2019-2020年人教版高中物理選修3-2教案：4交變電流.doc

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2019-2020年人教版高中物理選修3-2教案：4交變電流知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖基本知識(shí)回顧一、交變電流的產(chǎn)生1交變電流的定義：_都隨時(shí)間做_變化的電流叫做交變電流2正弦式交變電流(1)定義：隨時(shí)間按_變化的交變電流叫做正弦交變電流正弦式交流電的圖象是_曲線(2)產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于_磁場(chǎng)中，并繞_方向的軸做_轉(zhuǎn)動(dòng)3中性面：(1)中性面定義：與磁場(chǎng)方向_的平面叫中性面(2)中性面的特點(diǎn)：1)線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量_但磁通量的變化率為_(kāi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)_2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，_次經(jīng)過(guò)中性面，線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面，電流的方向就改變一次4中性面垂面：(1)中性面垂面定義： (2)中性面垂面的特點(diǎn)：注意：“兩個(gè)位置”、“一個(gè)規(guī)律”(1)兩個(gè)特殊位置線圈平面與中性面重合時(shí)，SB，最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流均為零，感應(yīng)電流改變方向線圈平面平行于磁場(chǎng)時(shí)，S/B，0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流最大二、描述交變電流的物理量1交變電流的瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，是時(shí)間的函數(shù)2交變電流的峰值： EmNBS Im (R為電路的總電阻) UmImR(R為某段電路的電阻)3交變電流的有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的讓交流電和直流電通過(guò)相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫這一交流電的有效值，用”E、I、U”表示在正弦交變電流中有效值與峰值之間的關(guān)系為：EEm，UUm, IIm. 4交變電流的平均值(1)交變電流圖象中圖線與t軸所圍成的面積與時(shí)間的比值叫做交變電流的平均值(2)平均值是利用EN來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，計(jì)算電荷量時(shí)只能用平均值5交變電流的周期和頻率(1)周期T：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一圈)所需的時(shí)間(2)頻率f：交變電流在 1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，周期和頻率的關(guān)系： T或 f，2f.注意：只有正弦(或余弦)交變電流才有I ，E的關(guān)系，對(duì)于非正弦式交流電的有效值要根據(jù)有效值的定義求解. 三、交變電流的變化規(guī)律1正弦交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流隨時(shí)間的變化規(guī)律：eEmsin t uUmsin t iImsint以上各式均以線圈在_的位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)2正弦交變電流的圖象(如圖所示)三、電感和電容對(duì)交流電的作用電阻對(duì)交流電流和直流電流一樣有阻礙作用，電流通過(guò)電阻時(shí)做功而產(chǎn)生熱效應(yīng)；電感對(duì)交流電流有阻礙作用，大小用感抗來(lái)表示，感抗的大小與電感及交變電流的_有關(guān)；電容對(duì)交流電流有阻礙作用，大小用容抗來(lái)表示，容抗的大小與電容及交變電流的_有關(guān)基本題型分析一、交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)技巧1瞬時(shí)值表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)(1)確定正統(tǒng)交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式EmnBS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：線圈從中性面位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImsint.線圈從垂直中性面位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImcost.2正弦交流電的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)).規(guī)律物理量函數(shù)圖象磁通量mcostBScost電動(dòng)勢(shì)eEmsintnBSsint電壓uUmsintsint電流iImsintsint【典型例題1】如圖所示，是家庭用電交變電源輸出電壓U隨時(shí)間t變化的圖象，若某家用電器的電阻為44，則通過(guò)電器的電流i隨時(shí)間t變化的規(guī)律是() Ai5 sin 100 t(A) Bi5 sin 200t(A) Ci5 sin 100 t(A) Di5 sin 200t(A)【溫馨提示】由題圖可知，Um和T；由歐姆定律可知Im, 由可知；iImsint(A)【變式訓(xùn)練1】 正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照?qǐng)D甲所示的方式連接，R10，交流電壓表的示數(shù)是10V.