江苏省桃州中学高考物理一轮复习 5.1 交流电的产生和描述导学案 新人教版选修32.doc

选修3-22013届桃州中学高三物理导学案第五章 电磁感应【课 题】5.1 交流电的产生和描述【学习目标】 1能熟练运用交变电流的产生及其变化规律2. 能熟练掌握交变电流中的物理量【知识要点】1交变电流的产生和变化规律(1)交流电：大小和方向都随时间做 的电流(2)正弦式交变电流定义：按 变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流产生：将闭合线圈置于 磁场中，绕垂直于 的转轴 转动，线圈中会产生正(余)弦交变电流 （3）中性面的特点： 1)中性面是与磁场方向垂直的平面，是假想的一个参考面2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但其变化率为零，感应电动势为零3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大4)线圈转动一周，两次经过中性面，内部电流的方向改变两次2描述交变电流的物理量(1)周期和频率周期：交变电流完成一次 变化所需的时间，通常用t表示，单位是 频率：交变电流在 内完成周期性变化的次数，通常用f表示，单位是 . 周期和频率的关系是：t.(2)峰值和有效值峰值：指交变电流的电动势、电压或电流的 有效值：是根据 来规定的让交变电流和恒定电流分别通过 的电阻，使它们在 时间内产生的 相等，就把这一直流电的i、u值叫做这一交流电电流、电压的有效值正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系：eem，iim，uum. (3)瞬时值：n匝、面积为s的线圈以角速度转动，从中性面开始计时，则：瞬时电动势：e ，其中em .瞬时电流：i imsin t.瞬时电压：u .(4)平均值：平均值用表示，用法拉第电磁感应定律n直接求，其值大小由某段时间内磁通量的平均变化率来决定，在不同的时间段平均值不同【典型例题】 一、交流电的产生【例题1】图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是().【变式训练1】一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电流i随时间t变化的图线如图所示，则()at1时刻通过线圈的磁通量为零bt2时刻通过线圈的磁通量绝对值最大ct3时刻通过线圈的磁通量变化率绝对值最大d每当i变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大二、对描述交变电流的“四值”的比较和理解【例题2】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以如图所示的角速度匀速转动，外电路电阻为r.(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大？(3) 从图示时刻起线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式(4) 线圈平面与磁感线夹角为60时的感应电动势为多大？(5) 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？(6) 从图示位置开始，线圈转过60的过程中通过r的电量是多少？（7）图中电流表和电压表的示数各是多少？【变式训练2】电阻为1 的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图1018所示现把交流电加在电阻为9 的电热丝上，下列判断正确的是().a.线圈转动的角速度100 rad/sb.在t0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大c.电热丝两端的电压u100 vd.电热丝此时的发热功率p1 800 w【例题3】两个完全相同的电热器，分别通过如图a和b所示的电流最大值相等的方波交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比papb等于多少？【能力训练】1(2010广东理综)如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的()a周期是0.01 sb最大值是311 vc有效值是220 vd表达式为u220sin 100t v2一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示下列说法正确的是()at0时刻，线圈平面与中性面垂直bt0.01 s时刻，的变化率最大ct0.02 s时刻，交流电动势达到最大d该线圈应产生的交流电动势的图象如图乙所示3在相同时间内，某正弦交变电流通过一阻值为100 的电阻产生的热量，与一电流为3 a的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则()a此交变电流的有效值为3 a，峰值为3 ab此交变电流的有效值为3 a，峰值为6 ac电阻两端的交流电压的有效值为300 v，峰值为300 v d电阻两端的交流电压的有效值为300 v，峰值为600 v4如图所示矩形线圈，面积为s，匝数为n，整个线圈内阻为r，在匀强磁场b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，下列说法正确的是()a磁通量的变化量为nbsb平均感应电动势为e2nbs/c电阻r所产生的热量为(nbs/)2/rd通过电阻r的电荷量为qnbs/(rr)5.