2016-2017学年高中物理 第2章 交变电流 第3节 表征交变电流的物理量课件 粤教版选修3-2

第三 节 表征交 变电 流的物理量 1把一段确定的 导线 做成 线 圈，在确定的磁 场 中 绕 垂直于磁 场 的 轴线 以固定的 转 速 转动 ， 产 生的交流 电动势 最大的情况 是 ( ) A做成方形 线 圈， 线 圈平面垂直于 转轴 B做成方形 线 圈， 转轴 通 过线 圈平面 C做成 圆 形 线 圈， 转轴 通 过线 圈平面 D做成 圆 形 线 圈， 线 圈平面垂直于 转轴 【 答案 】 C 课 前 自主学 习 2交流 发电 机在工作 时电动势为 e Emsin t，若将 发电 机 的 转 速提高一倍，同 时 将 电 枢所 围 面 积 减小一半，其他条件 不 变 ， 则 其 电动势变为 ( ) 【 答案 】 B 3一台 发电 机 产 生的正弦式交 变电 流的 电动势 最大 值 是 400 V， 线 圈匀速 转动 的角速度是 100 rad/s，写出瞬 时电动势 的表达式，在 1 s内 电 流方向改 变 多少次？ 【 答案 】 e 400sin t 100 一、周期和频率 1周期：交 变电 流完成 _的 时间 ，用 T 表示， 单 位是秒 2 频 率：交 变电 流在 1 s内完成周期性 变 化的 _，用 _表示， 单 位是 _，符号是 Hz. 一次周期性 变 化 次数 f 赫 兹 二、峰值和有效值 1峰 值 ：交 变电 流的 电压 、 电 流在一个周期内所能达到的 _数 值 2有效 值 ：使交 变电 流和恒定 电 流通 过 阻 值 _的 电 阻 ，在交流的一个周期内，它 们产 生的 热 量相等， 这 个恒定 电 流、 电压 ，叫做 这 个交流的有效 值 最大 相同 4 应 用： (1)电 器元件或 设备 上所 标 的耐 压值 指 该设备 所能 承受的交流 电 _ (2)交流用 电设备 上所 标 的 额 定 电压 和 额 定 电 流是 _ ；交流 电压 表 测 量的数 值 是 _；交 变电 流的数 值 在无 特 别说 明 时 都指 _ 最大 值 有效 值 有效 值 有效 值 什么 时 候要用到交 变电 流的有效 值 ？什么 时 候用交 变电 流的 最大 值 ？ 【 答案 】 所有 电 表的 读 数都是交 变电 流的有效 值 ，而 电 容器的 击 穿 电压 要用交 变电 流的最大 值 来 进 行表示 . 1交 变电 流有效 值 是根据 电 流的 热 效 应进 行定 义 的理解 时 要注意三同：相同 电 阻、相同 时间 、 产 生相同 热 量 2由于交流的周期特点， 计 算有效 值时 ，通常取一个周期 按如下方法 计 算： (1)假 设 交 变电 流通 过电 阻 R， 计 算交流 电 在一个周期内 产 生 的 热 量 Q(可分段 计 算 ) 课 堂 优 化整合 3常 见 的交 变电 流的 图 象和有效 值 电 流 电 流 图 象 有效 值 正弦式 交 变电 流 I 正弦半 波 电 流 I 电 流 电 流 图 象 有效 值 正弦 单 向 脉 动电 流 I 矩形脉 动 电 流 I 非 对 称性 交 变电 流 如 图 所示，两个完全相同的 电热 器，分 别 通有 峰 值 相等的方波交 变电 流和正弦式交 变电 流， 则这 两个 电热 器的 电 功率之比 P1P2 _. 例 1 甲 乙 答案： 21 题后反思 有效 值 常 见 的 错误 是不管 电 流是什么形式的 电 流，直接用正 弦式交流 电 的有效 值 的 计 算方法 进 行 计 算，正确的 计 算方法 应该 根据交流 电 的 热 效 应 和某一直流 电 相等，在 时间 的取 值 上，要至少取一个周期作 为 研究 单 位 1 (多 选 )(2016咸阳一模 )如 图 所示， 图线 a是 线 圈在匀 强 磁 场 中匀速 转动时 所 产 生正弦式 电 流的 图 象，当 调 整 线 圈 转 速 后，所 产 生正弦式 电 流的 图 象如 图线 b所示，以下关于 这 两 个正弦式 电 流的 说 法正确的是 ( ) 【 答案 】 BCD (2)在交 变电 流 图 象中， 图线 与横 轴 (t轴 )所 围 的面 积 跟 时间 的比 值 ， 为 交 变电 流的平均 值 交变电流平均值的计算 如 图 所示，矩形 线 圈面 积为 S，匝数 为 N， 线 圈 电 阻 为 r，在磁感 应 强 度 为 B的匀 强 磁 场 中 绕 OO轴 以角速度 匀速 转动 ，外 电 路 电 阻 为 R.