高中物理選修 交變電流

高中物理選修交變電流第一頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日1.本章內(nèi)容實(shí)際上是電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究的繼續(xù)，是楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律的具體應(yīng)用。其知識(shí)特點(diǎn)是需要了解識(shí)記的基本概念較多，但重點(diǎn)內(nèi)容突出，主要圍繞交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律及表征交變電流的物理量這一中心展開(kāi)，在此基礎(chǔ)上研究了變壓器的工作原理和遠(yuǎn)距離輸電。另外，簡(jiǎn)單介紹了電感、電容對(duì)交變電流的影響。2.本章知識(shí)的另一個(gè)特點(diǎn)是與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)聯(lián)系密切，輸電工程又是屬于知識(shí)密集型工程，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，要注意理論聯(lián)系實(shí)際，要善于知識(shí)的遷移、綜合和應(yīng)用。第二頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日名師支招：

(1)線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)電流方向改變，在一個(gè)周期內(nèi)，電流方向改變兩次。(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nBSω，Em僅由n、B、S、ω四個(gè)物理量決定，與轉(zhuǎn)軸的具體位置和線圈形狀無(wú)關(guān)。要點(diǎn)一中性面與峰值面的比較中性面峰值面含義線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直線圈平面與磁場(chǎng)方向平行磁通量最大(BS)零磁通量的變化率0最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)0最大(nBSω)學(xué)案1交變電流第三頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日要點(diǎn)二描述交變電流“四值”的比較名師支招：

在進(jìn)行交變電流相關(guān)的計(jì)算時(shí)，一定要注意題中具體應(yīng)用的是什么物理量，根據(jù)上述的適用情況恰當(dāng)?shù)倪x擇“四值”。物理量物理意義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一刻的值e=Emsinωti=Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的電流情況和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)情況，該式是從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)峰值最大的瞬時(shí)值Em=nBSω討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流熱效應(yīng)等效的恒定電流值對(duì)正弦式交變電流①計(jì)算與熱效應(yīng)有關(guān)的物理量②銘牌上額定電壓或額定電流值，交流電表的讀數(shù)③保險(xiǎn)絲的熔斷電流平均值交變電流圖象中圖線和時(shí)間軸所圍成的面積與時(shí)間的比值計(jì)算通過(guò)電路橫截面積的電荷量第四頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日1.交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行定義的，所以進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí)，要緊扣電流通過(guò)電阻生熱進(jìn)行計(jì)算。注意“三同”；“相同電阻”上、“相同時(shí)間”內(nèi)、產(chǎn)生“相同熱量”。計(jì)算時(shí)“相同時(shí)間”一般取一個(gè)周期的時(shí)間。2.在交流電路中，電壓表、電流表、功率表等電工儀表的示數(shù)均為交變電流的有效值。在沒(méi)有具體說(shuō)明的情況下，所給出的交流電的電壓、電流及電功率指的都是有效值。3.非正弦交變電流的有效值，應(yīng)按有效值的定義計(jì)算。

要點(diǎn)三對(duì)交變電流有效值的理解電流名稱電流圖象有效值正弦式交變電流正弦半波電流正弦單向脈動(dòng)電流矩形脈動(dòng)電流非對(duì)稱性交變電流4.幾種典型交變電流的有效值第五頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日例如,上表中非對(duì)稱性交變電流有效值的計(jì)算要根據(jù)“三同”列方程(在一個(gè)周期內(nèi)),所以。名師支招：

(1)計(jì)算有效值時(shí)要注意根據(jù)電流的熱效應(yīng)，把握住“三同”；“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解。(2)利用兩類公式Q=I2Rt和可分別求得電流有效值和電壓有效值。(3)若圖象部分是正弦(或余弦)交流電，其中的和周期部分可直接應(yīng)用的關(guān)系。第六頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日【例1】如圖11-1-3所示，邊長(zhǎng)為l的正方形線框

abcd的匝數(shù)為n，ad邊的中點(diǎn)和bc邊的中點(diǎn)的連線OO′恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈與外電阻R構(gòu)成閉合電路，整個(gè)線圈的電阻為r?，F(xiàn)在讓線框以

