高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機 學(xué)案3 習(xí)題課：交變電流的產(chǎn)生及描述同步備課課件 滬科版選修32

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1、3 習(xí)題課：交變電流的產(chǎn)生及描述第2章交變電流與發(fā)電機目標(biāo)定位1.理解交變電流的產(chǎn)生過程，能夠求解交變電流的瞬時值.2.理解交變電流圖像的物理意義.3.知道交變電流“四值”的區(qū)別，會求解交變電流的有效值.內(nèi)容索引知識探究達(dá)標(biāo)檢測1知識探究一、對交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解求解感應(yīng)電動勢瞬時值時：(1)先要計算峰值EmaxnBS；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始，以便確定瞬時值表達(dá)式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化；(3)確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度(以rad/s作單位)；(4)最后確定感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式.例例1圖1甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖.其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸O

2、O勻速轉(zhuǎn)動，線圈的匝數(shù)n100匝，電阻r10 ，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R90 ，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表.在t0時刻，線圈平面與磁場方向平行，穿過每匝線圈的磁通量隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化.求：圖1(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢最大值；圖1答案解析62.8 V交流發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的最大值EmaxnBS由t圖線可知，max2.0102 Wb，T0.2 s所以Emax20 V62.8 V.(2)電動勢的瞬時值表達(dá)式；答案解析e62.8cos (10t) VeEmaxcos t62.8cos (10t) V(3)線圈轉(zhuǎn)過 s時電動勢的瞬時值；答案解析31.4 V答案解析(4)電

3、路中交流電壓表的示數(shù).二、交變電流圖像的應(yīng)用正弦交流電的圖像是一條正弦曲線，從圖像中可以得到以下信息：1.周期(T)和角速度()：線圈轉(zhuǎn)動的角速度 2.峰值(Em，Im)：圖像上的最大值，可計算出有效值3.瞬時值：每個“點”表示某一時刻的瞬時值.4.可確定線圈位于中性面的時刻，也可確定線圈平行于磁感線的時刻.5.判斷線圈中磁通量及磁通量變化率 的變化情況.例例2(多選)如圖2所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法正確的是A.在圖中t0時刻穿過線圈的磁通量均為零B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之

4、比為32C.交流電a的瞬時值為e10sin (5t) VD.交流電b的最大值為 V圖2答案解析由題圖可知，t0時刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，A錯誤；由題圖可知TaTb23，故nanb32，B正確；由題圖可知，C正確；因ab32，交流電最大值EmaxnBS，三、交變電流有效值的計算交變電流有效值的計算一般有以下兩種情況：1.對于按正(余)弦規(guī)律變化的電流，可先根據(jù)EmnBS求出其峰值，然后根據(jù)E 求出其有效值.2.當(dāng)電流按非正弦規(guī)律變化時，必須根據(jù)有效值的定義求解.計算時要注意三同：相同電阻、相同時間(一般要取一個周期)、產(chǎn)生相等熱量.例例3有兩個完全相同的電熱器，分別通以如圖3甲和

5、乙所示的峰值相等的方波交變電流和正弦交變電流.求這兩個電熱器的電功率之比.答案解析圖321交變電流通過純電阻用電器R時，其電功率PI2R，I應(yīng)該是交變電流的有效值.對于題圖甲所示的方波交變電流，因大小恒定，故有效值I甲Im.對于題圖乙所示的正弦交變電流所以P甲P乙21.四、交變電流“四值”的應(yīng)用比較交變電流的四值，即最大值、有效值、瞬時值、平均值，在不同情況下的使用：(1)在研究電容器的耐壓值時，只能用最大值.(2)在研究交變電流做功、電功率及產(chǎn)生的熱量時，只能用有效值，交流電表顯示的也是有效值.(3)在研究交變電流通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時，只能用平均值.(4)在研究某一時刻線圈受到的安培力時

6、，只能用瞬時值.特別提醒特別提醒(1)交變電流的平均值是針對某一過程的物理量，在不同的時間內(nèi)平均值一般不相同.(2)平均電動勢不等于初、末兩時刻瞬時值的平均值，必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計算即例例4一個電阻為r、邊長為L的正方形線圈abcd共N匝，線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸OO以如圖4所示的角速度勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R.(1)寫出此刻線圈感應(yīng)電流的方向.答案解析圖4見解析由右手定則可判定電流的方向沿adcba.(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值為多大？答案解析見解析EmaxNBSNBL2.(3)設(shè)發(fā)電機由柴油機帶動，其他能量損失不計，線圈轉(zhuǎn)一周柴油機做多少功？答案解

7、析見解析由于不計能量損失，柴油機做的功全部轉(zhuǎn)化為電能，線圈轉(zhuǎn)一周，柴油機做的功2(4)從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過60的過程中通過R的電荷量是多少？答案解析見解析通過R的電荷量圖4(5)圖中電流表和電壓表的示數(shù)各是多少？答案解析圖4見解析電流表示數(shù)達(dá)標(biāo)檢測21.(交變電流圖像的應(yīng)用)(多選)圖5甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中甲電壓按正弦規(guī)律變化.下列說法正確的是A.甲表示交流電，乙表示直流電B.兩種電壓的有效值相等C.甲電壓的瞬時值表達(dá)式為u 311sin (100t) VD.甲交變電流的有效值比乙交變電流的有效值大123圖7答案解析兩題圖中交變電流的大小和方向都隨時間變化，在t軸的上方為正，

8、下方為負(fù)，A錯.有效值E 只對正弦交流電適用，將兩個圖像疊放在一起，可以看出兩個交變電流的最大值相等，甲對應(yīng)的有效值大，所以B錯，D對.由題圖甲可知C對.1232.(對交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解)如圖6所示，在勻強磁場中有一個“”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B T，線框的CD邊長為20 cm，CE、DF長均為10 cm，轉(zhuǎn)速為50 r/s.若從圖示位置開始計時：(1)寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；圖6答案解析123線框轉(zhuǎn)動，開始計時的位置為線圈平面與磁感線平行的位置，在t時刻線框轉(zhuǎn)過的角度為t，此時刻eBl1l2cos t，即eBScos t，123(2)在et坐標(biāo)系中作出線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化關(guān)系的圖像.答案解析見解析圖線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化關(guān)系的圖像如圖所示.1233.(交變電流“四值”的應(yīng)用比較)如圖7所示，單匝線圈在勻強磁場中繞OO軸從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動.已知從圖示位置轉(zhuǎn)過 時，線圈中電動勢大小為10 V，求：(1)感應(yīng)電動勢的最大值；答案解析圖720 V圖示位置為中性面，從此時開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值為eEmaxsin t，將t ，e10 V代入上式，求得Emax20 V.123(2)感應(yīng)電動勢的有效值；答案解析此電流為正弦交變電流，所以感應(yīng)電動勢的有效值123(3)與線圈相接的交流電壓表的示數(shù).答案解析123