2018版高中物理 第3章 交變電流 習題課 交變電流的產(chǎn)生及描述學案 魯科版選修3-2.docx
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第3講習題課交變電流的產(chǎn)生及描述目標定位1.進一步熟悉交變電流的產(chǎn)生過程,能夠求解交變電流的瞬時值.2.進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,應用“四值”求解相關問題1線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動時產(chǎn)生正弦式交變電流,感應電動勢的瞬時值表達式eEmsin_t(從中性面開始計時)2交變電流感應電動勢的最大值EmnBS,即最大值由線圈匝數(shù)n、磁感應強度B、轉動角速度及線圈面積S決定,與線圈的形狀、轉軸的位置無關(填“有關”或“無關”)3線圈在轉動過程中的平均感應電動勢,要用法拉第電磁感應定律計算,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、交變電流的瞬時值及圖象問題1求解感應電動勢瞬時值(1)確定線圈轉動從哪個位置開始;(2)確定線圈轉動的角速度(以rad/s作單位);(3)確定感應電動勢瞬時值表達式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():線圈轉動的角速度.(2)峰值(Em,Im):圖象上的最大值,可計算出有效值E,I.(3)瞬時值:每個“點”表示某一時刻的瞬時值(4)可確定線圈位于中性面的時刻,也可確定線圈平行于磁感線的時刻(5)判斷線圈中磁通量及磁通量變化率的變化情況例1一個匝數(shù)N100 匝的平面線圈所包圍的面積S0.02 m2,在磁感應強度B0.5 T的勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸以角速度100 rad/s勻速轉動時,在線圈中產(chǎn)生交流電,若自線圈通過中性面時開始計時,那么選項中能夠反映線圈中感應電動勢隨時間變化的圖象是()答案BD解析線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為EmNBS100 V,所以電動勢瞬時值表達式為eEmsin t100 sin 100t V,電流的正方向可以選順時針為正,也可以選逆時針為正,故電動勢隨時間變化的圖象為B或D,A、C錯誤,B、D正確二、平均值及電荷量的求解1感應電動勢的平均值n.2求電荷量要用平均感應電流:,qtn.例2發(fā)電機的轉子是匝數(shù)為100匝、邊長為20cm的正方形線圈,將它置于磁感應強度B0.05T的勻強磁場中,繞垂直于磁場方向的軸以100rad/s的角速度轉動,當線圈平面跟磁場方向垂直時開始計時線圈和外電路的總電阻R10.(1)寫出交變電流瞬時值表達式;(2)線圈從計時開始,轉過過程中通過線圈某一截面的電荷量為多少?答案(1)i2sin (100t) A(2)1102C解析(1)感應電動勢最大值為EmnBS1000.050.20.2100V20V,Im2A,所以iImsint2sin (100t) A.(2)線圈從計時開始,轉過過程中通過線圈某一截面的電荷量qt.從中性面開始計時,轉過,如圖所示BSBS(1sin30)BS,qC1102C.三、有效值的計算對于交變電流有效值的計算一般有以下兩種情況:1對于按正(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求出其有效值有關電功、電功率的計算,各種交流儀表讀數(shù)都要用有效值2當電流按非正(余)弦規(guī)律變化時,必須根據(jù)有效值的定義求解,在計算有效值時要注意三同:相同電阻、相同時間(一般要取一個周期)、產(chǎn)生相等熱量.例3圖1中兩交變電流分別通過相同電阻R.圖1(1)分別寫出它們的有效值、周期、頻率;(2)計算它在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,由于熱效應與電流方向無關,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磁場,磁感應強度為B.電阻為R、半徑為L、圓心角為45的扇形閉合導線框繞垂直于紙面的O軸以角速度勻速轉動(O軸位于磁場邊界)則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應電流的有效值為()圖2A.B.C.D.答案D解析扇形閉合導線框切割磁感線的有效長度始終是半徑L,各點的平均速度v,導線框進磁場(用時周期)和出磁場(用時周期)有感應電流產(chǎn)生,由法拉第電磁感應定律和有效值的定義有:E,I2RT,可得I,故D正確,A、B、C錯誤四、交變電流的“四值”的綜合應用最大值、有效值、瞬時值、平均值,在不同情況下的使用:1在研究電容器的耐壓值時,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,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導體橫截面的電荷量時,只能用平均值4在研究某一時刻線圈受到的安培力時,只能用瞬時值例5如圖3所示,在勻強磁場中有一個內(nèi)阻r3、面積S0.02m2的半圓形導線框可繞OO軸旋轉已知勻強磁場的磁感應強度BT若線框以100rad/s的角速度勻速轉動,且通過電刷給“6V,12W”的小燈泡供電,則:圖3(1)若從圖示位置開始計時,求線框中感應電動勢的瞬時值表達式;(2)從圖示位置開始,線框轉過90的過程中,通過導線橫截面的電荷量是多少?該電荷量與線框轉動的快慢是否有關?(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,則小燈泡的實際功率為多大?答案(1)e10cos (100t) V(2)C無關(3)不能W解析(1)線框轉動時產(chǎn)生感應電動勢的最大值EmBS0.02100V10V因線框轉動從平行于磁感線位置開始計時,則感應電動勢的瞬時值表達式eEmcost10cos (100t) V.(2)線框轉過90過程中,產(chǎn)生的平均電動勢,流過的電荷量qT,燈泡電阻R3.故qCC,與線框轉動的快慢無關(3)線框產(chǎn)生的電動勢的有效值E10V,燈泡兩端電壓UR5V因U6V,故燈泡不能正常發(fā)光,其實際功率PWW.圖象信息分析1某正弦式交流電的電流i隨時間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.有效值的理解和計算2如圖5所示,一正弦交流電通過一電子元件后的波形圖,則下列說法正確的是()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100的電阻時,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;其周期為0.02s,B錯;由電流的熱效應可知2RI2RT,解得:I1A,故C對;由QI2Rt可知Q11001J100J,D錯交變電流“四值”的應用3一個矩形線框的面積為S,在磁感應強度為B的勻強磁場中,從線圈平面與磁場垂直的位置開始計時,轉速為n轉/秒,則()A線框產(chǎn)生交變電動勢的最大值為nBSB線框產(chǎn)生交變電動勢的有效值為nBSC從開始轉動經(jīng)過周期,線框中的平均感應電動勢為2nBSD感應電動勢瞬時值表達式為e2nBSsin 2nt答案BD解析轉速為n轉/秒,則角速度為2n,根據(jù)感應電動勢的最大值公式EmNBS可以知道,電動勢的最大值為2nBS.有效值為最大值的,B對,A錯;從線圈平面與磁場垂直的位置開始計時,感應電動勢瞬時值表達式為eBSsin t2nBSsin 2nt,D對;由EN得平均電動勢為4nBS,C錯- 配套講稿:
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