圖乙是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象則()甲乙 A通過(guò)R的電流iR隨時(shí)間t 變化的規(guī)律是 iRcos100t(A) B通過(guò)R的電流iR隨時(shí)間t 變化的規(guī)律是 iRcos50 t(A) C. R兩端的電壓uR隨時(shí)間t 變化的規(guī)律是 uR5cos100t(V) DR兩端的電壓uR隨時(shí)間t 變化的規(guī)律是 uR5cos50t(V)二、關(guān)于交變電流的 “四值”的分析計(jì)算“對(duì)比法”理解交變電流的“四值”物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值 交變電流某一時(shí)刻的值eEmsint iImsin t 計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值EmnBSIm 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EUI (只適用于正弦式電流)(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電動(dòng)率 、電熱等 )(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)識(shí)的一般是指有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值(4)電表的讀數(shù)為有效值平均值 交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值BLn計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量【典型例題2】 如圖甲所示 ，將阻值為R5的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的正弦交變電源上，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，電流表串聯(lián)在電路中測(cè)量電流的大小下列說(shuō)法正確的是() A電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式為u2.5sin200t(V) B電阻R消耗的電功率為1.25W C若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，如圖丙所示，當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流表的示數(shù)為1A D這一交變電流與圖丁所示電流比較，其有效值之比為 .溫馨提示 A由圖乙可知Im 和T，從而求出Um 和 ，即可得R兩端電壓U的表達(dá)式；B.注意PIR；C.當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流的有效值也增加一陪；D.圖丁中電流的大小不變，有效值為0.5A.【變式訓(xùn)練2】 (1)某發(fā)光裝置的發(fā)光電流為0.49A，即通過(guò)該發(fā)光裝置的電流大于等于0.49A時(shí)才會(huì)發(fā)光，當(dāng)該裝置通過(guò)【典型例題2】中圖乙所示的交流電時(shí)能發(fā)光嗎若能，1min 內(nèi)該裝置發(fā)光幾次：(2)【典型例題2】圖乙中的交變電流經(jīng)過(guò)一二極管后，其i t 圖象如圖所示，則該電流的有效值多大 交變電流隨堂練習(xí)題（一）1南京市東城區(qū)民用電網(wǎng)改造完成后，某居民小區(qū)變壓器輸出端的交變電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為u220 sin100 t (V)，對(duì)此交變電壓，下列表述正確的是() A最大值是220V B頻率是50Hz C有效值是220V D周期是0.01s2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)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象，如圖乙所示，則 () At0.005s時(shí)線框的磁通量變化率為零 Bt0.01s時(shí)線框平面與中性面重合 C線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311V D線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100Hz3如圖所示，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈 abcd 以恒定的角速度繞ab 邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab 垂直，在 t0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，線圈的 cd 邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng)若規(guī)定ab c d a方向的感應(yīng)電流為正方向，則能反映線圈感應(yīng)電流I隨時(shí)間 t 變化的圖線是()4通有電流iImsint的長(zhǎng)直導(dǎo)線OO與斷開(kāi)的斷開(kāi)環(huán)型線圈在同一平面內(nèi)，如圖所示(設(shè)電流由O到O為正)，為使A端的電勢(shì)高于B端的電勢(shì)且UAB減小，交流電必須處于每個(gè)周期的() A第一個(gè)周期 B第二 個(gè)周期 C第三個(gè)周期 D第四個(gè)周期5將定值電阻R110、R220串聯(lián)接在正弦交流電路中，通過(guò)電阻R2的電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖所示則() A通過(guò)R1的電流有效值是1.2A BR1兩端的電壓有效值是6V C通過(guò)R2的電流有效值是1.2A DR2兩端的電流有效值是6V6如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈 abcd 的匝數(shù)為n，線圈電阻為 r，外電路的電阻為R，ab的 中點(diǎn)和cd 的中點(diǎn)的連線OO恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，現(xiàn)在線圈以O(shè)O為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求： (1)閉合電路中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式；(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量；(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中電阻R上通過(guò)的電荷量；(4)電阻R上的最大電壓第40講交變電流的產(chǎn)生和描述電感和電容對(duì)交變電流的影響知識(shí)整合基礎(chǔ)自測(cè)一、1.