高中物理 5.3习题课 交变电流的产生及描述课件 新人教版选修3-2.ppt

目标定位1 进一步熟悉交变电流的产生过程 能够求解交变电流的瞬时值 2 进一步理解交变电流图象的物理意义 3 知道交变电流 四值 的区别 应用 四值 求解相关问题 第3讲习题课交变电流的产生及描述 1 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流 感应电动势的瞬时值表达式e 从中性面开始计时 2 交变电流感应电动势的最大值Em 即最大值由线圈匝数n 磁感应强度B 转动角速度 及线圈面积S决定 与线圈的形状 转轴的位置 填 有关 或 无关 Emsin t nBS 无关 3 线圈在转动过程中的平均感应电动势 要用法拉第电磁感应定律计算 即E 有效值 一 交变电流的瞬时值及图象问题1 求解感应电动势瞬时值 1 确定线圈转动从哪个位置开始 2 确定线圈转动的角速度 以rad s作单位 3 确定感应电动势瞬时值表达式 3 瞬时值 每个 点 表示某一时刻的瞬时值 4 可确定线圈位于中性面的时刻 也可确定线圈平行于磁感线的时刻 5 判断线圈中磁通量 及磁通量变化率的变化情况 例1如图1所示是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的感应电动势的图象 根据图象可知 图1 A 此感应电动势的瞬时表达式为e 200sin 0 02t VB 此感应电动势的瞬时表达式为e 200sin 100 t VC t 0 01s时 穿过线圈的磁通量为零D t 0 02s时 穿过线圈的磁通量的变化率最大答案B 例2发电机的转子是匝数为100匝 边长为20cm的正方形线圈 将它置于磁感应强度B 0 05T的匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴以 100 rad s的角速度转动 当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时 线圈和外电路的总电阻R 10 1 写出交变电流的瞬时值表达式 解析感应电动势的最大值为Em nBS 100 0 05 0 2 0 2 100 V 20 V 答案i 2 sin 100 t A 2 线圈从计时开始 转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少 答案1 10 2C 三 有效值的计算对于交变电流有效值的计算一般有以下两种情况 1 对于按正 余 弦规律变化的电流 可先根据Em nBS 求出其最大值 然后根据E 求出其有效值 有关电功 电功率的计算 各种交流仪表读数都要用有效值 2 当电流按非正 余 弦规律变化时 必须根据有效值的定义求解 在计算有效值时要注意三同 相同电阻 相同时间 一般要取一个周期 产生相等热量 例3有两个完全相同的电热器 分别通以如图2甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流 求这两个电热器的电功率之比 图2 解析交变电流通过纯电阻用电器R时 其电功率P I2R I应该是交变电流的有效值 对于题图甲所示的方波交变电流 因大小恒定 故有效值I甲 Im 所以P甲 P乙 2 1 答案2 1 例4如图3表示一交流电随时间变化的图象 其中电流的正值为正弦曲线的正半周 其最大值为Im 电流的负值为 Im 则该交变电流的有效值为多少 图3 四 交变电流 四值 的综合应用最大值 有效值 瞬时值 平均值 在不同情况下的使用 1 在研究电容器的耐压值时 只能用最大值 2 在研究交变电流做功 电功率及产生的热量时 只能用有效值W EIt Q I2Rt 交流电表指示的也是有效值 3 在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时 只能用平均值 4 在研究某一时刻线圈受到的安培力时 只能用瞬时值 图4 例5如图4所示 在匀强磁场中有一个内阻r 3 面积S 0 02m2的半圆形导线框可绕OO 轴旋转 已知匀强磁场的磁感应强度B T 若线框以 100 rad s的角速度匀速转动 且通过电刷给 6V 12W 的小灯泡供电 则 1 若从图示位置开始计时 求线框中感应电动势的瞬时值表达式 因线框转动从平行于磁感线位置开始计时 则感应电动势的瞬时值表达式e Emcos t 10cos 100 t V 解析线框转动时产生感应电动势的最大值Em BS 0 02 100 V 10V 2 从图示位置开始 线框转过90 的过程中 通过导线横截面的电荷量是多少 该电荷量与线框转动的快慢是否有关 与线框转动的快慢无关 3 由题目所给已知条件 外电路所接小灯泡能否正常发光 如不能 则小灯泡的实际功率为多大 图象信息分析1 某正弦式交流电的电流i随时间t变化的图象如图5所示 由图可知 图5 A 电流的最大值为10AB 电流的有效值为10AC 该交流电的周期为0 03sD 该交流电的频率为0 02Hz 答案B 有效值的理解和计算2 如图6所示 为一正弦交流电通过一电子元件后的波形图 则下列说法正确的是 图6 A 这也是一种交流电B 电流的变化周期是0 01sC 电流的有效值是1AD 电流通过100 的电阻时 1s内产生的热量为200J 解析因电流方向不变 故不是交流电 A错 其周期为0 02s B错 由Q I2Rt可知Q 1 100 1J 100J D错 答案C 3 如图7所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场 磁感应强度为B 电阻为R 半径为L 圆心角为45 的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度 匀速转动 O轴位于磁场边界 则线框内产生的感应电流的有效值为 图7 答案D 交变电流 四值 的应用4 交流发电机线圈电阻r 1 用电器电阻R 9 电压表示数为9V 如图8所示 那么该交流发电机 图8 A 电动势的峰值为10VB 电动势的有效值为9VC 交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10VD 交流发电机线圈自中性面转过90 的过程中的平均感应电动势为V 答案D