较强时，其亮度就
小.该制作电路简单，适于自制.
1.工作原理.
自动调光台灯电路如图 3-5-6 所示.
当开关 Sj 处于集成传 感器.大规模集成电路技术的发展提供了这种可能性.这种集成传感器有许多优点
( 1 )成本低.完善的硅集成电路工艺可降低成本.
(2 )小型化.多器件集中在一个芯片上，许多引线在芯片内连接，因此体积大为缩小. ( 3 )性能提高.因为附有温度补偿、信号放大等电路，而且集成度高，不易受环境干
扰，所以性能大大提高 .
(4 )外引线和焊点少，可靠性高.
( 5 )增加接口灵活性，可根据需要在集成芯片内设计阻抗变换电路、电平变换电路等，
以适应不同要求，便于同外电路连接，进行有效的传输.
( 6 )功能强.可以将多个同类传感器或多种不同类型传感器集成在一起，提高测量准确
度、精确度.还可以同时测多种参数并进行综合处理.
2. 智能传感器 这一概念来自宇宙航行的需要.为了控制飞船和合理利用太阳能，就要了解飞船在太空
的速度、姿态和位直等数据 .
为了保证宇航员正常生活，还要控制舱内温度、气压、温度、
飞船运动加速度和空气成分等，再加上飞船执行科研实验任务和观察结果的需要等，飞船上 需要大量的传感器 . 如果传感器的信号都交给计算机处理，那对计算机要求太高，而飞船上
不可能安装大型计算机.因此，人们便设法使许多传感器不仅可以感知和传输，而且可以对
信号进行必要的加工处理.于是人们把一个或多个传感器和微型计算机制作在一块集成芯片
上.这样的传感器具有以下特殊功能.
( 1 )传感器自身可以消除异常值和例外值，提供更全面、更真实的信息
(2) 具有信号处理功能.
( 3 )随机整定和自适应功能. (4 )能有一定存储、识别和自诊断功能 .
( 5 )内含一些特定算法，并可根据需要改变.
机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器装直，它既可以接受人类指
挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动.机器人
?'I'7 -_.嚣~.
是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、建筑 业甚至军事等领域中均有重要用途. 表 3-4-1
机器人所用外界检测传感器的分类及应用
栓测内容 光存在否，有无反射 光，亮度
物体或环境的色彩 颜色浓度
物体的平面位直、角
传感器装置 光电管、光电晶体管、
光电断流器
判断有无对象物体，检
测通过的对象物体 根据颜色识别物体，根 据颜色选择作业
物体空间位置，识别物 体方向，检测物体移动
光电晶体管陈列， CCD 图像传感器等
度，到达物体的距离
物体的面、棱、顶点、 二维形状、三维形状
硅光导摄像管等)
像管(光电摄像管
提取物体轮廓，识别物 体，提取物体固有特征
决定位直，控制速度，探 索和控制路径，识别物
彩色 TV摄像机、滤色器 和彩色尤电晶体管
科 W 光占们M 忡 忡 44 、坊、
J 犬幻如导肢压 半橡感 敏电、 压导针
开针电 型、、 微器点
感接 传膜) 电薄所
指夫和对象物体是 否接触，接触位直，
体姿态和形状，安全和 异常停止
控制握力，测量物体弹
指夫和对象物的压
压觉 力、握力、指面压力、 压力分布
性，对操作人员反馈，识
别握持物体
手腕、指夫、手指受 到的力或转矩
在垂直于握持面方向 物体的位移、旋转、 由重力引起的变形 否接近，接近距离， 对象面的倾斜
控制作业力，限制作业， 协调作业，拉制手腕移
动，伺服控制双向作用
应变针、负载单元、转
止测村 J 止面 值作表
圆筒状光电旋转传感器、 球形接点、旋转传感器、 微型开关、振动检测器
正'体 修动物
'合布 AO 〉」τ-
指夫和对象物体是
控制住直，探索和控制 路径，安全和异常停止
尤传感器、超声波传感器、 磁传感器、气压传感器
声音、超声波
语言拉制(人机接口)，移麦克风、超声波传感器
-，‘.，吗!·
且 j'化学成分探测
化学成分探测
在最近几年以及今后相当长一段时间内，人工智能材料和智能传感器的研究都是世人瞩
目的科技领域.虽然在人工智能材料及智能传感器的研究方面已向前迈出了重要一步，但是 目前人们还不能随意地设计和创造人造思维系统，而只能处在实验室中开拓研究的初级阶段. 今后人工智能材料和智能传感器的研究内容主要集中在如下几个方面.
( 1 )利用微电子学，使传感器和微处理器结合在一起形成可实现各种功能的羊片智能传
感器，仍然是智能传感器的主要发展方向之一. (2) 微结构(智能结构)是今后智能传感器的重要发展方向之一. 微型技术是一个广泛的应用领域，它覆盖了微型制造、微型工程和微型系统等多种科学 与多种微型结构.报型结构是指在 1μm~lmm 范围内的产品，它超出了人们的视觉辨别能
力.在这样的范围内加工出微型机械或系统，不仅需要有关传统的硅平面技术的深厚知识，
足~r~ v-ζ
还需要对微切削加工、微制造 、 微机械、微电子四个领域的知识有一个全面的了解.
领域是完成微型智能传感器系统设计的基本知识来
( 3 ) 利用生物工艺和纳米技术研制传感器功能材料，以此技术为基础研制分子和原子生物传感器
是一门新兴学科，是 21 世纪的超前技术.
(4 )完善智能器件原理和智能材料的设计方法，也将是今后几十年极其重要的课题.
在温 本章小结
1.传感器传感器是把外界的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的输出
器件或装置.它是利用以物理效应为主的各种效应来实现这种转换的.一种效应通过巧妙构
思，往往可以测量多种非电学量.
2. 温度传感器和先传感器
温度传感器可以将温度高低用电信号表现出来，光传感器
则可以将光的强弱及其变化用电信号表现出来，这两种传感器用途广泛，与我们的日常生活 3. 传感器的应用 无论农业、工业、交通运输还是日常生活中，传感器都得到了广泛
应用.例如环境监测、火灾报警、温度监控、自动照明等，都离不开各类传感器.在与我们
日常生活密切相关的家用电器中，也常常能见到传感器的身影.
'‘iIIIIE值 peak value 副线圈 secondary coil
正弦交变电流
sinusoidal altemating current 33 self-induction 23 23 23 36
自感电动势
inductive reactance
感应电动势
induction electromotive force 感应电流 induction cuηent
self-induction electromotive force 自感系数 self-inductance 周期 period
WU'L11选修3含 戎亏针 μ 队社第一章电磁感应1.电磁感应的发现………… ...............22. 感应电流产生的条件…….........…… 6 3. 法拉第电磁感应定律… ..................84. 楞次定律…
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