新教材2023-2024學(xué)年高中物理第3章交變電流專題提升7交變電流的產(chǎn)生及描述課件新人教版選擇性必修第二冊

第三章專題提升七交變電流的產(chǎn)生及描述重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一交變電流的圖像問題知識歸納從圖像獲得的信息正弦式交變電流的圖像是一條正弦曲線,從圖像中可以得到以下信息:(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。應(yīng)用體驗【例1】

(多選)如圖所示,圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖像,當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖像如圖線b所示,以下關(guān)于這兩個正弦式交變電流的說法正確的是(

)A.在圖中t=0時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3∶2C.交變電流a的瞬時值表達(dá)式為u=10sin5πt(V)BCD解析

由題圖可知,t=0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Ta∶Tb=2∶3,故na∶nb=3∶2,B正確;由題圖可知Ua=10sin

5πt(V),C正確;因ωa∶ωb=3∶2,交變電流最大值Um=nBSω,對點演練1.如圖所示,邊長分別為10cm和20cm的矩形線圈,匝數(shù)為100,阻值為5Ω,在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場方向的OO'軸勻速轉(zhuǎn)動,已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T,線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω=100πrad/s,線圈和阻值為R=15Ω的電阻相連接。(1)開關(guān)S斷開時,求理想電壓表的示數(shù)。(2)開關(guān)S閉合時,電阻正常工作,求電阻的額定功率。(3)若將電阻換成激發(fā)電壓和熄滅電壓均為45V的霓虹燈(阻值也為R=15Ω),則在一個周期內(nèi),霓虹燈被點亮的時間是多少?解析

若從線圈處于中性面位置時開始計時,則線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=Emsin

ωt,又Em=NBSω(2)開關(guān)S閉合時,電阻正常工作,通過電阻的電流為

所以電阻的額定功率P=I2R=540

W。

所以可作出uR隨時間變化的圖像,如圖所示

探究點二交變電流“四值”的綜合應(yīng)用知識歸納最大值、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W=EIt,Q=I2Rt,交流電表指示的也是有效值。(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,只能用瞬時值。應(yīng)用體驗【例2】

如圖所示,矩形線圈abcd在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中繞軸OO'以角速度ω=10πrad/s勻速轉(zhuǎn)動,線圈共10匝,電阻r=5Ω,lab=0.3m,lbc=0.6m,負(fù)載電阻R=45Ω。(1)寫出從圖示位置開始計時的線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。(2)求電阻R在0.05s內(nèi)產(chǎn)生的熱量。(保留兩位有效數(shù)字)(3)求0.05s內(nèi)流過電阻R上的電荷量(設(shè)線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動)。答案

(1)e=113.04cos10πt(V)

(2)5.8J(3)0.072C解析

(1)電動勢的最大值為Emax=nBSω=10×2×0.3×0.6×10π

V=113.04

V由于從線圈平面與磁感線平行的位置開始計時,故瞬時值表達(dá)式e=Emaxcos

ωt=113.04cos

10πt(V)。所以0.05

s內(nèi)R上產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=5.8

J。

方法技巧

求解熱量與電荷量的思路(1)求解熱量用有效值,按以下思路。(2)求解電荷量用平均值,按以下思路。

對點演練2.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一個內(nèi)阻r=3Ω、面積S=0.02m2的半圓形導(dǎo)線框可繞OO'軸旋轉(zhuǎn)。已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=

T。若線框以ω=100πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,且通過電刷給“6V

12W”的小燈泡供電,則:(1)若從圖示位置開始計時,寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。(2)從圖示位置開始,線框轉(zhuǎn)過90°的過程中,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量是多少?該電荷量與線框轉(zhuǎn)動的快慢是否有關(guān)?(3)由題目所給已知條件,外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光?若不能,則小燈泡的實際功率為多大?學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)123451.(交變電流的圖像)如圖所示,圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電流與時間的變化關(guān)系。若使這兩種電流分別通過兩個完全相同的電阻,則經(jīng)過1min的時間,兩電阻消耗的電功之比W甲∶W乙為(

)A.1∶

B.1∶2C.1∶3 D.1∶6C12345123452.(交變電流的有效值)如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(O軸位于磁場邊界)。則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為(

)D12345123453.(交變電流的描述)(多選)單匝閉合矩形線框電阻為R,在勻強(qiáng)磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線框的磁通量Φ與時間t的關(guān)系圖像如圖所示。下列說法正確的是(

)BC12345123454.(交變電流的有效值)如圖所示為一個經(jīng)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,正弦交流電的每一個二分之一周期中,前面四分之一周期被截去。現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為(

)D123455.(交變電流的“四值”)圖甲為手機(jī)無線充電工作原理的示意圖,由送電線圈和受電線圈組成。已知受電線圈的匝數(shù)為n=50,電阻r=1.0Ω,在它的c、d兩端接一阻值R=9.0Ω的電阻。設(shè)在受電線圈內(nèi)存在與線圈平面垂直的磁場,其磁通量隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化,可在受電線圈中產(chǎn)生電動勢最大值為20V的正弦式交變電流,設(shè)磁場豎直向上。求:(1)在t=π×10-3s時,受電線圈中產(chǎn)生電流的大小,c、d兩端哪端電勢高?(2)在一個周期內(nèi),電阻R上產(chǎn)生的熱量;(3)從t1到t2時間內(nèi),通過電阻R的電荷量。12345答案

(1)2.0A

c端電勢高

(2)5.7×