高中物理 第五章 交變電流 5.2 習題課：交變電流的產生及描述學案新人教版選修3-2

1、5.2 習題課：交變電流的產生及描述【學習目標】1.理解交變電流的產生過程，能夠求解交變電流的瞬時值.2.理解交變電流圖象的物理意義.3.知道交變電流“四值”的區(qū)別，會求解交變電流的有效值一、對交變電流產生規(guī)律的理解求解交變電動勢瞬時值時：(1)先要計算峰值EmnBS；(2)確定線圈轉動從哪個位置開始，以便確定瞬時值表達式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化；(3)確定線圈轉動的角速度(以rad/s作單位)；最后確定感應電動勢的瞬時值表達式例1 圖1甲為小型旋轉電樞式交流發(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OO勻速轉動，線圈的匝數n100匝，電阻r10 ，線圈的兩端經集流

2、環(huán)與電阻R連接，電阻R90 ，與R并聯的交變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)電機產生的電動勢最大值；(2)電動勢的瞬時值表達式；(3)線圈轉過 s時電動勢的瞬時值；(4)電路中交變電壓表的示數二、交變電流圖象的應用正弦交流電的圖象是一條正弦曲線，從圖象中可以得到以下信息：1周期(T)和角速度()：線圈轉動的角速度.2峰值(Em，Im)：圖象上的最大值可計算出有效值E，I.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

3、化情況例2 如圖2所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉動時所產生正弦交流電的圖象，當調整線圈轉速后，所產生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關于這兩個正弦交流電的說法正確的是( )圖2A在圖中t0時刻穿過線圈的磁通量均為零B線圈先后兩次轉速之比為32C交流電a的瞬時值為u10sin (5t) VD交流電b的最大值為 V三、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EmnBS求出其峰值，然后根據E求出其有效值. 2當電流按非正弦規(guī)律變化時，必須根據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)、產生相等熱量例3 如圖3

4、表示一交流電電流隨時間變化的圖象，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為Im；電流的負值強度為Im，則該交流電的有效值為 ( )圖3A. B.ImCIm D.Im四、交變電流“四值”的應用比較交變電流的四值，即峰值、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，只能用峰值(2)在研究交變電流做功、電功率及產生的熱量時，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，只能用瞬時值特別提醒 交變電流的平均值是針對某一過程的物理量，在不同的時間內平均值一般不相同平均電動勢不等于初

5、、末兩時刻瞬時值的平均值，必須用法拉第電磁感應定律計算即n.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動，外電路電阻為R.圖4(1)寫出此刻線圈感應電流的方向(2)線圈轉動過程中感應電動勢的最大值為多大？(3)設發(fā)電機由柴油機帶動，其他能量損失不計，線圈轉一周柴油機做多少功？(4)從圖示位置開始，線圈轉過60的過程中通過R的電荷量是多少？(5)圖中電流表和電壓表的示數各是多少？1(交變電流圖象的應用)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( )圖5A甲表示交流電，乙

6、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式為u311sin (100t) VD甲交變電流的有效值比乙交變電流的有效值大2(交變電流有效值的計算)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間的變化關系若使這兩種電流分別通過兩個完全相同的電阻，則經過1 min的時間，兩電阻消耗的電功之比W甲W乙為( )圖6A1 B12 C13 D163(交變電流“四值”的應用比較)如圖7所示，一半徑為r的半圓形單匝線圈放在具有理想邊界的勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B.以直徑ab為軸勻速轉動，轉速為n, ab的左側有垂直于紙面向里(與ab垂直) , M和N是兩個滑環(huán)，負載電阻為R.線

7、圈、電流表和連接導線的電阻不計，下列說法中正確的是( )圖7A轉動過程中電流表的示數為B從圖示位置起轉過圈的時間內產生的平均感應電動勢為2nBr2C從圖示位置起轉過圈的時間內通過負載電阻R的電荷量為D. 以上說法均不正確4(對交變電流產生規(guī)律的理解)如圖8所示，在勻強磁場中有一個“”形導線框可繞AB軸轉動，已知勻強磁場的磁感應強度B T，線框的CD邊長為20 cm，CE、DF長均為10 cm，轉速為50 r/s.若從圖示位置開始計時：圖8 (1)寫出線框中感應電動勢的瞬時值表達式；(2)在et坐標系中作出線框中感應電動勢隨時間變化關系的圖象題組一 對交變電流產生規(guī)律的理解1如圖1所示，在水平方

