高中物理 第2章 交变电流与发电机 微型专题4 交变电流的产生及描述课件 沪科版选修32.ppt

微型专题4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 知识探究新知探究点点落实 达标检测当堂检测巩固反馈 知识探究 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 一 对交变电流产生规律的理解 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 答案 解析 解析交流发电机产生电动势的最大值emax nbs 答案62 8v 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 答案e 62 8cos 10 t v 由于从垂直中性面处开始计时 所以感应电动势瞬时值表达式为 e emaxcos t 62 8cos 10 t v 答案 解析 答案31 4v 答案 解析 答案40v 4 电路中交流电压表的示数 二 交变电流图像的应用 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 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 图2 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的瞬时值表达式为e 10sin 5 t vd 交流电b的最大值为v 答案 解析 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 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 求出其最大值 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 三 交变电流有效值的计算 例3如图3所示是一交变电流的i t图像 则该交流电电流的有效值为 图3 答案 解析 解析设交流电电流的有效值为i 周期为t 电阻为r 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 四 交变电流 四值 的应用比较 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 图4 答案 解析 答案见解析 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 答案见解析 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 答案见解析 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 答案见解析 解析通过r的电荷量 5 图中理想电流表和理想电压表的示数各是多少 答案 解析 答案见解析 解析理想电流表示数 达标检测 1 交变电流图像的应用 如图5甲所示 标有 220v40w 的灯泡和标有 20 f300v 的电容器并联到交流电源上 为交流电压表 交流电源的输出电压如图乙所示 闭合开关 下列判断正确的是 1 2 3 4 图5 答案 解析 解析的示数应是电压的有效值220v 故a d错误 电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压 灯泡正常发光 b正确 1 2 3 4 2 交变电流有效值的应用 如图6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1min的时间 两电阻消耗的电功之比w甲 w乙为 答案 解析 1 2 3 4 图6 1 2 3 4 3 有效值的计算和应用 多选 如图7甲所示为电热毯电路示意图 交流电压u 311sin100 t v 当开关s接通时 电热丝的电功率为p0 当开关s断开时 加在电热丝上的电压如图乙所示 则 1 2 3 4 a 开关接通时 交流电压表的读数为220vb 开关接通时 交流电压表的读数为311vc 开关断开时 交流电压表的读数为311v 电热丝功率为d 开关断开时 交流电压表的读数为156v 电热丝功率为 答案 解析 图7 1 2 3 4 4 交流电 四值 的比较 如图8所示 匀强磁场的磁感应强度b 0 5t 边长l 10cm的正方形线圈abcd共100匝 线圈电阻r 1 线圈绕垂直于磁感线的对称轴oo 匀速转动 角速度 2 rad s 外电路电阻r 4 求 保留三位有效数字 1 转动过程中感应电动势的最大值 解析 图8 答案 1 2 3 4 答案3 14v 解析感应电动势的最大值em nbs 100 0 5 0 12 2 v 3 14v 2 由图示位置 线圈平面与磁感线平行 转过60 角时的瞬时感应电动势 解析