2017-2018学年高中物理第五章交变电流习题课交变电流的产生及描述学案新人教版选修3

1、练习题课交变电流的产生与说明目标定位 1.进一步熟悉交变电流的产生过程，能够求出交变电流的瞬时值.2.进一步理解交变电流图像的物理意义.3.了解交变电流的四值的区别，应用四值来解决相关问题一、交变电流的瞬时值和图像问题如图1所示，是1匝的线圈在均匀的强磁场中绕与磁场垂直的轴等速旋转产生的感生电动势的图像，由图像可知()图1a .该感生电动势的瞬时公式为e=200sin (0.02t) Vb .该感生电动势的瞬时公式为e=200sin (100t) VC.t=0.01 s时，通过线圈的磁通量为零当D.t=0.02 s时，通过线圈的磁通量的变化率最大答案b(1)求出感生电动势瞬时值决定线圈的旋转从

2、哪个位置开始确定线圈旋转的角速度rad/s单位)确定感生电动势瞬时值公式。(2)正弦交流的图像是正弦曲线，从图像中可以得到以下信息周期(t )和角速度() :线圈旋转的角速度=。峰值(Em，Im ) :可以根据图像上的最大值计算有效值E=，I=。瞬时值：每个“点”表示某个时刻的瞬时值可以确定线圈位于中性面的时间节点，也可以确定线圈与磁感线平行的时间节点。判断线圈中磁通及磁通变化率的变化.二、平均值及电荷量的求出方法例2发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm的正方形线圈，将其放置在磁感应强度B=0.05 T的均匀强磁场中，并绕与磁场方向垂直的轴以=100 rad/s的角速度旋转，当线圈平

3、面与磁场方向垂直时开始校正时(1)写出交变电流的瞬时值公式(2)线圈从修正时开始，旋转中通过带线圈横截面的电荷量是多少？解析(1)感生电动势的最大值为em=nbs=1000.050.20.2100v=20v，Im=2 A，其中，i=Imsin(t)A=2sin (100t) A。(2)线圈从修正时开始，在旋转中通过带线圈的横截面的电荷量q=t=.从中性面开始校正时，进行旋转，如图所示。q=C=110-2 C。答案(1)i=2sin (100t) A (2)110-2 C(1)感生电动势的平均值=n(2)为了求出电荷量，使用感应电流的平均值：=、q=t=n。三、有效值的计算例3有两个完全相同的电

4、加热器，分别使图2的甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流通过.图2在解析交流电流通过纯电阻用电气设备r时，其电力P=I2R，I应该是交流电流的有效值。关于标题甲所示的方波交变电流，由于大小一定，所以有效值I甲=Im。对于问题图b所示的正弦交变电流，有效值I乙=p甲=IR，p乙=2R=IR所以p甲： p乙=21。答案2:1在图3所示的电路中，电阻R1和电阻R2的电阻值相同，都是r，与R1并联连接的d是理想的二极管(可以认为正向电阻为零，反向电阻无限大)，如果在a、b之间加上正弦交流u=20sin(100t) V，则施加在R2上的电压有效图3A.10 V B.20 V C.15 V D

5、.5 V伏特根据二极管的单向式导电性，如果二极管导通，则施加到R2的电压波形为半周期，最大值为20 V，如果二极管关断，则R1、R2串联，施加到R2的电压的半周期的最大值为10 V，根据有效值的定义，施加到R2的电压有效值为5 V，选择项d正确。答案d交变电流有效值的修正计算有以下两种情况(1)对于按照正(侑)弦定律变化的电流，可以根据Em=nBS求出其最大值，然后根据E=求出其有效值(2)电流以非正(侑)弦规则变化时，必须根据有效值的定义求出。 校正有效值时，留心产生相同的电阻、相同的时间(一般取1个周期)、相同的热量。四、交变电流“四值”的综合应用例5如图4所示，已知在均匀强磁场中，内部电

