人教版高中物理選修11課件交變電流的產(chǎn)生

1、(1)交變電流：強(qiáng)度和 都隨時(shí)間做 變化的電流叫交變電流(2)正弦式交變電流的產(chǎn)生：一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸 轉(zhuǎn)動(dòng)，就可產(chǎn)生正弦式交變電流1交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律周期性勻速方向(3)正弦式交變電流的變化規(guī)律中性面：與磁場(chǎng)方向垂直的平面叫中性面中性面的特點(diǎn)：線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時(shí)，穿過線圈的磁通量最，但磁通量的變化率為，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為，線圈每經(jīng)過一次中性面，電流的方向改變大零零一次變化規(guī)律：eEmsintuUmsintiImsint以上各式成立的條件均為：t0時(shí)，線圈在中性面正弦交變電流的圖象：如圖1411所示(1)有效值定義：讓交流和直流通過相同的電阻，如果它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生

2、相同，這一直流的數(shù)值，叫做該交變電流的有效值，可用“E、I、U”來表示正弦式交變電流的有效值與峰值的關(guān)系2表征交變電流的物理量 熱量(2)周期、頻率和角頻率(角速度)及關(guān)系周期T：交變電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間；頻率f：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)；角頻率()；每秒轉(zhuǎn)過的角弧度，轉(zhuǎn)速(n)是指單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，單位有：r/min或r/s，角速度是指單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，單位是rad/s；我國(guó)民用交變電流的周期T0.02 s，頻率f50 Hz，角頻率100 rad/s.(1)電感對(duì)交變電流的阻礙作用電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小，用感抗XL表示，交變電流頻率f越大，線圈自感系

3、數(shù)L越大，XL就越大(表達(dá)式XL2fL)電感對(duì)交變電流有阻礙作用的原因：當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化3電感和電容對(duì)交變電流的作用 扼流圈有兩種：一種叫做低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很大，作用是“通直流， ”；另一種叫高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很小，作用是“通低頻， ”阻交流阻高頻(2)電容器對(duì)交變電流的作用交變電流能夠通過電容器，電容器交替進(jìn)行，電路中有了電流，表現(xiàn)為交流電通過了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)電容對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用容抗XC表示，交變電流頻率越大，電容越大，XC就越小(表達(dá)式：XC 電容

4、器在電路中表現(xiàn)為“通交流， ；通高頻，”充電和放電阻直流阻低頻如圖1412甲所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照?qǐng)D1412乙所示的余弦規(guī)律變化，在t 時(shí)刻()1交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 A線圈中的電流最大B穿過線圈的磁通量為零C線圈所受的安培力為零D穿過線圈磁通量的變化率最大解析線圈從圖中位置轉(zhuǎn)過90，線圈平面垂直磁感線，此時(shí)穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小(為零)，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流為零，A、B、D均錯(cuò)答案C解答交流電產(chǎn)生問題的注意重點(diǎn)：(1)要清楚交變電流的產(chǎn)生過程，

5、對(duì)中性面的理解要深刻透徹；線圈處于中性面時(shí)，通過線圈的磁通量最大但磁通量的變化率卻為零，同時(shí)中性面又是交變電流方向的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(2)交變電流的變化規(guī)律要從函數(shù)表達(dá)式與圖象兩方面結(jié)合起來理解一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度4 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖1413所示，則()A交變電流的頻率是4 HzB當(dāng)t0時(shí)，線圈平面與磁感線平行C當(dāng)t0.5 s時(shí)，e有最大值D交變電流的周期是0.5 s解析由于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度試題中已給出，所以線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可以由公式直接求出，線圈的頻率和交變電流的頻率是相同的4 rad/s，而2f，故f2 Hz，T 0.5 s由圖象可看出：t0時(shí)e0，線圈位于中性

6、面，即線圈平面跟磁感線垂直t0.5 s時(shí)，t2，e0.所以，應(yīng)選D.答案D如圖1414所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)N100，邊長(zhǎng)ab0.2 m，bc0.5 m，以角速度100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，試求：2交變電流瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值的應(yīng)用 (1)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值；(2)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)由t0至t 過程中的平均電動(dòng)勢(shì)值解析(1)因線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所以EmNBS又Sabbc所以EmNBabbc100100V314 V(2)由于線圈平面通過中性面開始計(jì)時(shí)，所以交流電瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsi

7、nT314sin100tV答案(1)314 V(2)314sin100tV(3)200V (1)交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式是正弦函數(shù)，還是余弦函數(shù)，與計(jì)時(shí)起點(diǎn)有關(guān)，寫瞬時(shí)值表達(dá)式時(shí)，須明確指出計(jì)時(shí)起點(diǎn)(2)計(jì)算電功、電熱時(shí)須用有效值，計(jì)算通過導(dǎo)體的電量時(shí)須用平均值，在考慮電容器的耐壓值時(shí)，須用最大值如圖1415所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，線圈匝數(shù)n50，每匝線圈面積0.48 m2，轉(zhuǎn)速150 r/min，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過90開始計(jì)時(shí)(1)寫出交變感應(yīng)電動(dòng)瞬時(shí)值的表達(dá)式(2)畫出et圖線解析(1)當(dāng)線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角

