鲁科版选修32 第3章 交变电流 章末复习课 学案.doc

巩固层知识整合体系构建核心速填1交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流2中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置3交变电流的产生：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动4有效值：根据电流热效应定义，正弦式交变电流的有效值e，u，i.5电感：随线圈自感系数和交变电流的频率的增大而增大，在电路中的作用：通直流、阻交流；通低频，阻高频6电容：随电容器电容和交变电流频率的增大而减小，在电路中的作用；隔直流，通交流；通高频、阻低频提升层能力强化交变电流的产生、表达式和图象问题1.交变电流的产生要掌握好中性面及垂直中性面位置的特点：(1)中性面：磁通量最大，但变化率为零感应电动势e0.(2)垂直中性面位置：磁通量0，但变化率最大，感应电动势emnbs.2正弦交流电表达式和图象表达(1)交变电流的图象反映了交变电动势(或电流、电压)随时间的变化关系，无论是写出交变电流的瞬时值表达式还是画出交变电流的图象，都要先知道周期t和峰值(即最大值)em、im，并有2/t和eme，imi.(2)由于穿过线圈的磁通量与产生的感应电动势(或感应电流)随时间变化的函数关系总是互余的，因此利用这个关系去分析一些交变电流的问题，常常会使问题简化如图31所示，矩形线圈的边长分别为abl1和bcl2，线圈的电阻为r，绕ad边匀速转动，角速度大小为，ad边恰好位于有界匀强磁场的边界处，磁感应强度大小为b.某时刻线圈位置如图，磁感线垂直线圈平面，方向向里从图示位置开始计时，规定电流沿abcd方向为正方向(1)写出感应电动势的最大值；(2)画出感应电流随时间变化的图象(至少两个周期)图31【解析】(1)感应电动势的最大值为embl1l2.(2)因从中性面开始计时，假设右边有磁场作出图象应该是正弦曲线，再把最初内和最后一个内的图象去掉就得到一个周期的图象，且im.图象如图所示【答案】(1)embl1l2(2)见解析图一语通关对于线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的情况，当穿过线框的磁通量最大时，磁通量的变化率为零，线框中的感应电动势为零；当穿过线框的磁通量为零时，磁通量的变化率最大，线框中的感应电动势也最大.针对训练1(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是()a当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大b当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零c每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次d线框经过中性面时，各边不切割磁感线cd线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边速度方向与磁感线平行，不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以感应电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大故选项c、d正确交变电流的四值1.最大值最大值是指交变电流在变化过程中电动势、电压、电流所能达到的最大值，它反映的是交变电流大小的变化范围，常用大写字母加下标m来表示，如em、um、im.当线圈平面与磁感应强度b的方向平行时，交变电流的电动势最大设线圈的匝数为n、面积为s，绕垂直于磁场的转动轴转动的角速度为，emnbs.em的大小与线圈的形状、旋转的转动轴位置无关在考虑电容器或晶体二极管的耐压程度时，应注意交变电流的最大值2有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，即在同一时间，能使同一电阻产生相等热量的直流电流的数值，叫做该交变电流的有效值它反映的是交变电流通过用电器把电能转化为其他形式能的本领强弱，常用一大写字母来表示，如e、u、i.正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是：e，u，i.各种电气设备上铭牌标有的、交变电表所测的，以及在叙述中没有特别说明的交变电流的值，都是指有效值在计算交变电流通过导体产生的热量、电功率，以及确定电阻丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值总之，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，交变电路中电流表、电压表的读数也都是有效值3平均值交变电流的平均值是交变电流图象中波形与横轴(t轴)所围的面积跟时间的比值，常用大写字母上加一横线来表示，如、，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，qt.平均电动势n，平均电流n.切记，平均值不等于有效值4瞬时值瞬时值是交变电流某时刻的值，常用小写字母来表示，如e、u、i.当从线圈平面与b的方向平行时开始计时，设线圈平面与b的方向的夹角为，瞬时电动势e的表达式为eemcos ；当从线圈平面与中性面平行时开始计时，设线圈平面与中性面的夹角为，瞬时电动势e的表达式为eemsin .在求发电机某一时刻的电动势、电流、输出功率，用电器某一时刻的电压、电流、消耗功率时常用瞬时值边长为a的n匝正方形线圈在磁感应强度为b的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈的电阻为r.不计其他外电阻求：(1)线圈从中性面开始转过90的过程中产生的热量；(2)线圈从中性面开始转过90角的过程中，通过导体横截面的电荷量【解析】(1)线圈中产生的热量需从转动过程中交变电流的有效值考虑因线圈中感应电动势的最大值为emnba2，故线圈中电流的有效值为：i，线圈转过90角所用的时间为t，所以在转动过程中产生的热量qi2rt.