魯科版選修32 第3章 習題課3　交變電流的產(chǎn)生及描述 學案.doc

習題課3交變電流的產(chǎn)生及描述學習目標1.進一步熟悉交變電流的產(chǎn)生過程，能夠求解交變電流的瞬時值2.進一步理解交變電流圖象的物理意義3.知道交變電流“四值”的區(qū)別，應(yīng)用“四值”求解相關(guān)問題合 作 探 究攻 重 難交變電流的瞬時值及圖象問題1.求解感應(yīng)電動勢瞬時值(1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度(以rad/s作單位)；(3)確定感應(yīng)電動勢瞬時值表達式2正弦交流電的圖象是一條正弦曲線，從圖象中可以得到以下信息(1)周期(t)和角速度()：線圈轉(zhuǎn)動的角速度.(2)峰值(em，im)：圖象上的最大值，可計算出有效值e，i.(3)瞬時值：每個“點”表示某一時刻的瞬時值(4)可確定線圈位于中性面的時刻，也可確定線圈平行于磁感線的時刻(5)判斷線圈中磁通量及磁通量變化率的變化情況有一匝數(shù)為10匝的正方形線圈，邊長為20 cm，線圈總電阻為1 ，線圈繞oo軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖1所示，垂直于線圈平面向里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5 t.圖1(1)求該線圈產(chǎn)生的交變電流的電動勢最大值、電流最大值分別為多少？(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大？(3)寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式思路點撥：【解析】(1)交變電流電動勢最大值為em2nblv2nblnbs100.50.2210 v6.28 v，電流的最大值為im a6.28 a.(2)線圈轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢eemsin 605.44 v.(3)由于線圈轉(zhuǎn)動是從中性面開始計時的，所以瞬時值表達式為eemsin t6.28sin 10t v.【答案】(1)6.28 v6.28 a(2)5.44 v(3)e6.28 sin 10t v線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦交變電流，若從中性面開始計時，感應(yīng)電動勢按正弦規(guī)律變化；若從與中性面垂直的位置開始計時，則按照余弦規(guī)律變化.針對訓練1一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖2甲所示，則下列說法中正確的是()【導學號：11452065】甲乙圖2at0時刻線圈平面與中性面垂直bt0.01 s時刻，的變化率達到最大ct0.02 s時刻，交流電動勢達到最大d該線圈相應(yīng)的交流電動勢圖象如圖2乙所示b由題圖甲知，當t0時，最大，說明線圈平面與中性面重合，故a錯誤；當t0.01 s時，0最小，t圖象的斜率最大，即的變化率最大，故b正確；當t0.02 s時，最大，交流電動勢為零，故c錯誤；由以上分析可知，d錯誤交變電流的“四值”的綜合應(yīng)用最大值、有效值、瞬時值、平均值，在不同情況下的使用：1在研究電容器的耐壓值時，只能用最大值2在研究交變電流做功、電功率及產(chǎn)生的熱量時，只能用有效值weit，qi2rt；交流電表指示的也是有效值3在研究交變電流通過導體橫截面的電荷量時，只能用平均值4在研究某一時刻線圈受到的安培力時，只能用瞬時值如圖3所示，在勻強磁場中有一個內(nèi)阻r3 、面積s0.02 m2的半圓形導線框可繞oo軸旋轉(zhuǎn)已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度b t若線框以100 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，且通過電刷給“6 v,12 w”的小燈泡供電，則：圖3(1)若從圖示位置開始計時，求線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式；(2)從圖示位置開始，線框轉(zhuǎn)過90的過程中，通過導線橫截面的電荷量是多少？該電荷量與線框轉(zhuǎn)動的快慢是否有關(guān)？(3)由題目所給已知條件，外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光？如不能，則小燈泡的實際功率為多大？【解析】(1)線框轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值embs0.02100 v10 v因線框轉(zhuǎn)動從平行于磁感線位置開始計時，則感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式eemcos t10cos (100t) v.(2)線框轉(zhuǎn)過90過程中，產(chǎn)生的平均電動勢，流過的電荷量qt，燈泡電阻r 3 .故q c c，與線框轉(zhuǎn)動的快慢無關(guān)(3)線框產(chǎn)生的電動勢的有效值e10 v，燈泡兩端電壓ur5 v因u6 v，故燈泡不能正常發(fā)光，其實際功率p w w.【答案】(1)e10cos (100t) v(2) c無關(guān)(3)不能 w交變電流的有效值與平均值的區(qū)別：(1)計算方法不同.交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的，常用的計算式為q交q直.交變電流的平均值是交變電流的圖象中波形跟時間軸所圍的面積與時間的比值，交變電流的平均值應(yīng)根據(jù)進行計算；(2)適用范圍不同.在計算交變電流通過導體產(chǎn)生的熱量、熱功率時，只能用交變電流的有效值，不能用平均值；在計算通過導體的電荷量時，只能用交變電流的平均值，不能用有效值.)針對訓練2.實驗室里的交流發(fā)電機可簡化為如圖4所示的模型，正方形線圈在水平勻強磁場中繞垂直于磁感線的oo軸勻速轉(zhuǎn)動今在發(fā)電機的輸出端接一個電阻r和理想電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)25圈，讀出電壓表的示數(shù)為10 v已知r10 ，線圈電阻忽略不計，下列說法正確的是()a線圈位于圖中位置時，線圈中的瞬時電流為零b從中性面開始計時，線圈中電流瞬時值表達式為isin 50t( a)c流過電阻r的電流每秒鐘方向改變100次d電阻r上的熱功率等于20 w圖4b在題圖所示位置，磁通量變化最快，感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，a錯電壓有效值為10 v，最大值為10 v，電流的最大值im a，從中性面開始計時應(yīng)該為：isin 50t (a)，b對該交流電的頻率為25 hz，每秒鐘電流方向改變50次，c錯電壓有效值為10 v，r的功率為p10 w，d錯當 堂 達 標固 雙 基1某正弦式交流電的電流i隨時間t變化的圖象如圖5所示由圖可知()圖5a電流的最大值為10 ab電流的有效值為10 ac該交流電的周期為0.03 sd該交流電的頻率為0.02 hzb由題圖知此交流電的最大值為10 a，則有效值為i a10 a；周期為0.02 s，則頻率為f50 hz.2匝數(shù)為100的線圈通有如圖6所示的交變電流(圖中曲線為余弦曲線的一部分)，單匝線圈電阻r0.02 ，則在010 s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱為()圖6a80 jb85 jc90 j d125 jb由交變電流的有效值定義知2r(2 a)2ri2rt，該交變電流的有效值i a，線圈的總電阻r總1000.02 2 ，由qi2r總t得q85 j，選項b正確3交流發(fā)電機工作時電動勢為eemsin t，若將發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?)【導學號：11452066】aeemsinbe2emsinceemsin 2t desin 2tc本題考查交變電壓的瞬時值表達式eemsin t，而emnbs，當加倍而s減半時，em不變，故正確答案為c.4.如圖7所示，有一臺小型發(fā)電機，其矩形線圈的匝數(shù)n200匝，線圈面積s0.01 m2，線圈電阻r0.5 ，磁場的磁感應(yīng)強度b t時，產(chǎn)生頻率f50 hz的單相正弦交變電流，供電給“220 v2 200 w”的電器讓其正常工作求：(1)若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時表達式；(2)發(fā)動機輸出端交流電壓表的示數(shù)；(3)電阻r的阻值圖7【解析】(1)發(fā)電機產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值：emnbsnbs2f2000.01100 v240 v感應(yīng)電