8、度t，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eEmsint，其中EmnBS.由題意知n50，B0.5 T， rad/s5 rad/s，S0.48 m2，EmnBS505 V188 V，所以e188sin 5t V.(2)根據(jù)交流電的方程畫圖線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出，交流電的頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)， ，而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出T2/0.4 s，et圖線如圖1416所示答案(1)e188sin 5t V(2)見解析圖 如圖1417所示的電感線圈，C為電容，A、B為兩只相同的燈泡，將它們?nèi)缬覉D接在電壓為U的交流電源上，兩燈泡的亮度一樣，若保持電源電壓不變，而將電源頻率增大，下列關(guān)于兩燈

9、泡發(fā)光情況的說法中正確的是()3電感和電容對(duì)交變電流的影響 A兩燈泡的亮度不變BA燈泡亮度不變，B燈泡變亮CA燈泡變暗，B燈泡變亮DA燈泡變亮，B燈泡變暗解析電源頻率增大時(shí)，電感L對(duì)電流的阻礙作用增大，電容C對(duì)電流的阻礙作用變小，故A燈泡變暗，B燈泡變亮答案C電源頻率越高，電感L對(duì)電流的阻礙作用越大，電容C對(duì)電流的阻礙作用越小兩相同的白熾燈L1、L2接到如圖1418所示的電路中，燈L1與電容器串聯(lián)，燈L2與電感線圈串聯(lián)，當(dāng)a、b處接電壓最大值為Um，頻率為f的正弦交流電源時(shí)，兩燈都發(fā)光，且亮度相同更換一個(gè)新的正弦交流電源后燈L1的亮度大于燈L2的亮度，新電源的電壓最大值和頻率應(yīng)滿足條件條件？A

10、最大值仍為Um，而頻率大于fB最大值仍為Um，而頻率小于fC最大值大于Um，而頻率為fD最大值小于Um，而頻率仍為f解析更換新正弦交流電源后燈L1亮度大于燈L2的亮度，說明和燈L1串聯(lián)的電容器對(duì)交流電流的阻礙作用變小，則新電源的頻率變大，故選A.答案A如圖1419甲所示，A、B表示真空中水平放置的相距為d的平行金屬板，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板加電壓后板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖乙表示一周期性的交流電壓波形，在t0時(shí)，將圖乙的交變電壓加在A、B兩板，此時(shí)恰有一質(zhì)量為m、電量為q的粒子在板間中央沿水平方向以速度v0射入電場(chǎng)，若此粒子在離開電場(chǎng)時(shí)恰能以平行于A、B兩板的速度飛出，求4交流電知識(shí)與力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)

11、用 (1)A、B兩板上所加交變電壓的頻率應(yīng)滿足的條件(2)該交變電壓U0的取值范圍(忽略粒子的重力)在解決交流電知識(shí)和力學(xué)綜合問題時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)由于交流電流的大小和方向、交流電壓的大小和正負(fù)，都隨時(shí)間周期性變化，這就引起磁場(chǎng)、電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向周期變化因此，在研究帶電體在場(chǎng)中受力時(shí)，一定要細(xì)微地進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力分析(2)分析具體問題時(shí)，要在研究分析物體在整個(gè)過程中各個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、建立起動(dòng)態(tài)的物理圖象上下功夫，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為物體受力方向改變時(shí)，物體一定同時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向，要根據(jù)物體的初始狀態(tài)和受力條件這兩個(gè)決定因素來確定物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，下面例題則是從相反的方向來說明這一點(diǎn)(3)分析時(shí)還應(yīng)

12、注意由于交流電的周期性變化而引起的分析結(jié)果出現(xiàn)多解的可能如圖14110所示，在真空中速度v107 m/s的電子束，連續(xù)地射入兩平行板間極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)102 m，間距d103 m兩極板不帶電時(shí)，電子束沿兩極板之間的中線通過在極板上加上50 Hz的交變電壓UU0sint，如果所加電壓的最大值U0超過某一值UC時(shí)，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)能通過兩極板，有時(shí)間斷，不能通過求：(1)UC的大小；(2)U0為何值時(shí)才能使通過的時(shí)間t通跟間斷的時(shí)間t斷之比t通t斷21.(電子質(zhì)量m1031 kg，電荷量e1019 C)解析本題考查了交流電瞬時(shí)值的求法及帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)答案(1)91 V(2)1

13、05 V 【例】如圖14112所示，矩形線圈abcd在磁感強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸OO，以角速度10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈共10匝，ab0.3 m，bc0.6 m，負(fù)載電阻R45 .求：(1)電阻R在0.05 s內(nèi)所產(chǎn)生的熱量；(2)0.05 s內(nèi)流過的電荷量(設(shè)線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng))錯(cuò)解解法1：第一步，求電流的有效值，用有效值來計(jì)算熱量電動(dòng)勢(shì)的最大值為m2nBlvnBS1020.30.610113.1(V)所以0.05 s內(nèi)R上發(fā)出的熱量QI2Rt5.76(J)第二步，根據(jù)有效值求通過R上的電量，由題意0.05 s內(nèi)通過R的電流方向不變qIt0.08 (C)分析糾正交流電的有效值是從電流產(chǎn)生焦耳熱相等的角度出發(fā)，使交流電與恒定電流等效；交流電的平均值是