6、阻r=3、面积S=0.02 m2的半圆形的读信息帧能够绕oo 轴旋转，均匀强磁场的磁感应强度B=T图4(1)从图示的位置开始修正时刻后，求出合十礼信息帧中的感生电动势的瞬时值公式(2)在合十礼信息帧从图示位置旋转90度的过程中，通过合十礼层横截面的电荷量是多少？ 这个电荷量和合十礼亚信息帧的转速有关系吗？(3)在主题给出的已知条件下，与外部电路连接的小灯能否正常发光？ 否则，小灯的实际功率是多少？(1)解析合十礼信息帧旋转时产生的感生电动势的最大值Em=BS=0.02100 V=10 V通过合十礼信息帧的旋转，从与磁感线平行的位置开始修正时，感生电动势的瞬时值公式e=Emcos(t)V=10c

7、os (100t) V。(2)在合十礼信息帧旋转90周过程中产生的平均电动势=、流过的电荷量q=T=、灯泡电阻R=3 。因此，q=C=C，与合十礼层信息帧的旋转速度无关。(3)在合十礼信息帧中产生的感生电动势的有效值E=10 V，灯两端电压u=r=5v.u6v，因此灯不能正常发光，其有效功率P=W=W。答案(1)e=10cos (100t) V与(2) C无关，(3)不能w最大值、有效值、瞬时值、平均值、不同时使用：(1)在研究电容器的耐压值时，只能使用最大值(2)研究交变电流的功、电力及产生热量时，只能使用有效值W=EIt，Q=I2Rt，交流电力校正所指示的也是有效值(3)在研究交流电流通过

8、导体的横截面的电荷量的情况下，只能使用平均值(4)调查某时刻线圈受到的电流时，只能使用瞬时值1.(图像信息分析)图5表示某正弦式交流电的电流I随着时间t而变化的图像图5a .电流的最大值为10 Ab .电流的有效值为10 Ac .这个交流的周期是0.03 sd .这个交流电的频率是0.02 Hz答案b从问题图可知，分析该交流电的电流的最大值为10 A，有效值为I=A=10 A。 如果周期是0.02 s，则频率是f=50 Hz。如图6所示，如果正弦交流电电力是通过电子部件的波形图，则以下描述是正确的(。图6a .这也是交流b .电流的变化周期为0.01 sc .电流的有效值为1 Ad .电流通过

9、100 的电阻时，1 s内产生的热量为200 J答案c因为解析电流方向不变，所以不是交流，a错误的周期为0.02 s，从b错误电流的热效应可知，2R=I2RT，解为I=1 A，所以c对。 从Q=I2Rt可以看出，Q=11001 J=100 J，d是错误的。3.(有效值的理解和校正)在图7所示的区域内有与纸面垂直的均匀强磁场，磁感应强度为b .电阻为r、半径为l，圆心角为45的扇形封闭的导线信息帧绕与纸面垂直的o轴以角速度等速旋转(o轴位于磁场边界)，在合十礼信息帧内产生的感应电流的有效值为()图7甲乙丙。答案d解析合十礼信息帧旋转的角速度为，输入磁场的过程为时间周期，输出磁场的过程为时间周期，

10、输入磁场，输出时产生的感应电流的大小都为i=时，一次旋转产生的感应电流的有效值满足I2RT=()2RT，I=.D能正确求解。4.(交变电流 4值的应用)如图8所示，均匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T、一边L=10 cm的正方形线圈abcd为100匝，线圈电阻r=1 ，线圈绕与磁感线垂直的对称轴oo 等速旋转图8(1)旋转中的感生电动势的最大值(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)旋转60时的瞬时感生电动势(3)交流电压校正的显示数(4)周期内通过的电阻r的电荷量是多少答案(1)3. 14伏(2)1. 57伏(3)1. 78伏(4)0.086 6 C(1)解析感生电动势的最大值Em=nBS=

11、1000.50.122 V3.14 V。(2)60转时的瞬时感生电动势e=Emcos 60=3.140.5 V=1.57 V。(3)电压显示数为外部电压的有效值em=3. 14伏-1. 78伏。(4)在周期内通过电阻r的电荷量q=C0.086 6 C。问题组一交变电流的产生规律及图像的应用1 .矩形金属线圈一共10匝，以垂直磁场方向的旋转轴为中心，在均匀强磁场中等速旋转，线圈中产生的感生电动势e的时间t变化的法则如图1所示，以下的说明中正确的是()图1a .这个交流电的频率是0.2 Hzb .该感生电动势的有效值为1 VC.t=0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行d .线圈旋转中通过线圈的最大

