高中物理 第3章 交變電流整合課件 魯科選修32

1、2021/8/11 星期三1本章整合2021/8/11 星期三2交變電流2021/8/11 星期三3專題一專題二專題三專題一交變電流的四值及其應(yīng)用交變電流的“四值”在本章中考查的頻率較高,主要以選擇題的形式出現(xiàn)?？疾閮?nèi)容主要集中在對“四值”的聯(lián)系與區(qū)別的理解及對“四值”的正確應(yīng)用等方面。1.最大值:線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的交變電流的電動(dòng)勢,其最大值Em=nBS,在考慮電容器的耐壓值時(shí),應(yīng)根據(jù)交變電流的最大值。2.平均值:平均值需用 進(jìn)行計(jì)算,求一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)要用平均值, 。2021/8/11 星期三4專題一專題二專題三3.有效值:正弦式交變電流的有效值

2、, 其他交變電流的有效值根據(jù)有效值的定義計(jì)算,求電功、電功率,確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流,要用到有效值;沒有特殊說明時(shí),交變電流的電流、電壓、電動(dòng)勢均指有效值,交流電表的測量值是有效值,交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓、額定電流是有效值。4.瞬時(shí)值:交變電流的瞬時(shí)值反映的是不同時(shí)刻交變電流的大小和方向,瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù),不同時(shí)刻,交變電流的瞬時(shí)值不同,如正弦式交變電流的瞬時(shí)值就是按正弦規(guī)律變化的。在研究某一時(shí)刻線圈受到的安培力時(shí)只能用瞬時(shí)值。2021/8/11 星期三5專題一專題二專題三例題1如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中,有一個(gè)內(nèi)阻r=3 、面積S=0.02 m2的半圓形導(dǎo)線框可繞OO軸旋轉(zhuǎn),已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的

3、磁感應(yīng)強(qiáng)度 T。若線框以=100 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),且通過電刷給“6 V12 W”的小燈泡供電,則:(1)若從圖示位置開始計(jì)時(shí),則線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式如何?(2)從圖示位置開始,線框轉(zhuǎn)過90的過程中,流過導(dǎo)線橫截面的電荷量是多少?該電荷量與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢是否有關(guān)?(3)由題所給已知條件,外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光?如不能,則小燈泡實(shí)際功率為多大?2021/8/11 星期三6專題一專題二專題三解析:(1)Em=BS= 0.02100 V=10 V瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emcos t=10 cos(100t) V。(2)此過程中,穿過線框的磁通量變化量為=BS,感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值

4、為流過導(dǎo)線橫截面的電荷量其中R為燈泡電阻, ,q與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t無關(guān),因而與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度無關(guān)。2021/8/11 星期三7專題一專題二專題三(3)該電源電動(dòng)勢的有效值為 ,路端電壓而小燈泡的額定電壓是6 V,故小燈泡不能正常發(fā)光,其實(shí)際功率為答案:(1)e=10 cos(100t) V(2) C無關(guān)(3)不能正常發(fā)光,實(shí)際功率為8.3 W2021/8/11 星期三8專題一專題二專題三專題二交變電流的圖象交變電流的圖象反映了交變電動(dòng)勢(電流)隨時(shí)間的變化特征,對正弦式交變電流來說,我們可以從圖象中獲取如下信息:1.交變電流的周期(T)一個(gè)完整的正弦波對應(yīng)的時(shí)間段,知道了周期便可以算出線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度2

5、.交變電流的最大值(Em,Im)它等于正弦函數(shù)圖象上的峰值,知道了最大值,便可計(jì)算出交變電動(dòng)勢(電流)的有效值。3.任意時(shí)刻交變電流的瞬時(shí)值圖象上每個(gè)“點(diǎn)”表示某一時(shí)刻交變電流的瞬時(shí)值。2021/8/11 星期三9專題一專題二專題三例題2在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的圖象如圖乙所示,則()A.t=0.005 s時(shí)線框的磁通量變化率為零B.t=0.01 s時(shí)線框平面與中性面重合C.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢有效值為311 VD.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢頻率為100 Hz2021/8/11 星期三10專題一專題二專題三解析:由題圖乙可知該正弦交變電動(dòng)

6、勢的電壓最大值為311 V,周期等于0.02 s,因此,根據(jù)正弦交變電動(dòng)勢的最大值與有效值之間的關(guān)系式 得知選項(xiàng)C錯(cuò)誤;又 ,則頻率f=50 Hz,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;當(dāng)t=0.005 s時(shí), =311 V,取得最大值,穿過線圈的磁通量變化率最大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)t=0.01 s時(shí),交變電壓及電流方向發(fā)生改變,電壓值最小等于零,線框平面與中性面重合,選項(xiàng)B正確。答案:B2021/8/11 星期三11專題一專題二專題三專題三交變電流和力學(xué)綜合問題將交變電流加在彼此絕緣且正對的兩平行金屬板上時(shí),兩板間就構(gòu)成了一個(gè)交變電場,粒子在交變電場中,常見的運(yùn)動(dòng)情境有以下三種:1.帶電粒子做定向運(yùn)動(dòng);2.帶電粒子以某位

7、置為中心做往復(fù)運(yùn)動(dòng);3.帶電粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。解題時(shí)首先要將初始條件把握住,然后按運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,對交變電壓的正、負(fù)階段帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)分 作詳細(xì)的物理過程分析,從而得知帶電粒子的運(yùn)動(dòng)究竟屬于哪種情境,必要時(shí)還可畫出粒子的速度圖象幫助分析判斷。分析時(shí)應(yīng)注意由于交變電流的周期性變化而引起的分析結(jié)果出現(xiàn)多解的可能。2021/8/11 星期三12專題一專題二專題三例題3如圖甲所示,A、B兩塊金屬板水平放置,相距為d=0.6 cm,兩板間加有一周期性變化的電壓,當(dāng)B板接地(B=0)時(shí),A板電勢A隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示。現(xiàn)有一帶負(fù)電的微粒在t=0時(shí)刻從板中央小孔射入電場,若該帶電微粒受到的電場力為重力的兩倍,且射入電場時(shí)的初速度可忽略不計(jì)。求:(1)在 這兩段時(shí)間內(nèi)微粒加速度的大小和方向;(2)要使該微粒不與A板相碰,所加電壓的周期最長為多少?(g取10 m/s2)2021/8/11 星期三13專題一專題二專題三解析:(1)設(shè)電場力大小為F,則F=2mg,對于t=0時(shí)刻射入的微粒,在前半個(gè)周期內(nèi),F-mg=ma1,a1= =g,方向向上;后半個(gè)周期的加速度a2滿足F+mg=ma2,a2= =3g,方向向下。(2)前半個(gè)周期上升的高度 ,前半個(gè)周期微粒的末速度為 。后半個(gè)周期先向上做勻減速運(yùn)動(dòng),設(shè)減速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1,則 此段時(shí)間內(nèi)上升的高度 ,則上升的總高度為后半個(gè)周期的 時(shí)間內(nèi),