当 线 圈由 图 示位置 转过 90的 过 程中，求： (1)通 过电 阻 R的 电 荷量 q. (2)电 阻 R上 产 生的焦耳 热 Q. 例 2 2由例 2， (1)写出求 线 圈中感 应电 流的瞬 时值 的表达式 (2)若其他条件不 变 ， 线 圈自 图 示位置 转过 270的 过 程中，感 应电动势 的平均 值 、有效 值 是多少？ 交 变电 流 物理含 义 重要关系 适用情况 瞬 时值 交 变电 流某 一 时 刻的 值 e Emsin t i Imsin t 计 算 线 圈某一 时刻的受力情况 最大 值 最大的瞬 时 值 Em nBS 确定用 电 器的耐 压值 交 变 电 流 物理含 义 重要关系 适用情况 有效 值 跟交 变电 流 的 热 效 应 等效的恒 定 电 流 值 (1)计 算与 电 流 热 效 应 相 关的量 (如功率、 热 量 ) (2)交流 电 表的 测 量 值 (3)电 气 设备标 注的 额 定 电压 、 额 定 电 流 (4)保 险丝 的熔断 电 流 平均 值 交 变电 流 图 象中 图线 与 时间轴 所 夹 面 积 与 时间 的 比 值 计 算通 过电 路截面的 电 量 在水平方向的匀 强 磁 场 中，有一正方形 闭 合 线 圈 绕 垂直磁感 线 的 轴 匀速 转动 ，已知 线 圈的匝数 为 n 100匝 ， 边长为 20 cm， 电 阻 为 10 ， 转动频 率 f 50 Hz，磁 场 的 磁感 应 强 度 为 0.5 T，求： (1)外力 驱动线 圈 转动 的功率； (2)转 至 线 圈平面与中性面的 夹 角 为 30时 ， 线 圈 产 生的感 应 电动势 及感 应电 流的大小； (3)线 圈由中性面 转 至与中性面成 30夹 角的 过 程中，通 过线 圈横截面的 电 荷量 例 3 答案： (1)1.97104 W (2)314 V 31.4 A (3)0.027 C 题后反思 (1)电 功率由交流 电 的有效 值计 算 (2)通 过线 圈横截面的 电 荷量由交流 电 的平均 值计 算 (3)交流 电 瞬 时值 表达式与 计时 起点有关 3交流 发电 机 线 圈 电 阻 r 1 ，用 电 器 电 阻 R 9 ， 电压 表示数 为 9 V，如 图 所示，那么 该 交流 发电 机 ( ) A 电动势 的峰 值为 10 V B 电动势 的有效 值为 9 V 【 答案 】 D 1 对 交 变电 流通 过电 阻 产 生的 热 量和通 过 的 电 荷量的理解 (1)明确 热 量是与做功有关的物理量，所以求解 电 流 产 生的 热 量要用 电 流的有效 值 来 计 算； (2)电 荷量是 电 流 对时间 的 积 累，所以求解 电 荷量 时 要用 电 流 的平均 值 来 计 算； (3)此 类题 目往往不会直接 给 出 电 流的有效 值 或平均 值 ，而是 会在 计 算中体 现 出来 计算电阻上产生热量与通过电荷量的方法技巧 2求解思路 求解 热 量和 电 荷量思路不同 (1)求解 热 量，按以下思路 (2)求解 电 荷量，按以下思路 (2016四川名校模拟 )如 图 甲所示， 长 、 宽 分 别为 L1、 L2的矩形金属 线 框位于 竖 直平面内，其匝数 为 n， 总电 阻 为 r ，可 绕 其 竖 直中心 轴 O1O2转动 线 框的两个末端分 别 与两个 彼此 绝缘 的 铜环 C、 D(集流 环 )焊 接在一起，并通 过电 刷和定 值电 阻 R相 连 线 框所在空 间 有水平向右均匀分布的磁 场 ， 磁感 应 强 度 B的大小随 时间 t的 变 化关系如 图 乙所示，其中 B0 、 B1和 t1均 为 已知在 0 t1的 时间 内， 线 框保持静止，且 线 框平面和磁 场 垂直； t1时 刻后 线 框在外力的 驱动 下开始 绕 其 竖 直中心 轴 以角速度 匀速 转动 求： 例 4 甲 乙 (1)0 t1时间 内通 过电 阻 R的 电 流大小； (2)线 框匀速 转动 后，在