12、磁通量为Wb答案d由问题图可知，该交流电的周期T=0.2 s，频率f=5 Hz，a是错误的。 在E=V、b错误. t=0.1 s的情况下，电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，因为c错误. Em=nBS，其中n=10、=10 rad/s2 .小型抖动发电机的线圈为n匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为均匀强磁场，方向与线圈中心轴oo垂直，线圈oo等速旋转，如图2所示，在矩形线圈ab边和cd边产生的感生电动势的最大值为图2a .峰值为e0 B，峰值为2e0c .有效值为Ne0 D .有效值为Ne0答案d解析矩形线圈的ab边和cd边产生的感生电动势的最大值都为e0，因此发电机的电动势峰值

13、为2Ne0、a、b错误。 由于不对线圈的电阻进行计数，因此电动机的输出电压的峰值为2Ne0，有效值为=Ne0，因此d是正确的3.(多个选择)如图3所示，格拉夫a是线圈在均匀强磁场中等速旋转时产生的正弦交流的图像，如果仅改变线圈的转速，则产生正弦交流的图像如格拉夫b所示，以下的说法是正确的()。图3a .线圈前后2次转速之比为23b .通过线圈的磁通的最大值之比为32c .前后2次交流电力的电压最大值之比为32d .前后2次交流电力的电压有效值之比为32答案光盘由图可知，分析为周期Ta=0.4 s、Tb=0.6 s，线圈前后两次旋转速度之比nanb=TBta=32。 根据磁通量的最大值之比为11

14、的故障b错误电动势的最大值Em=NBS，得到2个电压的最大值之比umaumb=ab=32，c是正确的。 有效值是最大值除以的值，所以比不变。交流电的有效值的比保持3:2，所以d是正确的，所以选择c、d问题组2的有效值的应用4 .如图4所示，在某个交变电流的电流强度随时间变化的格拉夫中，i0部分的格拉夫是一条正弦曲线的正半周，i0部分的格拉夫是另一条正弦曲线的负半周，该交变电流的有效值为()图4A.I0 B.I0 C.I0 D.I0答案b解析取1个循环时间，从电流的热效应解的电流的有效值为I时，I2R3T=2RT 2R2T，解： I=I0，因此选择b。5 .图5表示交变电流的i-t图像时，该交流

15、电流的有效值为()图5A.4 A B. A C. A D.2 A答案b设解析交流电流的有效值为I，周期为t，电阻为r。成为I2RT=2R 42RT所以我选择了b。6 .如图6所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流和时间的变化关系图6a.1:b.1:2c.1:3d.1:6答案c在图甲中，周期为t，根据有效值的定义为(A)2R 0 (A)2R=IRT，I1=A。 在图b中，电流的值不变，I2=1 A，从W=I2Rt得到w甲： w乙=13.C。问题组3交流“四值”的应用7 .标记为“220 v、0.5 F”的电容器可以连接到以下哪个电路上使用()在A.e=220sin (100t) V

16、B.220 V的照明电路中在C.e=380sin (100t) V D.380 V的照明电路中答案a如图7所示，当交流电压u=311sin (314t ) V施加到电阻值为220 的电阻的两端时()图7a .电压修正的读数为311 Vb .电流校正的读数是1.414 Vc .电流校正的读数是1 AD.2 s内的电阻产生的电热为440 J答案光盘由于解析电压修正正在测量有效值，因此读取值为V220 V，电流显示数为1 A，因此c、d是正确的。9 .在图8所示电路中，a是熔断电流I0=2 A的保险丝，r是可变电阻，s是交流电源，交流电源的内部电阻不可计数，其电动势的经时变化规律是e=220sin (314t) V图8A.110 B.110 C.220 D.220 答案b分析E=220 V，Rmin=110 。10 .如图9所示，线圈面积为0