(2)在线圈转过90角的过程中，感应电动势和感应电流的平均值分别为n，所以流过导体横截面的电荷量为qt.【答案】见解析一语通关(1)i只适用于正弦交变电流.(2)计算时一般取一个周期，如果一个周期内各时段交变电流的规律不同，应分段计算然后求和.(3)各种交流电表、交流电器上标注的额定值及与热效应有关的计算等都指的是有效值.(4)计算流过导体横截面的电荷量时必须用平均值.针对训练2.如图32所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r1.0 ，外接r9.0 的电阻闭合开关s，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 10t(v)，则()【导学号：11452076】a该交变电流的频率为10 hzb该电动势的有效值为10 vc外接电阻r所消耗的电功率为10 wd电路中理想交流电流表的示数为1.0 a图32d因e10sin 10t(v)，故10 rad/s，f5 hz，选项a错误；em10 v，故其有效值e10 v，选项b错误；交流电表的示数及功率的计算均要用有效值，因此电路中表的示数i1.0 a，选项d正确；外接电阻r所消耗功率为pi2r1.029 w9 w，选项c错误电阻、电感、电容对交变电路的影响电阻、电感、电容对电流都有阻碍作用，但它们的产生原因、阻碍特点等各不相同，对比如下：电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞电感线圈的自感现象阻碍电流的变化极板上所带电荷对定向移动的电荷的阻碍阻碍的特点对直流、交流均有阻碍作用通直流、阻交流，通低频、阻高频通交流、隔直流，通高频、阻低频相关因素由导体本身决定(长短、粗细、材料)，与温度有关由线圈本身的自感系数和交变电流的频率共同决定由电容的大小和交变电流的频率共同决定如图33所示，三个灯泡是相同的，额定功率足够大，直流电源e1内阻可以忽略，交流电源e2电动势的有效值与e1相等，电感线圈电阻不计当开关s接到接点a时，三灯亮度相同，当开关s接到接点b时()图33a甲、乙、丙三灯亮度相同b甲灯最亮，丙灯不亮c甲灯和乙灯一样亮，丙灯不亮d乙灯最亮，丙灯不亮d当开关s接到a点时，三个相同的灯泡亮度相同，说明通过三个灯泡的电流大小相等，三个支路对所加频率的交流电的阻碍作用相同当开关s接b点时，由于所加的是直流电，含电阻支路的阻碍作用不变，含电感线圈支路的阻碍作用减小(线圈有“阻交流，通直流”的作用)，含电容器支路的阻碍作用变为无穷大(电容器有“通交流，隔直流”的作用)，所以甲灯亮度不变，乙灯变亮，丙灯不亮一语通关分析电容器和电感器在电路中的作用的一般步骤：(1)弄清电路的结构及各元件在电路中的连接方式；(2)根据各元件对交变电流的阻碍作用的特点，分析各元件对电路的影响.针对训练3.在收音机线路中，经天线接收到的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，为此采用了如图34所示的电路，其中a、b表示的元件是()【导学号：11452077】aa是电容较大的电容器，b是低频扼流圈ba是电容较大的电容器，b是高频扼流圈ca是电容较小的电容器，b是低频扼流圈da是电容较小的电容器，b是高频扼流圈图34da的作用是阻碍低频成分而使高频成分通过，因此a是电容较小的电容器；b的作用是阻碍高频成分而使低频成分通过，因此b是高频扼流圈，故选项d正确交变电流和力学的综合问题在解决交变电流知识和力学知识综合问题时应注意以下几点：1交变电流的大小和方向、交变电压的大小和正负都随时间做周期性变化，从而引起磁场、电场的强弱和方向都做周期性变化因此，在研究带电体在磁场、电场中的受力时，一定要细致地进行动态的受力分析2粒子在交变电场中，常见的运动情境有以下三种：(1)带电粒子做定向运动；(2)带电粒子以某位置为中心做往复运动；(3)带电粒子做偏转运动3分析时应注意由于交变电流的周期性变化而引起的分析结果出现多解的可能如图35甲所示，a、b两块金属板水平放置，相距为d0.6 cm，两板间加有一周期性变化的电压，当b板接地(b0)时，a板电势a随时间变化的情况如图35乙所示，现有一带负电的微粒在t0时刻从b板中央小孔射入电场，若该带电微粒受到的电场力为重力的2倍，且射入电场时初速度可忽略不计求：图35(1)在0和t这两段时间内微粒加速度的大小和方向；(2)要使该微粒不与a板相碰，所加电压的周期最长为多少？(g取10 m/s2)【解析】(1)设电场力大小为f，则f2mg，对于t0时刻射入的微粒，在前半个周期内，fmgma1，a1g，方向向上，后半个周期的加速度a2满足fmgma2，a23g，方向向下(2)前半个周期上升的高度h1a12gt2，前半个周期微粒的末速度为，后半个周期先向上做匀减速运动，设减速运动的时间为t1，则3gt1，t1，此段时间内上升的高度h2a2t3g2，则上升的总高度为h1h2gt2gt2. 后半个周期的t1时间内，微粒向下加速运动，下降的高度h33g2上述计算表明，微粒在一个周期内的总位移为零，只要在上升过程中不与a板相碰即可，则h1h2d，即d，所加电压的周期最长为tmax s6102 s.【答案】(1)g方向向上3g方向向下(2)6102 s一语通关(1)首先要分析清楚初始条件.(2)其次按运动和力的关系，在交变电压的正、负阶段对带电粒子的受力和运动细节分作详细的物理过程分析.(3)最后得出带电粒子的运动究竟属于哪种情况，必要时还可画出粒子的速度图象帮助分析判断.针对训练4如图36所示的区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y2sin曲线围成(x2 m)现把边长为2 m的正方形单匝线框以水平速度v10 m/s匀速地拉过该磁场区域，磁场区域的磁感应强度b0.4 t，线框的电阻r0.5 ，不计一切摩擦阻力求：图36(1)水平拉力f的最大