2018版高中物理交變電流習(xí)題課交變電流的產(chǎn)生及描述學(xué)案魯科版選修

1、第 3 講習(xí)題課交變電流的產(chǎn)生及描述目標(biāo)定位1,進(jìn)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(jìn)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.廠預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)=梳理,斗記點提1.線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式e=Esin3t(從中性面開始計時).2 .交變電流感應(yīng)電動勢的最大值=nBSo,即最大值由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度 3 及線圈面積S決定，與線圈的形狀、轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”).一一，r,.r,“r、八r一iA3 .線圈在轉(zhuǎn)動過程中的平均感應(yīng)電動勢，要用

2、法拉第電磁感應(yīng)定律計算，即E=n-f.4 .正弦父流電的有效值U=-亨課堂講義/理強深化:探究一、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(dá)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(3)：線圈轉(zhuǎn)動的角速度 3=2 一.Im.(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._一、A(5)判斷線圈中磁通量及磁通量變化率石丁的變化情況.【例 1】一個匝數(shù) N=

3、100 匝的平面線圈所包圍的面積 S=0.02m2,在磁感應(yīng)強度 B=0.5T 的勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸以角速度=100 兀 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動時，在線圈中產(chǎn)生交流電，若自線圈通過中性面時開始計時，那么選項中能夠反映線圈中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖象是(),I=上,其他非正弦交流電的有效值根據(jù)有效值的定義求解(2)峰值(Em,Im):圖象上的最大值，可計算出有效值E=址答案 BD解析線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為Em=NBSo=100 兀 V,所以電動勢瞬時值表達(dá)式為 e=Esincot=100 兀 sin100ttV,電流的正方向可以選順時針為正，也可以選逆時針為正，故電動勢隨時間變化的圖

4、象為 B 或 D,A、C 錯誤，B、D 正確.二、平均值及電荷量的求解1.感應(yīng)電動勢的平均值E=n*.2 .求電荷量要用平均感應(yīng)電流：I=R7,q=IAt=nR.【例 2】發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為 100 匝、邊長為 20cm 的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強度 B=0.05T 的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的軸以 co=100%rad/s 的角速度轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈平面跟磁場方向垂直時開始計時.線圈和外電路的總電阻 R=10a.(1)寫出交變電流瞬時值表達(dá)式；(2)線圈從計時開始，轉(zhuǎn)過小過程中通過線圈某一截面的電荷量為多少？3答案(1)i=2Ttsin(100nt)A(2)1X102C解析(1)感應(yīng)電動

5、勢最大值為EnBSj=100X0.05x0.2x0.2x100 兀 V=20 兀 V,.3Im=Q=2TTA,所以 i=Insincot=2 兀 sin(100 兀t)A.(2)線圈從計時開始，轉(zhuǎn)過過程中通過線圈某一截面的電荷量q=丁t=空 2.從中性面開3RTT,1_.一.始計時，轉(zhuǎn)過,如圖所小.A=BAS=BS(1sin303nBS100 x0.05x0.2x0.22R=2012)=2BSC=1X102C.三、有效值的計算對于交變電流有效值的計算一般有以下兩種情況:答案(1)3.54A,0.4s,2.5Hz5A,0.3s10，HHz3(2)1解析（1）題圖甲為正弦式交變電流，其有效值Im5

6、211=j=!A3.54A,22周期T1=0.4s,頻率f1=2.5Hz題圖乙為方波交流電，電流的大小不變，方向作周期性變化，由于熱效應(yīng)與電流方向無關(guān),因而它的有效值I2=5A周期T2=0.3s,頻率f2=10Hz3(2)由公式P=I得P甲：P乙=I2：12=1：2【例 4】如圖 2 所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B電阻為R半彳仝為L、圓心角為 45的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度 3 勻速轉(zhuǎn)動（O軸位于磁場邊界）.則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為（）MXXXXXXXXWXXXXXXXXXXXXnXXXC.加BlcpcoD.2RBL2QEn,1 .對于按正（余）弦規(guī)

