高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機(jī) 微型專(zhuān)題4 交變電流的產(chǎn)生及描述課件 滬科選修32

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1、微型專(zhuān)題4交變電流的產(chǎn)生及描述第2章交變電流與發(fā)電機(jī)目標(biāo)定位1.理解交變電流的產(chǎn)生過(guò)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.內(nèi)容索引知識(shí)探究新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè) 鞏固反饋知識(shí)探究求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值時(shí)：(1)先要計(jì)算峰值EmaxnBS；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始，以便確定瞬時(shí)值表達(dá)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(zhuǎn)動(dòng)的角速度(以rad/s作單位)；(4)最后確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式.一、對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解例例1圖1甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖.其矩形線圈在勻強(qiáng)

2、磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)n100匝，電阻r10 ，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R90 ，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表.在t0時(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，穿過(guò)每匝線圈的磁通量隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化.求：圖1(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值；答案解析解析解析交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值EmaxnBS答案答案62.8 V由t圖線可知，max2.0102 Wb，T0.2 s所以Emax20 V62.8 V.(2)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；答案解析答案答案e62.8cos (10t) V由于從垂直中性面處開(kāi)始計(jì)時(shí)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmaxco

3、s t62.8cos (10t) V答案解析答案答案31.4 V答案解析答案答案40 V(4)電路中交流電壓表的示數(shù).二、交變電流圖像的應(yīng)用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.例例2(多選)如圖2所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的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(shuō)法正確的是圖2A.在圖中t0時(shí)刻穿過(guò)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e10sin (5t) VD.交流電b的最大值為 V答案解析解析解析由

4、題圖可知，t0時(shí)刻線圈均在中性面，穿過(guò)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；交變電流有效值的計(jì)算一般有以下兩種情況：1.對(duì)于按正(余)弦規(guī)律變化的電流，可先根據(jù)EmnBS求出其最大值，然后根據(jù)E 求出其有效值.2.當(dāng)電流按非正弦規(guī)律變化時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解.計(jì)算時(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)生相等熱量.三、交變電流有效值的計(jì)算例例3如圖3所示是一交變電流的it圖像，則該交流電電流的有效值為圖3答案解析解析解析設(shè)交流電電流的有效值為I，周期為T(mén)，電阻為R.交變電流的“四值”，即最大值、有效值、瞬時(shí)值、平均值

5、，在不同情況下的使用：(1)在研究電容器的耐壓值時(shí)，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(shí)，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(guò)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.四、交變電流“四值”的應(yīng)用比較1.交變電流的平均值是針對(duì)某一過(guò)程的物理量，在不同的時(shí)間內(nèi)平均值一般不相同.2.平均電動(dòng)勢(shì)不等于初、末兩時(shí)刻瞬時(shí)值的平均值，必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算，即特別提醒特別提醒例例4一個(gè)電阻為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)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(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸OO以如圖4所示的角速度

6、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R.(1)寫(xiě)出此刻線圈感應(yīng)電流的方向.圖4答案解析答案答案見(jiàn)解析解析解析由右手定則可判定電流的方向沿adcba.(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為多大？答案解析答案答案見(jiàn)解析解析解析EmaxNBSNBL2.(3)設(shè)發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng)，其他能量損失不計(jì)，線圈轉(zhuǎn)一周柴油機(jī)做多少功？答案解析答案答案見(jiàn)解析(4)從圖示位置開(kāi)始，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60的過(guò)程中通過(guò)R的電荷量是多少？答案解析答案答案見(jiàn)解析解析解析通過(guò)R的電荷量(5)圖中理想電流表和理想電壓表的示數(shù)各是多少？答案解析答案答案見(jiàn)解析解析解析理想電流表示數(shù)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(交變電流圖像的應(yīng)用交變電流圖像的應(yīng)用)如圖5甲所示，標(biāo)有“

7、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(kāi)關(guān).下列判斷正確的是1234圖5答案解析解析解析 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；12342.(交變電流有效值的應(yīng)用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(guò)兩個(gè)完全相同的電阻，則經(jīng)過(guò)1 min的時(shí)間，兩電阻消耗的電功之比W甲W乙為答案解析1234圖612343.(有效值的計(jì)算和應(yīng)用有效值的計(jì)算和應(yīng)用)(多選)如圖7

8、甲所示為電熱毯電路示意圖，交流電壓u311sin 100t(V)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，電熱絲的電功率為P0；當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，加在電熱絲上的電壓如圖乙所示，則1234A.開(kāi)關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為220 VB.開(kāi)關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 VC.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 V，電熱絲功率為D.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為156 V，電熱絲功率為答案解析圖712344.(交流電交流電“四值四值”的比較的比較)如圖8所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，邊長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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)(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值.解析圖8答案1234答案答案3.14 V解析解析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBS1000.50.122 V3.14 V.(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過(guò)60角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).解析答案1234答案答案1.57 V解析解析轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eEmcos 603.140.5 V1.57 V.(3)交流電壓表的示數(shù).解析答案1234答案答案1.78 V解析解析電壓表示數(shù)為外電壓的有效值解析答案1234答案答案0.086 6 C