（通用）高中物理 第二章 交變電流 微型專題練4 交變電流的產(chǎn)生及描述學(xué)案 教科選修32

1、微型專題4交變電流的產(chǎn)生及描述學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解交變電流的產(chǎn)生過程，能夠求解交變電流的瞬時(shí)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(huì)求解交變電流的有效值.一、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(dòng)的角速度.(2)峰值(Em、Im)：圖像上的最大值.可計(jì)算出有效值E、I.(3)瞬時(shí)值：每個(gè)“點(diǎn)”表示某一時(shí)刻的瞬時(shí)值.(4)可確定線圈位于中性面的時(shí)刻，也可確定線圈平行于磁感線的時(shí)刻.(5)判斷線圈中磁通量及磁通量變化率的變化情況.例1(多選)如圖1所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正

2、弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖像如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法正確的是()圖1A.在圖中t0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C.交流電a的瞬時(shí)值表達(dá)式為u10sin (5t) VD.交流電b的最大值為 V答案BCD解析由題圖可知，t0時(shí)刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，A錯(cuò)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UmnBS，故UmaUmb32，UmbUma V，D正確.二、交變電流有效值的求解和應(yīng)用對于交變電流有效值的計(jì)算一般有以下兩種情況：(1)對于按正(余)弦規(guī)律變化

3、的電流，可先根據(jù)EmnBS求出其最大值，然后根據(jù)E求出其有效值.有關(guān)電功、電功率的計(jì)算，各種交流儀表讀數(shù)都要用有效值.(2)當(dāng)電流按非正(余)弦規(guī)律變化時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解，在計(jì)算有效值時(shí)要注意三同：相同電阻、相同時(shí)間(一般要取一個(gè)周期)、產(chǎn)生相同熱量.例2有兩個(gè)完全相同的電熱器，分別通以如圖2甲和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(gè)電熱器的電功率之比.圖2答案21解析交變電流通過純電阻用電器R時(shí)，其電功率PI2R，I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，有效值I乙，P甲I m2R，P乙2RI m

4、2R所以P甲P乙21.例3如圖3所示的交變電流由正弦式交變電流的一半和反向脈沖電流組合而成，則這種交變電流的有效值為()圖3A.I0 B.I0 C.I0 D.I0答案C解析由題圖知交變電流的周期T2 s.一個(gè)周期內(nèi)：前半個(gè)周期電流的有效值：I1，后半個(gè)周期電流的有效值：I2I0.設(shè)交變電流的有效值為I，根據(jù)交變電流有效值的定義有I2RTI12RI22R2RI02R，解得II0，故選項(xiàng)C正確.三、交變電流“四值”的比較交變電流的四值，即峰值、有效值、瞬時(shí)值、平均值，在不同情況下的應(yīng)用：(1)在研究電容器的耐壓值時(shí)，只能用峰值.(2)在研究交變電流做功、電功率及產(chǎn)生的熱量時(shí)，只能用有效值，交流電表

5、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(shí)，只能用平均值.(4)在研究某一時(shí)刻線圈受到的安培力時(shí)，只能用瞬時(shí)值.例4一個(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(dòng)，外電路電阻為R.圖4(1)寫出此時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流的方向.(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為多大？(3)線圈平面與磁感線夾角為60時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？(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？(5)圖中理想電流表和理想電壓表的示數(shù)各是多少？答案見解析解析(1)由右手定則可判定電流沿adcba方向.(

6、2)EmNBSNBL2.(3)線圈平面與磁感線成60角時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢eEmcos 60NBL2.(4)通過R的電荷量qttN(5)理想電流表的示數(shù)I理想電壓表的示數(shù)UIR.1.(交變電流圖像的應(yīng)用)如圖5甲所示,標(biāo)有“220 V40 W”的燈泡和標(biāo)有“20 F300 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān).下列判斷正確的是()圖5A.t時(shí)刻，的示數(shù)為零B.燈泡恰好正常發(fā)光C.電容器不可能被擊穿D.的示數(shù)保持110 V不變答案B解析的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220 V，故A、D錯(cuò)誤；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，B正確；電壓的峰值Um2

7、20 V311 V，大于電容器的耐壓值，故電容器有可能被擊穿，C錯(cuò)誤.2.(交變電流有效值的應(yīng)用)如圖6所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電流與時(shí)間的變化關(guān)系.若使這兩種電流分別通過兩個(gè)完全相同的電阻，則經(jīng)過1 min的時(shí)間，兩電阻消耗的電功之比W甲W乙為()圖6A.1 B.12C.13 D.16答案C解析計(jì)算電功時(shí)，I要用有效值.題圖甲中，設(shè)周期為T，由有效值的定義得( A)2R0( A)2RI12RT，得I1 A；圖乙中，電流的大小不變，I21 A，由WI2Rt可以得到W甲W乙13，C正確.3.(有效值的計(jì)算和應(yīng)用)(多選)如圖7甲所示為電熱毯電路示意圖，交流電壓u311sin

8、 100t(V)，當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，電熱絲的電功率為P0；當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，加在電熱絲上的電壓如圖乙所示，則()圖7A.開關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為220 VB.開關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 VC.開關(guān)斷開時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 V，電熱絲功率為D.開關(guān)斷開時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為156 V，電熱絲功率為答案AD解析當(dāng)S接通時(shí)，加在電熱絲上的瞬時(shí)電壓u311sin 100t(V)，所以電熱絲兩端的電壓的有效值U1 V220 V，故A正確，B錯(cuò)誤.當(dāng)S斷開時(shí)，前半個(gè)周期內(nèi)所加電壓不變，但后半個(gè)周期內(nèi)U20，所以電熱絲的功率PP0.設(shè)此時(shí)交變電壓的有效值為U2，由得U2156 V，即電壓表的讀數(shù)為156 V，故C錯(cuò)誤，D正確.4.(交變電流“四值”的應(yīng)用)如圖8所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，邊長L10 cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r1 ，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度2 rad/s，外電路電阻R4 ，求：(保留三位有效數(shù)字)圖8(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值；(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過60角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢；(3)交流電壓表的示數(shù)；(4)周期內(nèi)通過電阻R的電荷量.答案(1)3.14 V(2)1.57 V(3)1.78 V(4)0.086 6 C解析