高中物理 第五章 交变电流 第1节 交变电流导学案 新人教版选修3-21.doc

5.1交变流电学习目标 1、理解交变电流的产生原理及变化规律；2、理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系；3、理解电感、电容器对交变电流有阻碍作用的原因？ 自主学习一、交变电流的产生1、什么是中性面？2、当线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量 ，感应电流为 ，而当线圈垂直于中性面时，穿过线圈的磁通量为 ，感应电流 。3、线圈每转动一周，电流方向改变 次，电流方向改变时，线圈处于什么位置？我国日常生活中使用的交变电流一秒中电流方向改变 次。二、交变电流的描述1、写出正弦式交变电流电动势的最大值、瞬时值、有效值以及平均值表达式？ 2、对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是： ，是不是对一切交变电流都是如此？3、在我们经常遇到的问题中，那些地方应用有效值？那些地方应用最大值？那些地方应用平均值？三、电感、电容1、试分析电感电容器对交变电流有阻碍作用的原因？感抗与容抗与那些因素有关？有什么关系？2、扼流圈分为低频扼流圈和高频扼流圈：那低频扼流圈的作用是： ，高频扼流圈的作用是： 。典型例题tt2t4Em0t1t3e例1：一矩形线圈，绕垂直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e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是（ ）A、t1时刻通过线圈的磁通量为零；B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C、t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D、每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大t4 200.01-3 20.020.030.04i/A例2、如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象，此交变电流的有效值（ ）A、5 2 A B、5A C、3.5 2 A D、3.5AabcdOORB例3：如图，矩形线圈面积为s，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。求：、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；、如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达式；、当线圈由图示位置转过900的过程中，电阻R上所产生的热量；、当线圈由图示位置转过900的过程中，通过电阻R的电荷量。针对训练1、交流发电机在工作时电动势为e= Emsint ，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其它条件不变，则电动势为（ ）A、e= Emsin（t/2） B、e= 2Emsin（t/2）C、e= Emsin2t D、e= Em/2sin2t2、一电热器接在10v的电源上，产生的热功率为P,把它改接到另一正弦交变电路中，要使产生的热功率为原来的一半，如果忽略电阻值随温度的变化，则该交变电流的电压的最大值为等于（ ）A、5v B、14v C、7.1v D、10v3、如图是一个正弦交变电流的it图象，根据这一图象，该交流电的瞬时值表达式为 A,它的有效值为 A。aE1E212ABCbcSt/Si/A020.2-20.40.64、如图所示，A、B、C为三个相同的灯泡，a、b、c为与之串联的三个元件，E1为直流电源，E2为交流电源。当开关S接“1”时，A、B两灯均正常发光，C灯不亮。S接“2”时，A灯仍正常发光，B灯变暗，C灯正常发光。由此可知，a元件应是 b元件应是 c元件应是 。5、一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示，则磁感应强度B= ，在t=T/12时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于 。t/s0.10.20.310-1000.4i/A6、如图所示，表示一交流电的电流随时间的变化图象，其中电流正值为正弦曲线的正半周，则该交流电的有效值为多少？abcdOORBV7、如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100，线圈电阻r=3，ab=cd=0.5m，bc=ad=0.4m，磁感应强度B=0.5T，电阻R=311，当线圈以n=300r/min的转速匀速转动时，求：感应电动势的最大值；t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式；此电压表的示数是多少？能力训练1、如图甲中所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（ ）A、t1时刻线圈中感应电动势最大；B、t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直；C、t3时刻线圈平面与中性面重合；D、t4 、t5时刻线圈中感应电流方向相同2、已知交变电流i=Imsint,线圈从中性面开始转动，转动了多长时间，其瞬时值等于有效值（ ）A、 2 / B、/ 2 C、/ 4 D、/ 23、如图， 形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合电路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中。通有如图所示的交变电流。规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的时间是（ ）A、0t1 B、t1t2C、t2t3 D、t3t4UVAL4、在如图所示电路图中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无穷大，交流电源的电压u=220 2 sin100t V，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是（ ）A、电流表示数增大 B、电压表示数增大C、灯泡变暗 D、灯泡变亮5、如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是（ ）A、把电介质插入电容器，灯泡变亮；B、增大电容器两板间的距离，灯泡变亮；C、减少电容器两板间的正对面积，灯泡变暗；D、使交变电流频率减小，灯泡变暗6、如图所示，有一闭合的正方形线圈，匝数N=100，边长为10cm，线圈总电阻为10，线圈绕OO轴在B=0.5T的匀强磁场中转动，每分钟转1500转，则线圈平面从图示位置转过30度时，感应电动势的值是 V。