交变电流-电磁感应复习题.doc

交变电流 电磁感应1交变电流产生(一)、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。如图17-1所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图（b）所示。而（a）、(d)为直流其中（a）为恒定电流。（二）、正弦交流的产生及变化规律 (1)、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。图17-1(2)、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。(3)、规律：从中性面开始计时，则e=NBSsint 。用表示峰值NBS则e=sint 2、表征交变电流大小物理量(1)瞬时值：对应某一时刻的交流的值，用小写字母e i u表示(2)峰值：即最大的瞬时值。大写字母表示，Ummm m= nsB m=m/ R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为=NBS，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。(3)有效值：a、意义：描述交流电做功或热效应的物理量b、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。c、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是= I= U=。e、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。f、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。(4)峰值、有效值、平均值在应用上的区别。 峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。 交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。 (5)、表征交变电流变化快慢的物理量a、周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s .b、频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：Z.c、角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s.d、角速度、频率、周期，的关系=2f=3、变压器（1）变压器的构造： 原线圈、 副线圈、 铁心（2）变压器的工作原理：在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。（3）理想变压器：磁通量全部集中在铁心内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。（4）理想变压器电压跟匝数的关系： U1/U2= n1/n2 =（5）理想变压器电流跟匝数的关系I1/I2= n2/n1 （适用于只有一个副线圈的变压器） n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4+（6）注意事项：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。4、电能的输送输送电能的过程:输送电能的过程如下所示：发电站升压变压器高压输电线降压变压器用电单位。 (2). 高压输电的道理思路：输电导线（电阻）发热损失电能减小损失。根据公式P=UI，要使输电电流I减小，而输送功率P不变（足够大），就必须提高输电电压U。所以说通过高压输电可以保证在输送功率不变，减小输电电流来减小输送电的电能损失。例1、交流发电机在工作时产生的电压流表示式为，保持其他条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时电压流的变化规律变为（ ）ABCD1.1、关于线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，以下说法正确的是（ ）A线圈每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C线圈每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次MN图17-3QPABCDE1.2、如图17-3所示，矩形线圈ACDE放在磁感强度为B的匀强磁场中，线圈以相同的角速度，分别绕MN、PQ、AC、AE轴线匀速转动，线圈中产生的感应电动势分别为E1、E2、E3、E4，则下列关系中正确的是（ ）AE1=E2，E3=E4 BE1=E2=E3，E4=0 CE1=E2=E3=E4 DE2=E3，E1=E4例2、如图17-4表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。2.1、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生的感应电动势为（V），则如下说法中正确的是（ ）A此交流电的频率是100Hz Bt=0时线圈平面恰与中性面重合C如果发电机的功率足够大，它可使“220V100W”的灯泡正常发光 D用交流电压表测量的读数为V2.2、一个电热器接在10V的直流电源上，在ts内产生的焦耳热为Q，今将该电热器接在一交流电源上，它在2ts内产生的焦耳热为Q，则这一交流电源的交流电压的最大值和有效值分别是（ ）A最大值是V，有效值是10VB最大值是10V，有效值是VC最大值是V，有效值是5V D最大值是20V，有效值是V例3、如图17-5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。（2）若线框电阻r=3,再将AB两端接“6V，12W”灯泡，小灯泡能否正常发光？若不能，小灯泡实际功率多大？ 解析： ABOabcd3.1、某矩形线圈，切割磁感线的边长ab=40cm，宽ab=20cm，共50匝，磁感强度为0.5T的匀强磁场中以300r/min，绕中心轴OO匀速转动，如图17-6所示问：（1）线圈角速度、频率各多少？长边切割磁感线的线速度多大？（2）若t=0时线圈恰在中性面位置，写出感应电动势的瞬时表达式，求出当t=0.025s时感应电动势的瞬时值（3）感应电动势的有效值多少？从图示位置转动900过程中的平均感应电动势值又是多少？