交变电流的产生和其描述导学案.doc

交变电流的产生及其描述【学习目标】： (1)知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的知道中性面的概念（2）掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义（3）理解正弦交流电的图像，能从图像中读出所需要的物理量（4）理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表达出正弦交流电的最大值、有效值、瞬 时值（5）理解交流电的有效值的概念，能用有效值做有关交流电功率的计算教学重点：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点教学难点：（1）交变电流产生的物理过程的分析.（2）当线圈处于中性面时磁通量最大，而感应电动势为零当线圈处于平行磁感线时，通过线圈的磁通量为零，而感应电动势最大即 ， 有最大值； ， 的理解【知识梳理 双基再现】1交变电流(1)定义： 和 都随时间做周期性变化的电流。(2)图像：如图1011(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图1011(a)所示。 2正弦式电流的产生和图像(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕 方向的轴匀速转动。(2)图像：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图1011(a)所示。3.中性面及其特点（1）定义：与磁场方向 的平面。（2）特点：线圈于中性面时穿过线圈的磁通量 ，磁通量的变化率为 。感应电动势为 。线圈转动一周， 经过中性面，线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次。（3）.正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数图像磁通量 电动势e 电压u 电流i （4）两个特殊位置的特点线圈平面与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变。线圈平面与中性面垂直时，SB，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。（5）书写交变电流瞬时值表达式的基本思路确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式EmnBS求出相应峰值。明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。A.若线圈从中性面位置开始转动，则i t图像为正弦函数图像，函数式为iImsin t。B.若线圈从垂直中性面位置开始转动，则i t图像为余弦函数图像，函数式为iImcos t。4.描述交变电流的物理量（1）周期和频率周期(T)：交变电流完成 变化(线圈转一周)所需的时间，单位是 ，公式 。频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的 ，单位是 。周期和频率的关系：T 或f 。（2）交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流 的值 eEmsin t iImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值 瞬时值EmnBS Im讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的 等效的恒定电流的值E U I (只适用于正弦式电流)(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所夹的 的比值BL 计算通过电路截面的电荷量【小试身手 轻松过关】1.(多选)某小型发电机产生的交流电动势为e=50sin 100t(V)。对此电动势,下列表述正确的有( )A.最大值是50 VB.频率是100 Hz C.有效值是25 V D.周期是0.02 s2.如图所示,处在磁感应强度为B的匀强磁场中的单匝矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为R。t=0时刻线圈平面与纸面重合,且cd边正在离开纸面向外运动。则( )3.(多选)如图所示,某种正弦式交流电压的波形,由图可确定该电压的( )A.周期是0.01 s B.最大值是311 C.有效值是220 V D.表达式为u=220sin 100t(V) 4.家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可调,比过去用变压器调压方便且体积较小。某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示,若用多用电表测灯泡两端的电压,多用电表示数为 ( )【基础训练 锋芒初显】5、如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,匝数n=50的矩形线圈,绕转轴OO垂直于匀强磁场匀速转动,每匝线圈长为L=25 cm,宽为d=20 cm,线圈每分钟转动1 500转,在匀速转动过程中,从线圈平面经过图示位置时开始计时,求:(1)交流感应电动势e的瞬时值表达式;(2)若每匝线圈本身电阻r=0.02 ,外接一只阻值为13 的电阻,使线圈和外电路构成闭合电路,写出交变电流i的瞬时值表达式,并计算交变电流的有效值是多大?线圈每转一周能产生多少焦耳热? 5、如图所示,图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系。若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过1 min的时间,两电阻消耗的电功之比W甲W乙为( )1【举一反三 能力拓展】1.一个电炉上标有“220 V1.5 kW”的字样,那么为了使它正常工作,所使用的正弦式交变电流应是( )A.电压最大值为220 V,电流最大值约为9.6 A B.电压最大值为311 V,电流最大值约为6.8 AC.电压有效值为220 V,电流有效值约为6.8 A D.电压有效值为311 V,电流有效值约为9.6 A2 .(多选)一交流电压为u= sin 100t(V),由此表达式可知( )A.用电压表测该电压其示数为50 V B.该交流电压的周期为0.02 sC.将该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100 WD.t=0.002 5 s时,该交流电压的瞬时值为100 V3.(多选)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转动轴以角速度匀速转动,线框转过/6时的感应电流为I,下列说法正确的是( ) A.线框中感应电流的有效值为2IB.线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为2IR/C.从中性面开始转过/2的过程中,通过导线横截面的电荷量为2I/D.线框转一周的过程中,产生的热量为(8RI2)/4.如图所示,一交变电流随时间而变化的图象,此交变电流的有效值是( )A.5 AB.5 AC. AD.10 A5.(多选)(2015河南八校联考)在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动,如图甲所示,金属线框的总电阻为R,金属线框产生的交流电动势的图象如图乙所示,则( )A.t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合C.线框中产生的电功率为 D.线框中产生的交流电动势的频率为50 Hz6(2012北京高考)一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为()A5 VB5 VC10 V D10 V7(2014宁波联考)如图1所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u20sin 100t V，则加在R2上的电压有效值为()图1A10 V B20 V C15 V D5 V8一台电风扇的额定电压为交流220 V。在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图2所示。这段时间内电风扇的用电量为()图2A3.9102度 B5.5102度 C7.8102度 D11.0102度9(2014福州质检)有一不动的矩形线圈abcd，处于范围足够大的可转动的匀强磁场中，如图3所示。该匀强磁场是由一对磁极N、S产生，磁极以OO为轴匀速转动。在t0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N开始离开纸面向外转动，规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是() 图3 图410(2014合肥模拟)一台发电机的结构示意图如图5所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时电动势为正值，图6中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是()图5图611.在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd。线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直。从t0时刻起，线圈以恒定角速度绕cd边沿如图7所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t0到tT时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图像为() 图7 图8模型概述“电动机”模型和“发电机”模型是高考题中时常出现的两种物理模型，凡在安培力作用下在磁场中运动的通电导体均可看做电动机模型，在外力作用下在磁场中做切割磁感线运动的导体均可看做发电机模型，此模型综合考查了磁场力的作用、电磁感应、恒定电流、交流电、能量转化与守恒等知识。电动机发电机工作原理通电线圈在磁场中受到安培力而转动闭合线圈在磁场中受外力转动，产生感应电动势能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能解题要点(1)受力由左手定则来判断(2)能量关系：P总P输出P热(3)实际功率：P实际P额定(4)电压、电流关系：UIR(1)产生的感应电动势方向由右手定则判定(2)感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算(3)注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的计算(4)能量转化中满足守恒形象比喻左手抓着电动机右手抓