高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機(jī) 學(xué)案3 習(xí)題課:交變電流的產(chǎn)生及描述同步備課課件 滬科版選修32

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1、3 習(xí)題課: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)探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)1知識(shí)探究一、對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解求解感應(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(xiàn)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(xiàn)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.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(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸O

2、O勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線(xiàn)圈的匝數(shù)n100匝,電阻r10 ,線(xiàn)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(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行,穿過(guò)每匝線(xiàn)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;圖1答案解析62.8 V交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值EmaxnBS由t圖線(xiàn)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e62.8cos (10t) VeEmaxcos t62.8cos (10t) V(3)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò) s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值;答案解析31.4 V答案解析(4)電

3、路中交流電壓表的示數(shù).二、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(xiàn),從圖像中可以得到以下信息:1.周期(T)和角速度():線(xiàn)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(xiàn)圈位于中性面的時(shí)刻,也可確定線(xiàn)圈平行于磁感線(xiàn)的時(shí)刻.5.判斷線(xiàn)圈中磁通量及磁通量變化率 的變化情況.例例2(多選)如圖2所示,圖線(xiàn)a是線(xiàn)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(xiàn)圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線(xiàn)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A.在圖中t0時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量均為零B.線(xiàn)圈先后兩次轉(zhuǎn)速之

4、比為32C.交流電a的瞬時(shí)值為e10sin (5t) VD.交流電b的最大值為 V圖2答案解析由題圖可知,t0時(shí)刻線(xiàn)圈均在中性面,穿過(guò)線(xiàn)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EmaxnBS,三、交變電流有效值的計(jì)算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求出其峰值,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.例例3有兩個(gè)完全相同的電熱器,分別通以如圖3甲和

5、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.答案解析圖321交變電流通過(guò)純電阻用電器R時(shí),其電功率PI2R,I應(yīng)該是交變電流的有效值.對(duì)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(duì)于題圖乙所示的正弦交變電流所以P甲P乙21.四、交變電流“四值”的應(yīng)用比較交變電流的四值,即最大值、有效值、瞬時(shí)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(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(xiàn)圈受到的安培力時(shí)

6、,只能用瞬時(shí)值.特別提醒特別提醒(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)算即例例4一個(gè)電阻為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線(xiàn)圈abcd共N匝,線(xiàn)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(xiàn)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.(1)寫(xiě)出此刻線(xiàn)圈感應(yīng)電流的方向.答案解析圖4見(jiàn)解析由右手定則可判定電流的方向沿adcba.(2)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為多大?答案解析見(jiàn)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(xiàn)圈轉(zhuǎn)一周柴油機(jī)做多少功?答案解

7、析見(jiàn)解析由于不計(jì)能量損失,柴油機(jī)做的功全部轉(zhuǎn)化為電能,線(xiàn)圈轉(zhuǎn)一周,柴油機(jī)做的功2(4)從圖示位置開(kāi)始,線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)60的過(guò)程中通過(guò)R的電荷量是多少?答案解析見(jiàn)解析通過(guò)R的電荷量圖4(5)圖中電流表和電壓表的示數(shù)各是多少?答案解析圖4見(jiàn)解析電流表示數(shù)達(dá)標(biāo)檢測(cè)21.(交變電流圖像的應(yīng)用)(多選)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(shuō)法正確的是A.甲表示交流電,乙表示直流電B.兩種電壓的有效值相等C.甲電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u 311sin (100t) VD.甲交變電流的有效值比乙交變電流的有效值大123圖7答案解析兩題圖中交變電流的大小和方向都隨時(shí)間變化,在t軸的上方為正,

8、下方為負(fù),A錯(cuò).有效值E 只對(duì)正弦交流電適用,將兩個(gè)圖像疊放在一起,可以看出兩個(gè)交變電流的最大值相等,甲對(duì)應(yīng)的有效值大,所以B錯(cuò),D對(duì).由題圖甲可知C對(duì).1232.(對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解)如圖6所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)“”形導(dǎo)線(xiàn)框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng),已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B T,線(xiàn)框的CD邊長(zhǎng)為20 cm,CE、DF長(zhǎng)均為10 cm,轉(zhuǎn)速為50 r/s.若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí):(1)寫(xiě)出線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;圖6答案解析123線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng),開(kāi)始計(jì)時(shí)的位置為線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行的位置,在t時(shí)刻線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)的角度為t,此時(shí)刻eBl1l2cos t,即eBScos t,123(2)在et坐標(biāo)系中作出線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化關(guān)系的圖像.答案解析見(jiàn)解析圖線(xiàn)框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化關(guān)系的圖像如圖所示.1233.(交變電流“四值”的應(yīng)用比較)如圖7所示,單匝線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸從圖示位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng).已知從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò) 時(shí),線(xiàn)圈中電動(dòng)勢(shì)大小為10 V,求:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值;答案解析圖720 V圖示位置為中性面,從此時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為eEmaxsin t,將t ,e10 V代入上式,求得Emax20 V.123(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值;答案解析此電流為正弦交變電流,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值123(3)與線(xiàn)圈相接的交流電壓表的示數(shù).答案解析123

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