高中物理《交變電流》學案5 新人教版選修3-2

1、交變電流【同步導學】1. 正弦交流電的產(chǎn)生如圖1所示，設矩形線圈abcd以角速度繞oo' 軸、從線圈平面跟磁感線垂直的位置開始做逆時針方向轉(zhuǎn)動此時，線圈都不切割磁感線，線圈中感應電動勢等于零經(jīng)過時間t線圈轉(zhuǎn)過t角，這時ab邊的線速度v方向跟磁感線方向夾角等于t ，設ab邊的長度為l，bd邊的長度為l'，線圈中感應電動勢為。當線圈轉(zhuǎn)過T/4時間，線圈平面轉(zhuǎn)到跟磁感線平行的位置，t=/2，sint =1，ab邊和cd邊都垂直切割磁感線，線圈中感應電動勢最大，用Em來表示，Em=NBS則線圈經(jīng)過任意位置時，感應電動勢的瞬時值：e =Emsint，可見，線圈里產(chǎn)生的感應電動勢是按正弦規(guī)

2、律變化的。2中性面當線圈轉(zhuǎn)動至線圈平面垂直于磁感線位置時，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應電流，這個特定位置叫做中性面。應注意：中性面在垂直于磁場位置。線圈通過中性面時，穿過線圈的磁通量最大。線圈平面通過中性面時感應電動勢為零。線圈平面每轉(zhuǎn)過中性面時，線圈中感應電流方向改變一次，轉(zhuǎn)動一周線圈兩次通過中性面，一周里線圈中電流方向改變兩次。例1 如圖4所示，100匝的線框abcd在圖示磁場（勻強磁場）中勻速轉(zhuǎn)動，角速度為，其電動勢的瞬時值為V，那么：（1）感應電動勢的最大值為多少？穿過線框的最大磁通量為多少？（2）當從圖示位置轉(zhuǎn)過角時線圈中的感應電動勢為多少？此時穿過線圈的磁通量的變化率為多少？

3、（3）在線圈轉(zhuǎn)過60°的過程中，線圈中感應電動勢的平均值多大？例2 如圖所示，長直導線右側的矩形線框abcd與直導線位于同一平面，當長直導線中的電流發(fā)生如圖所示的變化時（圖中所示電流方向為正方向），線框中的感應電流與線框受力情況為 （ ）A t1到t2時間內(nèi)，線框內(nèi)電流的方向為abcda，線框受力向右B t1到t2時間內(nèi)，線框內(nèi)電流的方向為abcda，線框受力向左C在t2時刻，線框內(nèi)電流的方向為abcda，線框受力向右D在t3時刻，線框內(nèi)無電流，線框不受力【同步檢測】1、關于交變電流與直流電的說法中，正確的是（ ）A、如果電流大小做周期性變化，則一定是交變電流 B、直流電的大小可以變

4、化，但方向一定不變C、交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的 D、交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化2、矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，當線圈通過中性面時，下列說法正確的是（ ）A、穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應電動勢最大B、穿過線圈的磁通量等于零，線圈中的感應電動勢最大C、穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應電動勢等于零D、穿過線圈的磁通量等于零，線圈中的感應電動勢等于零3、線圈平面與中性面開始計時，在正弦交流電在一個周期內(nèi)，關于線圈中的感應電動勢和感應電流，下列說法正確的是（ ）A、方向改變一次，大小不斷變化，出現(xiàn)一次最大值 B、方向改變兩次，大小不斷變化，出現(xiàn)一次最大值C、方向

5、改變一次，大小不斷變化，出現(xiàn)兩次最大值 D、方向改變兩次，大小不斷變化，出現(xiàn)兩次最大值4、一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生變流電壓為V，則（ ）A、它的頻率是50Hz B、當t=0時，線圈平面與中性面重合C、電壓的平均值是220V D、當t=1/200 s時，電壓達到最大值5、交流發(fā)電機工作時的電動勢的變化規(guī)律為，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高1倍，其它條件不變，則電動勢的變化規(guī)律將變化為（ ）A、 B、 C、 D、6、一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢隨時間的變化如圖所示，則下列說法正確的是（ ）A、1時刻通過線圈的磁通量為零 B、2時刻通過線圈的磁通量最大C、

