交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述.ppt

2009届高三物理一轮复习之 交变电流的产生及描述 江苏省江都中学物理组韩朋生 2008年江苏省物理高考大纲 选修3 2 交变电流 近几年高考对交流电的考查 命题频率较大的知识点 交变电流的变化规律 包括图像 有效值的定义和应用 变压器的电压比 电流比的计算 一 交变电流的概念 二 交变电流的产生及变化规律 三 表征交变电流的物理量 例题 课堂总结 作业 谢谢 交变电流 大小和方向都随时间做周期性变化的电流 叫做交变电流 简称交流 ac 几种常见的交变电流波形 1 产生 在匀强磁场中 线圈绕垂直于磁场的轴做匀速转动 线圈中产生正弦交变电流 中性面 例1 设单匝线圈平面从中性面开始转动 角速度是 ab边长为l1 bc边长l2 磁感应强度为b 经过时间t 线圈中感应电动势为多大 v v l1 l2 中性面 v v b a b d c o o t时刻 t 2 变化规律 1 函数表达式 2 图像 成立条件 转轴垂直匀强磁场经中性面时开始计时 中性面位置 电流方向变化 平行于磁场位置 电流方向不变 三 表征交变电流的物理量 1 瞬时值 2 峰值 3 有效值 4 平均值 um im 5 周期 和频率 1 感应电动势的瞬时值 中性面开始计时 平行于磁场方向开始计时 2 感应电动势的峰值 若把线圈和电阻组成闭合回路 设整个电路电阻为r总 根据闭合电路欧姆定律 电流的峰值im em r总 电流的瞬时值i imsin t 路端电压的峰值um imr外 路端电压的瞬时值u umsin t 推广 描述交流电变化的幅度 3 有效值 1 定义 根据电流热效应 让交流和恒定电流通过相同的电阻 如果它们在一个周期内产生的热量相等 而这个恒定电流是 电压是 我们就把 叫这个交流的有效值 2 正弦交流电的有效值 非正弦交变电流根据有效值定义处理 4 平均值 例2 表示交变电流随时间变化图象如图所示 则交变电流有效值为 b 5a d 3 5a 再结合公式和分别求电流和电压的有效值 由热效应定义有 b 处理思路 例4 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 线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示 下面说法中正确的是 t1时刻通过线圈的磁通量为零 t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 d 例5 如图所示 匀强磁场磁感应强度为b 所用矩形线圈的匝数为n 边长bc l1 ab l2 以角速度 绕oo 轴匀速转动 外电阻r 线圈内阻r 当线圈转过中性面开始计时 试求 1 线圈中感应电动势的最大值 2 线圈中感应电动势的瞬时值 4 t 0至t t 4过程中 电阻r上消耗的电能 3 电压表的示数 5 t 0至t t 4过程中 电阻r上流过的电量 1 处理瞬时值时 要注意计时起点 2 有关热效应的计算及电表读数 用有效值处理 3 有关电量的计算 用平均值 注意点 若例5中线圈只有一半位于磁场中 交流电的峰值为多大 拓展 计算峰值时不能套用 要注意对运动过程和切割情况的分析 再拓展 若将线圈绕磁场边缘一根轴线匀速转动 那电动势的有效值为多大 计算有效值时不能套用 适当时可借助于图像 根据有效值定义来处理部分过程按正弦变化的交流电 v v0sin t b b0 拓展延伸 y 2sin x 3 总结 表征物理量 交变电流 概念 产生及变化规律 大小 方向 都变 产生 变化规律 正弦交流电 转轴垂直于匀强磁场 匀速转动 中性面开始计时 瞬时值 峰值 有效值 平均值 正弦交流电 周期 频率 1 计算与电流热效应相关的量 如电功 电热 时 应该用值 例3 结合对瞬时值 峰值 有效值 平均值的理解 完成以下空格 3 交流电表的测量值应该用值 2 计算流过导体横截面的电量时 应该用值 5 电气设备标注的额定电压 额定电流应该用值 4 电容器的耐压值应该用值 6 保险丝的熔断电流应该用值 有效 有效 有效 有效 峰 平均 产生正弦交流电不一定是闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生 本题金属棒在导轨上作简谐运动切割磁感线 也能产生正弦式交流电 另外还可以通过有规律的改变磁感应强度b使产生的感生电流仍是正弦式交流电 拓展延伸 交变电流实际上是电磁感应现象研究的继续及其规律的具体应用 交变电流的产生 交变电动势最大值的计算 变压器的工作原理都和楞次定律及法拉第电磁感应定律有着密切的联系 近几年高考对交流电的考查 命题频率较大的知识点有交变电流的变化规律 包括图像 有效值的定义和应用 变压器的电压比 电流比的计算等 其中不少题目和图像有关 2008年江苏省物理高考大纲 选修3 2 例4 图甲为某型号电热毯的电路图 将电热丝接在u 156sin120 tv的电源上 电热毯被加热到一定温度后 由于p的作用使输入的正弦交变电流仅有半个周期能够通过 即电压变为图乙所示的波形 从而进入保温状态 则此时交流电压表的读数是 a 156vb 110vc 78vd 55v c 解 1 v 2 v 3 w 4 5 c v 产生正弦交流电不一定是闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生 本题金属棒在导轨上作简谐运动切割磁感线 也能产生正弦式交流电 另外还可以通过有规律的改变磁感应强度b使产生的感生电流仍是正弦式交流电 拓展延伸 例5 放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻r相连 如图所示 匀强磁场的磁感应强度为b 与导轨平面垂直 一根长度为l 等于平行导轨间距 的金属棒电阻为r 放置在导轨上 当金属棒在aa 和bb 之间做简谐运动时 速度随时间的变化规律是v v0sin t 试求 通过电阻r的电流 导体棒产生的感应电动势 通过电阻r的电流 解 几种常见的交变电流波形 交流电表的测量值 电气设备标注的额定电压 额定电流 保险丝的熔断电流 小结 计算与电流热效应相关的量 电功 电功率 电热 有效值的适用情况 例5 如图所示 匀强磁场b 0 1t 所用矩形线圈的匝数n 100 边长bc 0 5m ab 0 3m 以角速度 100 rad s 绕oo 轴匀速转动 外电阻r 4 线圈内阻r 1 当线圈转过中性面开始计时 试求 1 线圈中感应电动势的最大值 2 线圈中感应电动势的瞬时值 4 t 0至t t 4过程中 电阻r上消耗的电能 3 电压表的示数 5 t 0至t t 4过程中 电阻r上流过的电量 4 平均值 在处理电容器的耐压值时应考虑峰值 反映交流电热