7、律變化的電流，可先根據(jù)En=nBSo求出其最大值，然后根據(jù)E=P求出其有效值.有關(guān)電功、電功率的計算，各種交流儀表讀數(shù)都要用有效值.2 .當(dāng)電流按非正（余）弦規(guī)律變化時，必須根據(jù)有效值的定義求解，在計算有效值時要注意三同：相同電阻、相同時間（一般要取一個周期【例3】圖 1 中兩交變電流分別通過相同電阻分別寫出它們的有效值、周期、頻率;（2）計算它在R上產(chǎn)生的功率之比.） 、 產(chǎn)生相等熱量.R甲乙(L61框進(jìn)磁場(用時1周期)和出磁場(用時1周期)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由法拉第電磁感應(yīng)定律和有效 88值的定義有：E=BLF,EXT=I2R可得I=BLF，故 D 正確，A、日 C 錯誤.2R44R四、交

8、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，只能用有效值表指示的也是有效值.3 .在研究交變電流通過導(dǎo)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.轉(zhuǎn)動，且通過電刷給“6V,12W7 的小燈泡供電，則:00(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(dá)式;(2)從圖示位置開始，線框車 t 過 90。的過程中，通過導(dǎo)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

9、正常發(fā)光？如不能，則小燈泡的實際功率為多大?25-W3線框轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em=BSo=啞乂0.02X100 兀 V=1072V兀因線框轉(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(dá)式答案 D解析扇形閉合導(dǎo)線框切割磁感線的有效長度始終是半徑L,各點的平均速度 v=與，導(dǎo)線W=EIt,Q=I2Rt;交流電【例 5 如圖 3 所示，在勻強磁場中有一個內(nèi)阻OO軸旋轉(zhuǎn).已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=r=3、 面積到2T.若線框以兀S=0.02m2的半圓形導(dǎo)線框可繞w=100%rad/s 的角速度勻速答案(1)2(2)607Ce=10 亞 os(100nt)V無關(guān)(3)不能解析(1)

10、e=E1coscot=10.y2cos(100nt)V.，一一，一 A2BSco 一，4一 1(2)線框車 t 過 90過程中，產(chǎn)生的平均電動勢 E=n=二，流過的電荷量 q=I-T=BSFH7U262燈泡電阻F=Q=3Q.R1252X0.02故q=7t“0C=*gc,與線框轉(zhuǎn)動的快慢無關(guān).R+r3+360%En 一一，一線框廣生的電動勢的有效值 E=-=10V,燈泡兩端電壓、45225泡不能正常發(fā)光，其實際功率 P=-W=-W.R33F對點練習(xí)建鞏固應(yīng)用反饋圖象信息分析某正弦式交流電的電流i隨時間t變化的圖象如圖 4 所示.由圖可知(圖 4A.電流的最大值為 10AB.電流的有效值為 10A

11、C.該交流電的周期為 0.03sD.該交流電的頻率為 0.02Hz答案 B解析由題圖知此交流電的最大值為1頻率為f=T=50Hz.有效值的理解和計算2.如圖 5 所示，一正弦交流電通過一電子元件后的波形圖，則下列說法正確的是()U=_I_R=5V.g6V,故燈WK”)10g2A,則有效值為 I=-p-A=10A;周期為 0.02s,則fi/AA.這也是一種交流電B.電流的變化周期是 0.01sC.電流的有效值是1AD.電流通過 100a 的電阻時，1s 內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 200J答案 C解析因電流方向不變故不是交流電，A 錯；其周期為 0.02s,B 錯；由電流的熱效應(yīng)可知2RT=I2R解彳導(dǎo):I=1A,故 C 對；由0=I2Rt可知Q=1x100X1J=100J,D 錯.交變電流“四值”的應(yīng)用3.一個矩形線框的面積為S,在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，從線圈平面與磁場垂直的位置開始計時，轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則（）A.線框產(chǎn)生交變電動勢的最大值為n%BSB.線框產(chǎn)生交變電動勢的有效值為 72nTtBS1C.從開始車專動經(jīng)過4 周期，線框中的平均感應(yīng)電動勢為 2nBSD.感應(yīng)電動勢瞬日值