河南省焦作市沁阳一中高中物理 第五章第一节 交变电流学案 新人教版选修32(1).doc

河南省焦作市沁阳一中高中物理 第五章第一节 交变电流学案 新人教版选修3-2自主预习1定义： 和 随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流说明： 随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征如图中 均为交变电流，而 就不是交变电流2正弦式电流（1）定义：随时间按 规律变化的电流叫做正弦式电流说明：在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流，但并非只有按正弦规律变化的电流才叫交变电流正弦式交变电流的图象是 曲线（2）正弦式电流产生：当线圈在 磁场中绕 于磁场方向的轴做 转动时，线圈中就产生正弦式电流（3）正弦式电流的规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面（也叫中性面）开始转动，则产生的交变电流的瞬时值表达式为iimsint；电动势瞬时值的表达式为e ；电压瞬时值表达式为u 二、中性面1定义：与磁感线 的平面叫做中性面2中性面特点：（1）穿过线圈的磁通量最 ；（2）磁通量的变化率最 ；（3）电动势e及电流i均为 ；（4）线圈经此位置电流方向 改变说明：除中性面之外，在交流电产生过程中还有一个特殊位置，那就是与磁感线平行的平面（或叫与中性面垂直的平面）该平面的特点：（1）穿过线圈的磁通量最 （0）；（2）磁通量的变化率最 ；疑难点辨析1.最大值（1）交流电在一个周期内所能达到的最大数值称为最大值.如em、um、im分别表示交流的电动势及电压的高低和电流的强弱.（2）它反映了瞬时值大小的变化范围.交变电流在某一时刻的值称瞬时值，如e、u、i等，反映了交变电流在不同时刻的大小和方向.在不同时刻，瞬时值的大小和方向一般不同，计算交流电路中与交变电流在某一时刻有关的问题用瞬时值.对正弦式电流，当线圈平面与磁感线平行时，电动势有最大值em=nbs，瞬时值与最大值的关系为：emeem.（3）最大值在实际中有重要意义.如把电容器（还有晶体二极管）接入交流电路中，就需要知道交流电压的最大值.因为所用电容器（或晶体二极管等）所能承受的电压（称耐压值）必须要高于交流电压的最大值，否则电容器（或晶体二极管等）就可能被击穿（变为一段导体）.2.有效值（1）定义：让交变电流和直流电流通过同样阻值的电阻，如果在相同时间里，它们产生的热量相等，这一交变电流的电流（或电压）的有效值就跟这个直流电的电流（或电压）相等.（2）正弦式电流的有效值和最大值的关系 i=0.707im u=0.707um.提醒：不是正弦或余弦规律变化的无此关系.各种使用交变电流的电器设备上所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电流表和交流电压表测量的数值，均指有效值.对于交变电流的数值，凡无特别说明的，均指有效值.3.有效值和平均值的区别交流的有效值是根据热效应规定的；交流的平均值是交流图象中波形对横轴（t轴）所围的面积跟时间的比值，有时也可用=n/t求解.在计算交流电通过导体产生的热量、热功率时，只能用交流的有效值，而不能用平均值；在计算通过导体的电荷量时，只能用交流的平均值，而不能用有效值.典型例题（一） 例1如图所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值为a5 ab5 ac3.5 ad3.5 a解题方法：有效值计算交变电流的有效值是根据电流的热效应来计算的，其常用计算式为q交q直高中阶段要求会计算有效值的交变电流图象有两种其一：正弦式电流， 其二：方波形（或脉冲）交变电流例2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的电量q；（2）电阻r上所产生的焦耳热q答案： 例1b例2qt （二）分类解读一、中性面的概念解读【例1】 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时()a线圈平面与磁感线方向平行b通过线圈的磁通量达到最大值c通过线圈的磁通量变化率达到最大值d线圈中的电动势达到最大值二、磁通量与交变电流的产生【例2】 某线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过它的磁通量随时间的变化规律可用图表示，则()at1和t2时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大bt2时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零ct3时刻，线圈中的感应电动势为零dt4时刻，线圈中的感应电动势达最大值三、交变电流图象的应用【例3】大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流如图所示都属于交变电流下列几个图中哪个是正弦式交流电，哪个是方波，说法正确的是() aa是正弦式交流电，c是方波bb是正弦式交流电，d是方波ca是正弦式交流电，b是方波dd是正弦式交流电，b是方波参考答案：例1b 例2cd 例3 c课后练习1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是()a在中性面时，通过线圈的磁通量最大b在中性面时，感应电动势最大c穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零d穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零2交流发电机在工作时电动势为eemsin 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()aeemsin be2emsinceemsin 2t desin 2t3一束带电粒子沿着通有交流电的螺线管的轴线射入管内，则粒子在管内的运动状态是()a往复运动 b匀速直线运动c匀加速直线运动 d匀速圆周运动4.如图4所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴p1和p2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时()a线圈绕p1或p2转动时电流的方向相同，都是adcbab线圈绕p1转动时的电动势小于绕p2转动时的电动势c线圈绕p1转动时的电流等于绕p2转动时的电流d线圈绕p1转动时dc边受到的安培力大于绕p2转动时dc边受到的安培力5如图5所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴oo以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0这段时间内()a线圈中的感应电流一直在减小b线圈中的感应电流先增大后减小c穿过线圈的磁通量一直在减小d穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小6.如图6所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e0.5sin 20t v，由该表达式可推知以下哪些物理量()a匀强磁场的磁感应强度b线框的面积c穿过线框的磁通量的最大值d线框转动的角速度7.线框在匀强磁场中绕oo轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图7所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是()a磁通量和感应电动势都在变大b磁通量和感应电动势都在变小c磁通量在变小，感应电动势在变大d磁通量在变大，感应电动势在变小8如图8甲所示，“匚”形金属框导轨水平放置导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以如图乙所示的交变电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的作用时间是()a0t1 bt1t2 ct2t3 dt3t49如下图所示，能够产生交变电流的情况是()10如图所示，表示交变电流的图象是11.交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为s，匀强磁场的磁感应强度为b，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为r.当线圈由图中实线位置第一次匀速转动90到达虚线位置过程中，求：(1)通过r的电荷量q为多少？(2)r上产生电热qr为多少？(3)外力做的功w为多少？12.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311v，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。（1）写出感应电动势的瞬时值表达式（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120时电流强度的瞬时值为多少？ 参考答案1a 2 c 3 b 4 ac 5 ad 6 d 7d 8ac 9 bcd 10 cd11.解析 (1)由电流的定义，计算电荷量应该用平均值，即qt，而，故q(2)求电热应该用有效值，先求总电热q，再按照内外电阻之比求r上产生的电热qrqi2(rr)t，qr(3)根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出的电热，因此wq12. 解析：本题中没有规定线圈平面在什么位置为计时起点，一般取线圈平面在中性面时为计时起点。（