高中物理 5.3習(xí)題課 交變電流的產(chǎn)生及描述課件 新人教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)定位1 進(jìn)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(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)問題 第3講習(xí)題課交變電流的產(chǎn)生及描述 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e 從中性面開始計(jì)時(shí) 2 交變電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em 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 填 有關(guān) 或 無關(guān) Emsin t nBS 無關(guān) 3 線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 要用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算 即E 有效值 一 交變電流的瞬時(shí)值及圖象問題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 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如圖1所示是一多匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的圖象 根據(jù)圖象可知 圖1 A 此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為e 200sin 0 02t VB 此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為e 200sin 100 t VC t 0 01s時(shí) 穿過線圈的磁通量為零D t 0 02s時(shí) 穿過線圈的磁通量的變化率最大答案B 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B 0 05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸以 100 rad s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí) 線圈和外電路的總電阻R 10 1 寫出交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式 解析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em nBS 100 0 05 0 2 0 2 100 V 20 V 答案i 2 sin 100 t A 2 線圈從計(jì)時(shí)開始 轉(zhuǎn)過過程中通過線圈某一截面的電荷量為多少 答案1 10 2C 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)Em nBS 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有兩個(gè)完全相同的電熱器 分別通以如圖2甲和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 圖2 解析交變電流通過純電阻用電器R時(shí) 其電功率P I2R 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 所以P甲 P乙 2 1 答案2 1 例4如圖3表示一交流電隨時(shí)間變化的圖象 其中電流的正值為正弦曲線的正半周 其最大值為Im 電流的負(fù)值為 Im 則該交變電流的有效值為多少 圖3 四 交變電流 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W EIt Q I2Rt 交流電表指示的也是有效值 3 在研究交變電流通過導(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 圖4 例5如圖4所示 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)內(nèi)阻r 3 面積S 0 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B T 若線框以 100 rad s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 且通過電刷給 6V 12W 的小燈泡供電 則 1 若從圖示位置開始計(jì)時(shí) 求線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式 因線框轉(zhuǎn)動(dòng)從平行于磁感線位置開始計(jì)時(shí) 則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e Emcos t 10cos 100 t V 解析線框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em BS 0 02 100 V 10V 2 從圖示位置開始 線框轉(zhuǎn)過90 的過程中 通過導(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) 與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢無關(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 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5所示 由圖可知 圖5 A 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 有效值的理解和計(jì)算2 如圖6所示 為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6 A 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(shí) 1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為200J 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Q I2Rt可知Q 1 100 1J 100J D錯(cuò) 答案C 3 如圖7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7 答案D 交變電流 四值 的應(yīng)用4 交流發(fā)電機(jī)線圈電阻r 1 用電器電阻R 9 電壓表示數(shù)為9V 如圖8所示 那么該交流發(fā)電機(jī) 圖8 A 電動(dòng)勢(shì)的峰值為10VB 電動(dòng)勢(shì)的有效值為9VC 交流發(fā)電機(jī)線圈通過中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為10VD 交流發(fā)電機(jī)線圈自中性面轉(zhuǎn)過90 的過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為V 答案D