大小和方向周期性2.(1)正弦規(guī)律正弦(2)勻強(qiáng)垂直磁場(chǎng)勻速(3)垂直3.(1)最大零零(2)兩二、1.中性面三、頻率頻率重點(diǎn)闡述【典型例題1】如圖所示，是家庭用電交變電源輸出電壓U隨時(shí)間t變化的圖象，若某家用電器的電阻為44，則通過(guò)電器的電流i隨時(shí)間t變化的規(guī)律是() Ai5 sin 100 t(A) Bi5 sin 200t(A) Ci5 sin 100 t(A) Di5 sin 200t(A)【答案】C【解析】 由題圖知，Um311 V220 V，T0.02 s，所以，Im5A，w100，因此，iImsinwt(A)5sin100t(A)，故選C.變式訓(xùn)練1A【解析】 100 rad/sA對(duì)，B、D錯(cuò)，又I1 A故ImIA，u10 V故C錯(cuò)，因此選A.【典型例題2】 如圖甲所示 ，將阻值為R5的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的正弦交變電源上，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，電流表串聯(lián)在電路中測(cè)量電流的大小下列說(shuō)法正確的是() A電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式為u2.5sin200t(V) B電阻R消耗的電功率為1.25W C若此交變電流由一矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，如圖丙所示，當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電流表的示數(shù)為1A D這一交變電流與圖丁所示電流比較，其有效值之比為 .【答案】AD【解析】圖乙所示電流的最大值為Im0.5 A，由歐姆定律得UmImR2.5 V周期為T(mén)0.01 s，200 rad/s，所以R兩端電壓的表達(dá)式為u2.5sin200t(V)，A正確；該電流的有效值為I，電阻R消耗的電功率為PI2R，解得P0.625 W，B錯(cuò)誤；該交變電流由圖丙所示矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)速提升一倍時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBS為原來(lái)的2倍電路中電流的有效值也是原來(lái)的2倍，為2A1 A電流表的示數(shù)為有效值，C錯(cuò)誤；圖乙中的正弦交變電流的有效值為A.圖丁所示的交變電流雖然方向發(fā)生變化，但大小恒為0.5 A，可知D正確變式訓(xùn)練2(1)能發(fā)光12000次(2)0.25 A【解析】 (1)由于典型例題2圖乙中的最大電流為Im0.5 A0.49 A，因此該裝置能發(fā)光，且一個(gè)周期能發(fā)光兩次，因?yàn)門(mén)0.01 s，所以1 min內(nèi)發(fā)光次數(shù)為n212 000次(2)根據(jù)電流的熱效應(yīng)一個(gè)周期內(nèi)該電流產(chǎn)生的熱量為QIRTR.解得電流的有效值為I有0.25 A.隨堂演練1.BC【解析】 此交變電壓最大值是220V，有效值是220 V，頻率是50 Hz，周期是0.02 s，選項(xiàng)BC正確，AD錯(cuò)誤2.B【解析】 甲圖中處于中性面，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零磁通量最大，寫(xiě)出交變電壓瞬時(shí)表達(dá)式u311sin100tV故t0.005 s時(shí)磁通量變化率最大，A錯(cuò)，t0.01 s時(shí)與中性面重合故B對(duì)，線框平產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)最大值為311 V有效值應(yīng)為220 V，故C錯(cuò)，線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為fHz50 Hz，故D錯(cuò)，故選B.3.C【解析】 根據(jù)右手定則或楞次定律可以判斷，t0時(shí)刻線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng)而切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電流I為正向；此時(shí)線圈磁通量為零，但是cd邊切割磁感線的速度最大，磁通量的變化率最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流最大，故C正確4.A【解析】 由E可知，要E減小，即要減小，題中要求AB，由楞次定律知，只有在0才符合要求5.B【解析】 通過(guò)R1的電流有效值是0.6 A，R1兩端的電壓有效值是6 V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤B正確；通過(guò)R2的電流有效值是0.6 A，R2兩端的電壓有效值是12 V，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤6.(1)isint(2)(3)(4)【解析】 (1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，總是只有一條邊切割磁感線，且ad邊和bc邊的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度大小相等當(dāng)線框平行于磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為EmnBLvnBLLnBL2.由閉合電路歐姆定律可知Im，當(dāng)以圖示時(shí)刻(線框垂直于磁場(chǎng))為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，流過(guò)R的電流表達(dá)式為iImsintsint.(2)在線框由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90的過(guò)程中，流過(guò)R的電流由0變化到最大值，故可以用有效值計(jì)算電阻R產(chǎn)生的熱量：QI2R，其中I， T，即QI2R(3)在轉(zhuǎn)過(guò)90過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)為流過(guò)R的平均電流為所以流過(guò)R的電荷量為q(4)由部分電路歐姆定律可得電阻R上的最大電壓為UmImRR.