2018版高中物理 第3章 交變電流章末整合提升學(xué)案 魯科版選修3-2.docx
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第3章 交變電流 一、交變電流的四值及應(yīng)用 交變電流的“四值”指的是峰值、有效值、平均值、瞬時值. 1.峰值:Em=nBSω.在考慮電容器的耐壓值時應(yīng)根據(jù)交流電的最大值. 2.有效值:正弦式交流電的有效值E=、I=;非正弦式交流電的有效值應(yīng)根據(jù)有效值的定義計算.求電功、電功率,確定保險絲的熔斷電流,交流電表的測量值,交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓、額定電流以及不做特殊說明時的交流電的電壓、電流均指有效值. 3.瞬時值:從中性面開始計時,有e=Emsinωt. 4.平均值:=n,=.求一段時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時要用平均值,q=Δt=n. 例1 將交變電壓u=220sin (100πt) V接到“220V,100W”的燈泡兩端,若燈泡燈絲電阻保持不變,求: (1)通過燈泡電流的最大值; (2)燈泡的實際功率; (3)每秒鐘電流方向改變的次數(shù); (4)通過燈泡電流i的瞬時值表達(dá)式. 答案 (1)0.64A (2)100W (3)100次 (4)i=0.64sin (100πt) A 解析 (1)交變電壓的有效值U=V=220V,燈泡的額定電壓為UL=220V,因此恰好正常發(fā)光.由“220V,100W”知該燈泡的電阻為RL==484Ω.通過燈泡電流的最大值為Im==A≈0.64A. (2)燈泡的實際功率與額定功率相同,P=100W. (3)周期T=0.02s,1秒鐘電流方向改變的次數(shù) n=2=2=100(次). (4)通過燈泡電流的瞬時值表達(dá)式為 i=Imsinωt=0.64sin (100πt) A. 針對訓(xùn)練1 如圖1所示,矩形線圈的匝數(shù)為n,線圈面積為S,線圈電阻為r,在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,外電路電阻為R,在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中(不計轉(zhuǎn)動中的一切摩擦),求: 圖1 (1)通過電阻R的電荷量q; (2)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q; (3)驅(qū)動線圈轉(zhuǎn)動的外力所做的功W. 答案 (1) (2) (3) 解析 (1)在此過程中,穿過線圈的磁通量變化量ΔΦ=BS,時間Δt==,平均電動勢為=n=nBωS,平均電流為==,通過R的電荷量q=Δt=. (2)在該過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為一個周期內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱的,Q=I2RT=2R=. (3)由于線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動,所以外力做的功全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能,W=I2(R+r)Δt=. 針對訓(xùn)練2 如圖2所示,線圈abcd的面積是0.05m2,共100匝,線圈電阻為1Ω,外接電阻R=9Ω,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B=T,當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時,求: 圖2 (1)電路中交流電壓表和交流電流表的示數(shù); (2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中通過電阻R的電荷量. 答案 (1)V A (2)C 解析 (1)Em=NBSω =1000.052πV=50V E==25V. 電流表示數(shù)I==A, 電壓表示數(shù)U=IR=9V=V. (2)從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中,=N, 又因為=,q=Δt, 聯(lián)立得q===C. 二、電容器、電感器的應(yīng)用 1.電容器的應(yīng)用 (1)隔直電容器 圖3 圖3(a)中的C1串聯(lián)在電路中,它的作用是“通交流、隔直流”,為了使交流成分都能順利地通過,容抗必須較小,應(yīng)選用電容較大的電容器. (2)高頻旁路電容器 圖(b)中的C2并聯(lián)在電路中,如果輸入端輸入的電流中包含有高頻和低頻兩種交流成分,該電容器的作用是“通高頻、阻低頻”,即對高頻電流起旁路作用,而讓需要的低頻信號輸入到下一級,一般取電容較小的電容器;如果輸入的電流是直流和交流兩種成分,該電容器的作用是濾去交流成分,把直流成分輸入到下一級,這時要選用電容較大的電容器. 另外,選用電容器還須注意它的耐壓值,以防被擊穿. 2.電感器的應(yīng)用 (1)低頻扼流圈:可起到“通直流、阻交流”的作用. (2)高頻扼流圈:可起到“通直流、通低頻、阻高頻”的作用. 3.電感和電容的組合應(yīng)用 根據(jù)電感、電容對交變電流阻礙作用的特點,可以將兩者組合到一起來完成一定的任務(wù). (1)如果將電容與負(fù)載并聯(lián),然后與電感串聯(lián),就能更好的起到濾掉電流中交流成分或高頻成分的作用,如圖4所示. (2)如果將電感與負(fù)載并聯(lián),然后與電容串聯(lián),就能更好的起到濾掉電流中直流成分和低頻成分的作用,如圖5所示. 圖4 圖5 例2 如圖6所示,完全相同的三只燈泡的a、b、c分別與電阻R、電感L、電容器C串聯(lián),然后再并聯(lián)到220 V、50 Hz的交流電路上,三只燈泡的亮度恰好相同.若保持交變電壓的有效值不變,將交變電流的頻率增大到60 Hz,則發(fā)生的現(xiàn)象是( ) 圖6 A.三燈亮度不變 B.三燈均變亮 C.a(chǎn)亮度不變、b變亮、c變暗 D.a(chǎn)亮度不變、b變暗、c變亮 答案 D 解析 當(dāng)交變電流的頻率增大時,電感器的感抗變大,電容器的容抗變小,因此b變暗,c變亮,又電阻的大小與交變電流的頻率無關(guān),故a燈亮度不變,所以選D. 針對訓(xùn)練3 如圖7所示,AO輸入的信號既有直流成分也有交流成分. 圖7 (1)現(xiàn)要求信號到達(dá)BO端沒有直流成分,需要在AB端接入一個什么元件?該元件的作用是什么? (2)若要求信號到達(dá)BO端只有直流電 壓,而沒有交流電壓,則應(yīng)在AB端接入一個什么元件?該元件的作用是什么? 答案 (1)電容器 隔直流、通交流 (2)電感線圈 阻交流、通直流 解析 (1)因為BO端不需要直流,只需要交流,故根據(jù)電容有“通交流、隔直流”的作用,應(yīng)在AB端接入一個電容器C. (2)因為BO端不需要交流,只需要直流,故根據(jù)電感有“通直流、阻交流”的作用,應(yīng)在AB端接入一個電感線圈L.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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