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变化关系图象为()6.如图所示，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)交变电动势的峰值(2)交变电动势的有效值(3)设线圈电阻为r1 ，角速度100 rad/s，线圈由图示位置转过过程中通过导线截面的电荷量q.7. 如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r0.10 m、匝数n20的线圈套在永久磁铁槽中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图10112乙所示)在线圈所在位置磁感应强度b的大小均为b0.20 t，线圈的电阻为r10.50 ，它的引出线接有r29.5 的小电珠l.外力推动线圈框架的p端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠当线圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正)求：(1)线圈运动时产生的感应电动势e的大小；(2)线圈运动时产生的感应电流i的大小；(3)每一次推动线圈运动过程中作用力f的大小；(4)该发电机的输出功率p. 例题答案： 1. 答案abd变式1. 解析dt1和t3时刻，感应电流为零，线圈位于中性面位置，磁通量最大，其变化率为零，故a、c项错误；t2时刻感应电流绝对值最大，线圈位于中性面的垂面位置，磁通量为零，故b项错误；i变换方向时，线圈位于中性面位置，磁通量绝对值最大，d项正确2. 解析(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba.(2)emnbsnbl2.(3)e= nbl2.cost(4)线圈平面与b成60角时的瞬时感应电动势eemcos 60nbl2.电动势的有效值e(5)电流的有效值i，柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功weitt.(6)因为i平均，故电量qi平均t.（7）电流表显示干路电流的有效值，则读数为i.电压表显示路端电压的有效值，则读数为uir.变式2. 答案d解析由题图可以看出该交变电流的周期t0.02 s，则角速度100 rad/s，a项错t0.01 s时刻，电压达到最大，则此时磁通量变化率最大，磁通量为零，b项错电热丝两端电压为路端电压uru90 v，故c项错根据电功率公式p w1 800 w，故d项正确.3. 【答案】21 解析有效值与最大值的关系i仅对正弦交变电流适用，即对于b图才有ib，pbirir.对于a图的方波交变电流来说，由于每时刻通过电阻r的电流都是im，只是方向做周期性变化，而对于电流通过电阻发热来说，它与电流方向是没有关系的因此从热效应来说，a图交变电流与电流是im的恒定电流是等效的，也可以说a图交变电流有效值就是im.因此iaim，pairir.所以papb121.能力训练答案1.bc解析由交变电流的图象知，周期是0.02 s，a错误；最大值是311 v，b正确；有效值是220 v，c正确；瞬时值表达式为u311sin 100t v，d错误2.b解析由甲图知，当t0时，磁通量最大，此时线圈平面与中性面重合，a错；当t0.01 s时0，则此时线圈平面与中性面垂直，的变化率最大，b正确；当t0.02 s时，磁通量反向达到最大，此时线圈平面与中性面重合，交流电动势为最小值e0，c、d均错3. 解析ac根据交变电流有效值的定义方法可知，此交变电流的有效值即为该直流电的电流值3 a；根据正弦交变电流有效值与峰值的关系(i)可知，交变电流的峰值为3 a；根据部分电路欧姆定律，由uir、umimr，得电阻两端的交流电压的有效值为300 v，峰值为300 v，所以选项a、c正确，b、d错误4. 解析bd线圈磁通量的变化量21bs，与匝数无关，a选项错误根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势en2nbs/，b选项正确电阻r产生的热量应该用有效值计算，即q2rt，整理后得qr(nbs)2/4(rr)2，c选项错误通过电阻r的电荷量qn，d选项正确5. 解析b在0内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞次定律知，电流方向为负值；在t内，线圈中无感应电流；在t时，ab边垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值，故只有b项正确.6. 【答案】(1)20 v(2)10 v(3)0.2 c解析(1)图示位置为中性面，从此时开始计时，交变电动势的瞬时值为eemsin t，将t，e10 v代入上式，求得em20 v.(2)此电流为正弦交变电流，所以交变电动势的有效值e v10 v.(3)在线圈转过的过程中，穿过线圈平面的磁通量变化量bs，据embs得 wb0.2 wb，故q c0.2 c.7. 解析(1)由xt图，可得线圈的切割速度v0.8 m