交流电规律的综合应用（习题课）教案

交流电规律的综合应用（习题课）学习目标：1、知道描述交变电流的物理量，周期、频率、峰值、有效值、平均值．(重点)2、理解正弦式交变电流的最大值和有效值间的关系．会求解交变电流的有效值．(重点、难点)3、可以正确区分正弦式交变电流电压的瞬时值、最大值、有效值、平均值，并进行相关热量、电量的运算。4、掌握分析变压器静态问题、动态问题和远距离输电问题的思路相关知识：一、正弦式交变电流1.产生：线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变.(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，电流方向不改变.3.电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变两次.4.交变电动势的最大值：Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关.5.交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时)e＝nBSωsinωt.二、描述交变电流的物理量1.周期和频率(1)周期T：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(1,n)(n为转速).(2)频率f：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).(3)周期和频率的关系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值.(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值.(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，E＝eq\f(Em,\r(2)).(5)交变电流的平均值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(nΔΦ,R＋rΔt).三、变压器和远距离输电1.变压器物理量之间的关系2.变压器的分析方法3.远距离输电(1)理清三个回路（如图所示）(2)抓住两个联系理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是U1：U2=n1：n2,I1：I2=n2：n1,P1=P2。理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是U3：U4=n3：n4,I3：I4=n4：n3,P3=P4(3)掌握一个守恒:P1=P2=P损+P4。例题1：如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n＝100匝、总电阻r＝1.0Ω、所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝9.0Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化.求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0～eq\f(T,4)时间内，通过小灯泡的电荷量.例题2：边长为L的正方形单匝线圈abcd，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线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕OO′轴匀速转动，求：（1）从图示位置开始计时，写出闭合电路中电流瞬时值的表达式；（2）线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量；（3）线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量；例题3：如图所示为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点，可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点，触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态，和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表乙所示。热风时输入功率450W冷风时输入功率50W小风扇额定电压50V正常工作时小风扇输出功率40W乙（1）变压器原、副线圈的匝数比是多少？（2）小风扇的内阻是多少？（3）吹热风时，触片P处于怎样的位置？电热丝的阻值是多少？例题4：如图所示的电路中,有一理想变压器,左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡L和滑动变阻器R，R上并联一只理想电压表V2.下列说法中正确的是()A.当F不动，P向上滑动时，V1示数变大，V2示数变小B.当F不动，P向上滑动时，灯泡消耗的功率变小C.当P不动，F向下移动时，V1,V2的示数均变小D.当P不动，F向下移动时，灯泡消耗的功率变大例题5：为保障高考顺利进行，学校决定购买一台应急备用发电机。某物理老师牵头调查，发现以下数据：全校共有220间课室，每间教室有日光灯20盏，每盏灯功率为20W，额定电压均为220V；发电机安装在升压变压器附近，（发电机到升压变压器处的线路的电阻忽略不计）升压变压器到降压变压器的距离为500m，计算得出所用输电线每米电阻约2.0×10^−3Ω，其余部分电阻不计：学校已有升压变压器和降压变