2018版高中物理 第3章 交變電流 習(xí)題課 交變電流的產(chǎn)生及描述學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

第3講習(xí)題課交變電流的產(chǎn)生及描述目標(biāo)定位1.進(jìn)一步熟悉交變電流的產(chǎn)生過(guò)程，能夠求解交變電流的瞬時(shí)值.2.進(jìn)一步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，應(yīng)用“四值”求解相關(guān)問(wèn)題1線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin_t(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí))2交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBS，即最大值由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及線圈面積S決定，與線圈的形狀、轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)3線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，要用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算，即n.4正弦交流電的有效值U，I.其他非正弦交流電的有效值根據(jù)有效值的定義求解.一、交變電流的瞬時(shí)值及圖象問(wèn)題1求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值(1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度(以rad/s作單位)；(3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式2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(zhuǎn)動(dòng)的角速度.(2)峰值(Em，Im)：圖象上的最大值，可計(jì)算出有效值E，I.(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(5)判斷線圈中磁通量及磁通量變化率的變化情況例1一個(gè)匝數(shù)N100 匝的平面線圈所包圍的面積S0.02 m2，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸以角速度100 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在線圈中產(chǎn)生交流電，若自線圈通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，那么選項(xiàng)中能夠反映線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象是()答案BD解析線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為EmNBS100 V，所以電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmsin t100 sin 100t V，電流的正方向可以選順時(shí)針為正，也可以選逆時(shí)針為正，故電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象為B或D，A、C錯(cuò)誤，B、D正確二、平均值及電荷量的求解1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值n.2求電荷量要用平均感應(yīng)電流：，qtn.例2發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝、邊長(zhǎng)為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸以100rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)線圈和外電路的總電阻R10.(1)寫(xiě)出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈從計(jì)時(shí)開(kāi)始，轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量為多少？答案(1)i2sin (100t) A(2)1102C解析(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為EmnBS1000.050.20.2100V20V，Im2A，所以iImsint2sin (100t) A.(2)線圈從計(jì)時(shí)開(kāi)始，轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量qt.從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)，如圖所示BSBS(1sin30)BS，qC1102C.三、有效值的計(jì)算對(duì)于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求出其有效值有關(guān)電功、電功率的計(jì)算，各種交流儀表讀數(shù)都要用有效值2當(dāng)電流按非正(余)弦規(guī)律變化時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解，在計(jì)算有效值時(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3圖1中兩交變電流分別通過(guò)相同電阻R.圖1(1)分別寫(xiě)出它們的有效值、周期、頻率；(2)計(jì)算它在R上產(chǎn)生的功率之比答案(1)3.54 A,0.4 s,2.5 Hz5 A,0.3 s， Hz(2)12解析(1)題圖甲為正弦式交變電流，其有效值I1 A3.54 A周期T10.4 s，頻率f12.5 Hz題圖乙為方波交流電，電流的大小不變，方向作周期性變化，由于熱效應(yīng)與電流方向無(wú)關(guān)，因而它的有效值I25 A周期T20.3 s，頻率f2 Hz(2)由公式PI2R得P甲P乙I112例4如圖2所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.電阻為R、半徑為L(zhǎng)、圓心角為45的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(O軸位于磁場(chǎng)邊界)則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為()圖2A.B.C.D.答案D解析扇形閉合導(dǎo)線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度始終是半徑L，各點(diǎn)的平均速度v，導(dǎo)線框進(jìn)磁場(chǎng)(用時(shí)周期)和出磁場(chǎng)(用時(shí)周期)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由法拉第電磁感應(yīng)定律和有效值的定義有：E，I2RT，可得I，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤四、交變電流的“四值”的綜合應(yīng)用最大值、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WEIt，QI2Rt；交流電表指示的也是有效值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)值例5如圖3所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)內(nèi)阻r3、面積S0.02m2的半圓形導(dǎo)線框可繞OO軸旋轉(zhuǎn)已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BT若線框以100rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過(guò)電刷給“6V，12W”的小燈泡供電，則：圖3(1)若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，求線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)從圖示位置開(kāi)始，線框轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量是多少？該電荷量與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢是否有關(guān)？(3)由題目所給已知條件，外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光？如不能，則小燈泡的實(shí)際功率為多大？答案(1)e10cos (100t) V(2)C無(wú)關(guān)(3)不能W解析(1)線框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmBS0.02100V10V因線框轉(zhuǎn)動(dòng)從平行于磁感線位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmcost10cos (100t) V.(2)線框轉(zhuǎn)過(guò)90過(guò)程中，產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)的電荷量qT，燈泡電阻R3.故qCC，與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān)(3)線框產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值E10V，燈泡兩端電壓UR5V因U6V，故燈泡不能正常發(fā)光，其實(shí)際功率PWW.圖象信息分析1某正弦式交流電的電流i隨時(shí)間t變化的圖象如圖4所示由圖可知()圖4A電流的最大值為10AB電流的有效值為10AC該交流電的周期為0.03sD該交流電的頻率為0.02Hz答案B解析由題圖知此交流電的最大值為10A，則有效值為IA10A；周期為0.02s，則頻率為f50Hz.有效值的理解和計(jì)算2如圖5所示，一正弦交流電通過(guò)一電子元件后的波形圖，則下列說(shuō)法正確的是()圖5A這也是一種交流電B電流的變化周期是0.01sC電流的有效值是1AD電流通過(guò)100的電阻時(shí)，1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為200J答案C解析因電流方向不變故不是交流電，A錯(cuò)；其周期為0.02s，B錯(cuò)；由電流的熱效應(yīng)可知2RI2RT，解得：I1A，故C對(duì)；由QI2Rt可知Q11001J100J，D錯(cuò)交變電流“四值”的應(yīng)用3一個(gè)矩形線框的面積為S，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，從線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則()A線框產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為nBSB線框產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的有效值為nBSC從開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)周期，線框中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2nBSD感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e2nBSsin 2nt答案BD解析轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則角速度為2n，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值公式EmNBS可以知道，電動(dòng)勢(shì)的最大值為2nBS.有效值為最大值的，B對(duì)，A錯(cuò)；從線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為eBSsin t2nBSsin 2nt，D對(duì)；由EN得平均電動(dòng)勢(shì)為4nBS，C錯(cuò)