（4）若线圈的电阻为10，为了使线圈匀速转动，每秒要提供的机械能是多少？图17-6例4、如图17-7所示,理想变压器铁芯上绕有A、B、C三个线圈，匝数比为nA:nB:nC=4:2:1,在线圈B和C的两端各接一个相同的电阻R，当线圈A与交流电源连通时，交流电流表A2的示数为I0，则交流电表A1的读数为_I0 。4.1有一个理想变压器,原线圈1200匝,副线圈400匝,现在副线圈上接一个变阻器R,如图17-9所示,则下列说法中正确的是 ( ) A .安培表A1与A2的示数之比为3:1 图17-9B .伏特表V1与 V2的示数之比为3:1C .当变阻器滑动头向下移动时,原线圈的输入功率将增加D .原、副线圈的功率之比为3:1例5、发电厂输出的交流电压为2.2万伏,输送功率为2.2106瓦,现在用户处安装一降压变压器,用户的电压为220伏,发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22欧,求:(1)输电导线上损失的电功率;(2)变压器原副线圈匝数之比。5.1、远距离输电，当输电电阻和输送功率不变时，则（ ）A输电线上损失的功率跟输送电线上的电流的平方成正比B输电线上损失的电压跟输送电线上的电流成正比C输送的电压越高，输电线路上损失的电压越大D输电线上损失的功率跟输送电压的平方成正比5.2、用1万伏高压输送100千瓦的电功率，在输电线上损失2%的电功率，则输电线的电阻是_欧姆，如果把输送电压降低一半，则输电线上损失功率将占输送功率的_%。1.法拉第电磁感应定律： 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。2.感应电动势的大小计算公式1) EBLV (垂直平动切割) 2) =?(普适公式) (法拉第电磁感应定律) 3) E= nBSsin（t+）；EmnBS (线圈转动切割)4) EBL2/2 (直导体绕一端转动切割) 3.楞次定律： 感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 B感和I感的方向判定：楞次定律(右手) 深刻理解“阻碍”两字的含义(I感的B是阻碍产生I感的原因) B原方向?；B原变化? (原方向是增还是减)；I感方向?才能阻碍变化；再由I感方向确定B感方向。楞次定律的多种表述： 从磁通量变化的角度：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 从导体和磁场的相对运动：导体和磁体发生相对运动时，感应电流的磁场总是阻碍相对运动。 从感应电流的磁场和原磁场：感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。(增反、减同) 楞次定律的特例右手定则“阻碍”和“变化”的含义产生产生阻碍感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍引起感应电流的磁场。因此，不能认为感应电流的磁场的方向和引起感应电流的磁场方向相反。磁通量变化 感应电流感应电流的磁场 发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源，在电源的内部，电流的方向是从低电势流向高电势。1如图所示，匀强磁场B=0.1T，金属棒AB长0.4m，与框架宽度相同，电阻为R=1/3,框架电阻不计，电阻R1=2，R2=1当金属棒以5m/s的速度匀速向左运动时，求：(1)流过金属棒的感应电流多大？ (2)若图中电容器C为0.3F，则充电量多少？2（2003上海）粗细均习的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。 现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图100-1所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是（ ）3.竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R.磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，与环的最高点A铰链连接的长度为2a、电阻为R/2的导体棒AB由水平位置紧贴环面摆下（如图）.当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为（ ）A.2Bav B.BavC.2Bav/3 D.Bav/34如图100-3所示，U形导线框MNQP水平放置在磁感应强度B0.2T的匀强磁场中，磁感线方向与导线框所在平面垂直，导线MN和PQ足够长，间距为05m，横跨在导线框上的导体棒ab的电阻r1.0，接在NQ间的电阻R4.O，电压表为理想电表，其余电阻不计若导体棒在水平外力作用下以速度2.0m/s向左做匀速直线运动，不计导体棒与导线框间的摩擦(1)通过电阻R的电流方向如何? (2)电压表的示数为多少?(3)若某一时刻撤去水平外力，则从该时刻起，在导体棒运动1.0m的过程中，通过导体棒的电荷量为多少?5.如图所示，有一电阻不计的光滑导体框架，水平放置在磁感应强度为B的竖直向上的匀强磁场中，框架宽为l.框架上放一质量为m、电阻为R的导体棒.现用一水平恒力F作用于棒上，使棒由静止开始运动，当棒的速度为零时，棒的加速度大小为_；当棒的加速度为零时，速度为_.6.（2004年黄冈市）如图所示，平行金属导轨MN、PQ水平放置，M、P间接阻值为R的固定电阻.金属棒ab垂直于导轨放置，且始终与导轨接触良好.导轨和金属棒的电阻不计.匀强磁场方向垂直导轨所在平面.现用垂直于ab棒的水平向右的外力F，拉动ab棒由静止开始向右做匀加速直线运动，则图中哪一个能够正确表示外力F随时间变化的规律 7. 如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L。M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。（1）由b向a方向看到的装置如图102-6所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；（3）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。MNab8.如图所示，竖直平行金属导轨M、N上端接有电阻R，金属杆质量为m，跨在平行导轨上，垂直导轨平面的水平匀强磁场为B，不计ab与导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好，若ab杆在竖直向上的外力F作用下匀速上