高中物理 第2章 交变电流与发电机 学案3 习题课交变电流的产生及描述同步备课课件 沪科版选修

,3 习题课：交变电流的产生及描述,第2章 交变电流 与发电机,目标定位 1.理解交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值. 2.理解交变电流图像的物理意义. 3.知道交变电流“四值”的区别，会求解交变电流的有效值.,内容索引,知识探究,达标检测,1,知识探究,一、对交变电流产生规律的理解 求解感应电动势瞬时值时：(1)先要计算峰值EmaxnBS；(2)确定线圈转动从哪个位置开始，以便确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化；(3)确定线圈转动的角速度(以rad/s作单位)；(4)最后确定感应电动势的瞬时值表达式.,例1 图1甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图.其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的匝数n100匝，电阻r10 ，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R90 ，与R并联的交流电压表为理想电表.在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化.求：,图1,(1)交流发电机产生的电动势最大值；,图1,答案,解析,62.8 V,交流发电机产生电动势的最大值EmaxnBS,由t图线可知，max2.0102 Wb，T0.2 s 所以Emax20 V62.8 V.,(2)电动势的瞬时值表达式；,答案,解析,e62.8cos (10t) V,eEmaxcos t62.8cos (10t) V,(3)线圈转过 s时电动势的瞬时值；,答案,解析,31.4 V,答案,解析,(4)电路中交流电压表的示数.,二、交变电流图像的应用 正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息： 1.周期(T)和角速度()：线圈转动的角速度 2.峰值(Em，Im)：图像上的最大值，可计算出有效值 3.瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值. 4.可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁感线的时刻. 5.判断线圈中磁通量及磁通量变化率 的变化情况.,例2 (多选)如图2所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是 A.在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.线圈先后两次转速之比为32 C.交流电a的瞬时值为e10sin (5t) V D.交流电b的最大值为 V,图2,答案,解析,由题图可知，t0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知TaTb23，故nanb32，B正确； 由题图可知，C正确；因ab32，交流电最大值EmaxnBS，,三、交变电流有效值的计算 交变电流有效值的计算一般有以下两种情况： 1.对于按正(余)弦规律变化的电流，可先根据EmnBS求出其峰值，然后根据E 求出其有效值. 2.当电流按非正弦规律变化时，必须根据有效值的定义求解.计算时要注意三同：相同电阻、相同时间(一般要取一个周期)、产生相等热量.,例3 有两个完全相同的电热器，分别通以如图3甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流.求这两个电热器的电功率之比.,答案,解析,图3,21,交变电流通过纯电阻用电器R时，其电功率PI2R，I应该是交变电流的有效值. 对于题图甲所示的方波交变电流，因大小恒定，故有效值I甲Im. 对于题图乙所示的正弦交变电流,所以P甲P乙21.,四、交变电流“四值”的应用比较 交变电流的四值，即最大值、有效值、瞬时值、平均值，在不同情况下的使用： (1)在研究电容器的耐压值时，只能用最大值. (2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交流电表显示的也是有效值. (3)在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值. (4)在研究某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值.,(1)交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同. (2)平均电动势不等于初、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算即,例4 一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO以如图4所示的角速度匀速转动，外电路电阻为R. (1)写出此刻线圈感应电流的方向.,答案,解析,图4,见解析,由右手定则可判定电流的方向沿adcba.,(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大？,答案,解析,见解析,EmaxNBSNBL2.,(3)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周柴油机做多少功？,答案,解析,见解析,由于不计能量损失，柴油机做的功全部转化为电能，线圈转一周，,柴油机做的功,2,(4)从图示位置开始，线圈转过60的过程中通过R的电荷量是多少？,答案,解析,见解析,通过R的电荷量,图4,(5)图中电流表和电压表的示数各是多少？,答案,解析,图4,见解析,电流表示数,达标检测,2,1.(交变电流图像的应用)(多选)图5甲、乙分别表示两种电压的波形，其中甲电压按正弦规律变化.下列说法正确的是 A.甲表示交流电，乙表示直流电 B.两种电压的有效值相等 C.甲电压的瞬时值表达式为u 311sin (100t) V D.甲交变电流的有效值比乙交变电流的有效值大,1,2,3,图7,答案,解析,两题图中交变电流的大小和方向都随时间变化，在t轴的上方为正，下方为负，A错. 有效值E 只对正弦交流电适用，将两个图像叠放在一起，可以看出两个交变电流的最大值相等，甲对应的有效值大，所以B错，D对. 由题图甲可知C对.,1,2,3,2.(对交变电流产生规律的理解)如图6所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B T，线框的CD边长为20 cm，CE、DF长均为10 cm，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时： (1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；,图6,答案,解析,1,2,3,线框转动，开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置，在t时刻线框转过的角度为t，此时刻eBl1l2cos t，即eBScos t，,1,2,3,(2)在et坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图像.,答案,解析,见解析图,线框中感应电动势随时间变化关系的图像如图所示.,1,2,3,3.(交变电流“四值”的应用比较)如图7所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO轴从图示位置开始匀速转动.已知从图示位置转过 时，线圈中电动势大小为10 V，求： (1)感应电动势的最大值；,答案,解析,图7,20 V,图示位置为中性面，