2019-2020年高中物理 模塊要點(diǎn)回眸 第15點(diǎn) 交變電流“四值”再認(rèn)識(shí) 教科版選修3-2.doc
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2019-2020年高中物理 模塊要點(diǎn)回眸 第15點(diǎn) 交變電流“四值”再認(rèn)識(shí) 教科版選修3-2 近幾年的高考在考查“交變電流”一章中的有關(guān)內(nèi)容時(shí),主要考查了交變電流的四值,即最大值、有效值、平均值、瞬時(shí)值,它們的物理意義不同,計(jì)算方法也不同,但又相互聯(lián)系,有確定的數(shù)量關(guān)系.很多同學(xué)在理解應(yīng)用上容易造成混亂,下面談?wù)勥@四個(gè)值的理解與應(yīng)用. 1.瞬時(shí)值 (1)反映的是不同時(shí)刻交變電流的大小和方向,正弦交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式為:e=Emsin ωt,i=Imsin ωt.應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始計(jì)時(shí). (2)生活中用的市電電壓為220 V,其最大值為220 V=311 V(有時(shí)寫為310 V),頻率為50 Hz,所以其電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為u=311sin (314t) V. 2.峰值(最大值)和有效值 (1)峰值:交變電流在一個(gè)周期內(nèi)電流或電壓所能達(dá)到的最大數(shù)值,可以用來(lái)表示交變電流的電流或電壓的變化幅度. ①線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω. ②最大值在實(shí)際中有一定的指導(dǎo)意義,所有使用交流的用電器,其最大耐壓值應(yīng)大于其使用的交流電壓的最大值,電容器上的標(biāo)稱電壓值是電容器兩極間所允許加的電壓的最大值. (2)有效值:根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)定義.讓交變電流和恒定電流通過相同阻值的電阻,如果它們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,則這個(gè)恒定電流I、電壓U叫做這個(gè)交變電流的有效值. (3)正弦交變電流的有效值和峰值之間的關(guān)系:I=,U=. 注意:任何交變電流都有有效值,但上述關(guān)系只限于正弦交變電流,對(duì)其他形式的交變電流并不適用. 3.最大值、有效值和平均值的應(yīng)用 (1)求電功、電功率以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等物理量時(shí),要用有效值計(jì)算. (2)求一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)要用平均值,q=t=t=n. (3)在計(jì)算電容器的耐壓值時(shí),則要用交流電的最大值. 對(duì)點(diǎn)例題 如圖1所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng),已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T,線框的CD邊長(zhǎng)為20 cm,CE、DF邊長(zhǎng)均為10 cm,轉(zhuǎn)速為50 r/s,從圖示位置(線框平面與磁感線平行)開始計(jì)時(shí). (1)寫出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式. (2)若線框電阻r=3 Ω,在A、B兩端接“6 V 12 W”的小燈泡,小燈泡能否正常發(fā)光?若不能,小燈泡的實(shí)際功率為多大? 圖1 解題指導(dǎo) (1)由于題圖所示位置磁感線與線框平面平行,故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式應(yīng)為余弦函數(shù).先求出線框的角速度和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值. ω=2nπ=100π rad/s Em=BSω=0.20.1100π V=10 V 所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=10cos (100πt) V (2)小燈泡是純電阻用電器,其電阻為R== Ω=3 Ω 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E==10 V 又R=r,所以U燈==5 V,小于小燈泡的額定電壓,故小燈泡不能正常發(fā)光,其實(shí)際功率為P== W= W. 答案 (1)e=10cos (100πt) V (2)不能正常發(fā)光 W 方法總結(jié) 正弦交流電的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω.有效值E=,用在計(jì)算有關(guān)電流熱效應(yīng)問題中.瞬時(shí)值是指在某一時(shí)刻或某一位置線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),可直接用公式e=Emsin ωt或e=Emcos ωt計(jì)算,由線圈的計(jì)時(shí)起點(diǎn)決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式是正弦形式還是余弦形式.平均值=n用在計(jì)算通過導(dǎo)體橫截面的電荷量的問題中. 1. 如圖2所示,交流發(fā)電機(jī)線圈的面積為0.05 m2,共100匝.該線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以10π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),電阻R1和R2的阻值均為50 Ω,線圈的內(nèi)阻忽略不計(jì),若從圖示位置開始計(jì)時(shí),則 ( ) 圖2 A.線圈中的電動(dòng)勢(shì)為e=50sin (10πt) V B.電流表的示數(shù)為 A C.電壓表的示數(shù)為50 V D.R1上消耗的電功率為50 W 答案 B 2. 如圖3所示,線圈abcd的面積是0.05 m2,共100匝,線圈電阻為1 Ω,外接電阻R=9 Ω,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T,當(dāng)線圈以300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時(shí).問: 圖3 (1)若從線圈處于中性面開始計(jì)時(shí),寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)線圈轉(zhuǎn)過 s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值多大? (3)電路中,電壓表和電流表的示數(shù)各是多少? (4)從中性面開始計(jì)時(shí),經(jīng) s通過電阻R的電荷量是多少? 答案 (1)e=50sin (10πt) V (2)43.3 V (3)31.86 V 3.54 A (4) C 解析 (1)e=Emsin ωt=nBS2πfsin (2πft) =1000.052πsin (2πt) V =50sin (10πt) V (2)當(dāng)t= s時(shí),e=50sin (10π) V≈43.3 V. (3)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E== V≈35.4 V, 電流表示數(shù)I== A=3.54 A, 電壓表示數(shù)U=IR=3.549 V=31.86 V. (4) s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過的角度θ=ωt=2π=. 該過程中,ΔΦ=BS-BScos θ=BS, 由q=Δt,=,= 得q=== C= C.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問題本站不予受理。
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