8、向的勻強磁場中，有一單匝矩形導線框可繞垂直于磁場方向的水平軸轉動在線框由水平位置以角速度勻速轉過90的過程中，穿過線框面的最大磁通量為，已知導線框的電阻為R，則下列說法中正確的是 ( )圖1A導線框轉到如圖所示的位置時電流的方向將發(fā)生改變B導線框轉到如圖所示的位置時電流的方向為badcC以圖中位置作為計時起點，該導線框產生的交流電瞬時值表達式為esin tD以圖中位置作為計時起點，該導線框產生的交流電瞬時值表達式為ecos t2面積均為S的兩個電阻相同的線圈，分別放在如圖2甲、乙所示的磁場中，甲圖中是磁感應強度為B0的勻強磁場，線圈在磁場中以周期T繞OO軸勻速轉動，乙圖中磁場變化規(guī)律為BB0c

9、os t，從圖示位置開始計時，則 ( )圖2A兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同B兩線圈中感應電動勢達到最大值的時刻不同C經相同的時間t(tT)，兩線圈產生的熱量不同D從此時刻起，經時間，通過兩線圈橫截面的電荷量不同題組二 交變電流圖象的應用3某臺家用柴油發(fā)電機正常工作時能夠產生與我國照明電網相同的交變電流現在該發(fā)電機出現了故障，轉子勻速轉動時的轉速只能達到正常工作時的一半，則它產生的交變電動勢隨時間變化的圖象是 ( )4一矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場方向的轉軸在勻強磁場中勻速轉動，線圈中產生的交變電動勢e隨時間t變化的情況如圖3所示，下列說法中正確的是 ( )圖3A此交流電的頻率為0.2 HzB

10、此交變電動勢的有效值為1 VCt0.1 s時，線圈平面與磁場方向平行D在線圈轉動過程中，穿過線圈的最大磁通量為 Wb5如圖4(a)所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO以角速度逆時針勻速轉動若以線圈平面與磁場夾角45時為計時起點，如圖(b)所示，并規(guī)定當電流自a流向b時電流方向為正則下列所示的四幅圖中正確的是( )圖4題組三 交變電流有效值的計算6如圖5所示，A、B是兩個完全相同的電熱器，A通以圖甲所示的方波交變電流，B通以圖乙所示的正弦交變電流，則兩電熱器的電功率PAPB等于 ( )圖5A54 B32 C.1 D217一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直

11、流電源上，消耗電功率為P；若把它接在某個正弦式交流電源上，其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為( )A5 V B5 V C10 V D10 V8夏天空調正常工作時，制冷狀態(tài)與送風狀態(tài)交替運行一空調在不同工作狀態(tài)下電功率隨時間變化的關系如圖6所示，此空調運轉1 h用電( )圖6A 1度 B1.5度 C2度 D2.5度9如圖7甲所示為電熱毯電路示意圖，交流電壓u311sin (100t) V，當開關S接通時，電熱絲的電功率為P0；當開關S斷開時，加在電熱絲上的電壓如圖乙所示，則( )圖7A開關接通時，交流電壓表的讀數為220 VB開關接通時，交流電壓表的讀數為311

12、 VC開關斷開時，交流電壓表的讀數為311 V，電熱絲功率為D開關斷開時，交流電壓表的讀數為156 V，電熱絲功率為題組四 交變電流“四值”的應用比較10標有“220 V,0.5 F”字樣的電容器能接入下面哪個電路中使用( )Ae220sin (100t) V B220 V的照明電路中Ce380sin (100t) V D380 V的照明電路中11.如圖8所示，單匝矩形線圈放置在磁感應強度為B的勻強磁場中，以恒定的角速度繞ab邊轉動，磁場方向垂直于紙面向里，線圈所圍面積為S，線圈導線的總電阻為R.t0時刻線圈平面與紙面重合則( )圖8A線圈中電流t時刻瞬時值表達式為icos tB線圈中電流的有效值為IC線圈中電流的有效值為ID線圈消耗的電功率為P12.如圖9所示，在勻強磁場中有一個內阻r3 、面積S0.02 m2的半圓形導線框可繞OO軸