6、3時刻通過線圈的磁通量的變化率的絕對值最大D、 當變化方向時，通過線圈的磁通量的絕對值最大7、一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應電動勢最大值為50V，那么該線圈如圖所示位置轉(zhuǎn)過30º時，線圈中的感應電動勢大小為（ ）A、50V B、V C、25V D、10V8、一正弦交流電的電動勢V，若將它加在阻值為100的電阻兩端（電源內(nèi)阻不計），則下列說法中，錯誤的是（ ）A、電流的瞬時值為A B、電流的最大值為2.2AC、流過電阻的電流是恒定的 D、流過電阻的電流是變化的，但不是按正弦規(guī)律變化的10、如圖平行金屬板間有一靜止的正電粒子，若兩板間加電壓u=Umsint，則粒子的 （ ）

7、 A位移一定按正弦規(guī)律變化 B速度一定按正弦規(guī)律變化 C加速度一定按正弦規(guī)律變化 D粒子在兩板間作簡諧振動9、如圖（甲）所示，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中，線圈軸線OO與磁場邊界重合。線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動。若從圖示位置開始計時，并規(guī)定電流方向沿abcda為正方向，則線圈內(nèi)感應電流隨時間變化的圖像是下圖（乙）中的哪一個？11、如圖所示，勻強磁場B=0.05T，矩形線圈的匝數(shù)N=100，邊長Lab=0.20m，Lbc=0.10m，以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，在線圈平面通過中性面時開始計時，試求：（1）交變電動勢的瞬時值表達式；（2）若線圈總電阻為2，線圈外接電阻為8，寫出

8、電流的瞬時值表達式；（3）線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中，交變電動勢的平均值.12 如圖5所示，OACO為水平面內(nèi)的光滑閉合金屬導軌，O、C處分別接有短電阻絲（圖中用粗線表示），R1= 4，R2 =8（導軌其他部分電阻不計）導軌OAC的形狀滿足方程y=2sin（）（單位：m）磁感應強度B=0.2T的勻強磁場方向垂直導軌平面一足夠長的金屬棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在導軌上從O點滑動到C點，棒與導軌接觸良好且始終保持與OC導軌垂直，不計棒的電阻求：（1）外力F的最大值；（2）金屬棒在軌道上運動時電阻絲R1上消耗的最大功率；（3）在滑動過程中通過金屬棒的電流I與時間t的關

9、系。1、瞬時值它是反映不同時刻交流電的大小和方向，正弦交流瞬時值表達式為：e=Emsint，i=Imsint，應當注意必須從中性面開始。交流電的瞬時值對我們沒有多大現(xiàn)實意義，一般只在討論氖管起輝問題時才涉及。生活中用的市電電壓為220V，其最大值為220V=311V，頻率為50HZ，所以其電壓瞬時值的表達式為u=311sin314tV。2、峰值（最大值）它是瞬時值的最大者，它反映的是交流電大小的變化范圍，當線圈平面跟磁感線平行時，交流電動勢最大，Em=NBS（轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線）。為保證電容器、晶體管等在接入交流電路后不被擊穿，交流電的峰值 (最大值)不應超過這些元件的耐壓值，3、有效值交變電流

10、的有效值是根據(jù)電流的熱效應規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。交流電有效值的公式 僅適用于正弦式交流電 不是對任何交流電都適用。說明： 各種交流電器上所標的額定電壓、電流均指有效值 交流電表的示數(shù)全為有效值 電器元件（如電容）的擊穿電壓（耐壓值）指的是最大值，但保險絲熔斷電流為有效值 一般所說交流電的值，均為有效值 求解交流電產(chǎn)生的熱量問題時，必須用有效值，不能用平均值。中各量均為有效值。 若計算通過電路某一截面的電量，需用電流的平均值。4、正弦交變電流的最大值、有效值、瞬時值和平均值正弦交變電流的電動勢、電壓和