7、一交流电压的瞬时值表达式为U=15 sin100t ，将该交流电压加在一电阻上，产生的电功率为25W，那么这个电阻的阻值 。8、有一交流电压的变化规律为U=311 sin314t，若将辉光电压是220V的氖管接上此交流电压，则在1s内氖管发光的时间为多少？9、一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝的磁通量随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5.0，外电路电阻R=95。已知感应电动势的最大值Em=nm。其中m为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数？abcdOORBV10、如图所示，边长为a=10cm的正方形线圈绕垂直于磁感线的OO轴以n=10r/s的转速匀速转动，磁场的磁感应强度B=0.1T，线圈的匝数N=100匝，电阻r=1。线圈两端分别接在两个固定于OO轴上且彼此绝缘的金属滑环上，外电路接有R=9的电阻，并接有一只理想交流电压表。求：、电压表的读数；、若从线圈通过中性面开始计时，转过900过程中，通过电阻R的电荷量；、在1min内，作用在线圈上的外力所做的功是多少？11将阻值为5的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是 ( )A电路中交变电流的频率为0.25 HzB通过电阻的电流为AC电阻消耗的电功率为2.5 WD用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V12如图甲所示电路，电阻R的阻值为50，在ab 间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中错误的是（ ）A交流电压的有效值为100VB电流表示数为2AC产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14rad/sD如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则电流表的示数也增大一倍13一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知（ ）A该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin(25t)VB该交流电的频率为25 HzC该交流电的电压的有效值为D若将该交流电压加在阻值R100 的电阻两端,则电阻消耗的功率时50 W14A如图a所示，AB两端接直流稳压电源，UAB100V，R040W，滑动变阻器总电阻R20W，当滑动片处于变阻器中点时，C、D两端电压UCD为 V,通过电阻R0的电流为_ A。14B如图b所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB100V，R040W，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为 V，通过电阻R0的电流有效值为_A。15电阻R1、R2与交流电源按照图1方式连接，R1=10，R2 =20。合上开关S后，通过电阻R1的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图2所示。则 ( )A通过R1的电流有效值是1.2A BR1两端的电压有效值是6VC通过R2的电流最大值是1.2A DR2两端的电压最大值是6V16图a为某型号电热毯的电路图，将电热丝接在u156sin120t V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流电仅有半个周期能够通过，即电压变为图b所示波形，从而进入保温状态，则此时交流电压表的读数是 ( )A156V B110V C78 V D55 V17两个相同的灯L1和L2 ，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值Um、频率f为的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是 （ ） A最大值仍为Um ，而频率大于fB最大值仍为Um ，而频率小于fC最大值大于Um ，而频率仍为fD最大值小于Um ，而频率仍为f18、如图2所示电路中，如果交流电的电压不变而频率降低，则三盏电灯的亮度变化情况是（ ）A、三盏电灯的亮度都不变；B、L1的亮度变亮，L2的亮度变暗，L3的亮度不变；C、L2的亮度变亮，L1的亮度变暗，L3的亮度不变；D、L1的亮度变亮，L3的亮度变暗，L2的亮度不变。 19“二分频”音箱内有高频、低频两个扬声器。音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低两个频段分离出来，送往相应的扬声器。图为音箱的简化电路图，高低频混合电流由a、b端输入，L是线圈，C是电容器。则下列判断中正确的是 ( )A甲扬声器是低频扬声器 BC的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器CL的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器D乙扬声器中的电流的最大值一定比甲中的大20.如图14-14所示，边长为L的正方形线圈abcd的匝数为n，线圈电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，现在线圈以OO为轴，以角速度匀速转动，求：闭合电路中电流瞬时值的表达式线圈从图示位置转过90的过程中电阻R上产生的热量线圈从图示位置转过90的过程中通过R的电荷量电阻R上的最大电压21用单位长度电阻为r0=0.05/m的导线绕制一个n=100匝、边长a=0.20m的正方形线圈，线圈两端与阻值R=16的电阻连接构成闭合回路，如图甲所示。线圈处在均匀磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B的大小随时间变化的关系如图乙所示。求：（1）在01.010-2 s时间内，通过电阻R的电荷量；5（2）1min内电流通过电阻R所产生的热量；（3）线圈中所产生的感应电流的有效值。答案自主学习： 一、交变电流的产生1：线圈平面与磁场垂直时的平面叫做中性面2：最大，零，零，最大。3：2，中性面，100。二、交变电流的描述1：最大值：,瞬时值：从线圈转至中性面开始计时（从转至平行磁感线开始计时），有效值：平均值：2：不是3：有效值：通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表读数；交流电器的额定电压、额定电流，保险丝的电流等都是指有效值，求解交流电产生的热量问