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32.ppt

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emax nbs 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n 100匝 电阻r 10 线圈的两端经集流环与电阻r连接 电阻r 90 与r并联的交流电压表为理想电表 在t 0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 8v 交流发电机产生电动势的最大值emax nbs 由 t图线可知 max 2 0 10 2wb t 0 2s所以emax 20 v 62 8v 2 电动势的瞬时值表达式 答案 解析 e 62 8cos 10 t v e emaxcos t 62 8cos 10 t v 3 线圈转过s时电动势的瞬时值 答案 解析 31 4v 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t 0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3 2c 交流电a的瞬时值为e 10sin 5 t vd 交流电b的最大值为v 图2 答案 解析 由题图可知 t 0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ta tb 2 3 故na nb 3 2 b正确 由题图可知 c正确 因 a b 3 2 交流电最大值emax nbs 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em nbs 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 2 1 交变电流通过纯电阻用电器r时 其电功率p i2r 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 2 1 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 emax nbs nb l2 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 100 t vd 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20cm ce df长均为10cm 转速为50r 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e bl1l2 cos t 即e bs cos t 1 2 3 2 在e t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10v 求 1 感应电动势的最大值 答案 解析 图7 20v 图示位置为中性