OO′連線為軸，以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：(1)閉合電路中電流瞬時(shí)值的表達(dá)式；(2)當(dāng)時(shí)，電阻R兩端的電壓值。熱點(diǎn)一交變電流的產(chǎn)生圖11-1-3【答案】第七頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日【解析】(1)沿O'O方向看去，磁場(chǎng)分布的側(cè)視圖如圖11-1-4所示。由圖可知，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)只有一條邊切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在t時(shí)刻線圈的電動(dòng)勢(shì)為e=nBlv⊥=nBlv·sinωt①其中

②解得e=nBl2ωsinωt據(jù)閉合電路歐姆定律可知，閉合電路中的電流為

(2)由電流瞬時(shí)值表達(dá)式知，時(shí)，流過(guò)電阻Ｒ的電流為由部分電路歐姆定律知，時(shí)，電阻Ｒ兩端電壓為。圖11-1-4

【名師支招】(1)只有具體推導(dǎo)，才能得出正確的瞬時(shí)值表達(dá)式，解析本題時(shí)，若不具體推導(dǎo)，只憑記憶Em=nBSω，寫出瞬時(shí)值表達(dá)式，就剛好掉入出題者設(shè)計(jì)的陷阱。(2)閉合電路歐姆定律及部分電路歐姆定律對(duì)交變電流也是適用的。(3)寫瞬時(shí)值表達(dá)式時(shí)，必須注意在t=0時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或電流)的值是否為零，只有從線圈垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)(位于中性面)時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式才是正弦函數(shù)式。第八頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日

1(單項(xiàng)選擇)如圖11-1-5(a)所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角θ=45°時(shí)(如圖11-1-5(b))為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?。則下列四幅圖中正確的是()圖11-1-5D第九頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日【例2】如圖11-1-6所示是一交流電壓隨時(shí)間變化的圖象，此交流電壓的有效值等于______Ｖ。熱點(diǎn)二交變電流有效值的計(jì)算【解析】如圖11-1-6所示給出的是一方波交流電，周期為Ｔ＝0.3ｓ，前時(shí)間內(nèi)Ｕ1＝100V，后時(shí)間內(nèi)Ｕ2＝-50Ｖ。設(shè)該交流電壓的有效值為Ｕ，根據(jù)有效值的定義，有

代入已知數(shù)據(jù)，解得Ｕ＝Ｖ圖11-1-6【名師支招】公式和只適用于正弦式交變電流，對(duì)于非正弦式交變電流的有效值，據(jù)有效值的定義求解。第十頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日

2【答案】

多數(shù)同學(xué)家里都有調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)速電風(fēng)扇，過(guò)去是用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，缺點(diǎn)是成本高、體積大、效率低，且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在的調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇是用可控硅電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖11-1-7所示為經(jīng)過(guò)一個(gè)可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓。即在正弦交變電流的每一個(gè)二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，調(diào)節(jié)臺(tái)燈上的旋鈕可以控制截去的多少，從而改變電燈上的電壓。那么現(xiàn)在電燈上的電壓為多少？圖11-1-7第十一頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日【例3】如圖11-1-8所示，勻強(qiáng)磁強(qiáng)B=0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)

N=100，邊長(zhǎng)ab=0.2m，bc=0.5m，以角速度ω=100πrad/s繞

OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，試求：(1)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值；(2)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;(3)由t=0至t=T/4過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)值。熱點(diǎn)三交變電流的峰值、瞬時(shí)值、平均值的計(jì)算圖11-1-8【解析】(1)因線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以Em=NBSω。又S=ab·bc所以Em=NB·ab·bc·ω=100×0.1×0.2×0.5×100πV=314V。(2)由于線圈平面通過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，所以交流電瞬時(shí)值表達(dá)式

e=Emsinωt=314sin100πtV。(3)由計(jì)算t=0至t=T/4過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)

即=NBSω。代入數(shù)值得=200V?！敬鸢浮?1)314V(2)e=314sin100πtV(3)200V【名師支招】(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω，求解時(shí)不要忘記線圈的匝數(shù)N。(2)求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)時(shí)，應(yīng)用求解，但應(yīng)注意Φ的正負(fù)及ΔΦ與Δt的對(duì)應(yīng)關(guān)系。第十二頁(yè)，共十三頁(yè)，2022年，8月28日