11、電流都有最大值、有效值、瞬時值和平均值的區(qū)別。以電動勢為例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬時值用e表示，平均值用表示。它們的關系為：E=Em/，e=Emsint。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直接求：。對于一個確定的交流電來說，其有效值是一定的。而平均值是由某段時間磁通量的變化量來決定，在不同的時間段里平均值是不相同的。特別要注意，有效值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不可混淆。圖1生活中用的市電電壓為220V，其最大值為220V=311V（有時寫為310V），頻率為50HZ，所以其電壓即時值的表達式為u=311sin314t（V）。例1 如圖1所示，一交流電的電流隨時間而變

12、化的圖象。此交流電流的有效值是 A.545 A B.5 A C.3.5A D.3.5A例2 有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個小時內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時間有多長？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？例3 如圖4所示，交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R。當線圈由圖中實線位置勻速轉(zhuǎn)動90°到達虛線位置過程中，求：通過R的電荷量q為多少？R上產(chǎn)生電熱QR為多少？外力做的功W為多少？圖4i/At圖21、如圖2

13、所示為一交流電隨時間變化的圖象，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，則該交變電流的有效值為 A.2、正弦交流電壓的峰值為10V，周期為0.2s，將此電壓接在10的電阻上，在0.05s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量( ) A、可能為零 B、一定為0 .25J C、不可能大于0.25J D、可能小于是0.25J第11題OOaBbcdRV3、如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B=0.5T，邊長為L=10cm的正文形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r=1，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度，外電路電阻R=4，求：（1）轉(zhuǎn)動過程中感應電動勢的最大值；（2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉(zhuǎn)過60º

14、;角時的瞬時感應電動勢；（3）由圖示位置轉(zhuǎn)過60º角的過程中產(chǎn)生的平均感應電動勢；（4）交變電壓表的示數(shù)；（5）線圈轉(zhuǎn)動一周外力所做的功；（6）周期內(nèi)通過R的電荷量為多少？例1解答 （1） 由電動勢的瞬時值表達式得感應電動勢的最大值：根據(jù) 得（2）當從圖示位置轉(zhuǎn)過角時線圈中的感應電動勢：根據(jù)法拉第電磁感應定律 得例2 B D1.BD 2.C 3.D 4.ABD 5.B 6.D 7.D 8.CD 9.A 10.CD 11. 2V 12解答 （1）由圖容易看出，當y=0時x有兩個值，即sin（）=0時，有x1=0；x2=3這即是O點和C點的橫坐標，因而與A點對應的x值為x=1.5。將x=

15、1.5代入函數(shù)y，便得A點的縱坐標，即y=2 sin=2（單位：m）。這就是金屬棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢的最大長度。當金屬棒在O、C間運動時，R1、R2是并聯(lián)在電路中的，其情形如圖5所示，其并聯(lián)電阻R并= R1 R2/（ R1+ R2）=8/3。當金屬棒運動到x位置時，其對應的長度為y=2 sin（），此時導體產(chǎn)生的感應電動勢為E=Byv=2Bv sin（）（單位：V），其電流（單位：A）。而金屬棒所受的安培力應與F相等，即F=BIy=。在金屬棒運動的過程中，由于B、v、R并不變，故F隨y的變大而變大當y最大時F最大即Fmax=0.3N。（2）R1兩端電壓最大時，其功率最大即U=Emax時，而金

16、屬棒上最大電動勢：Emax=Bymaxvx=2.0V這時Pmax=1.0W。（3）當t=0時，棒在x=0處設運動到t時刻，則有x=vt，將其代入y得y=2sin（），再結合E=Byv和，得 A。 例1解答 在一個周期T內(nèi)(T=0.02 s)，此交流電在電阻R上產(chǎn)生的熱量為：，又，所以I=5 A。答案選B。例2解答 由正弦交流電的最大值與有效值U的關系得：Um=120V設t=0時交流電的瞬時電壓U=0則交流電的瞬時表達式為u=120sin100t V如圖3所示，畫出一個周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對應的時間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時間，根據(jù)對稱性，一個周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時間為4t1，當U=U0=60V時，由上式得t1=1/600s，再