高中物理 第2章 交变电流与发电机章末分层突破教师用书 沪科版选修3-2-沪科版高二选修3-2物理学案VIP免费

第2章交变电流与发电机[自我校对]①垂直于磁场方向②Emaxsinωt③周期性变化④次数⑤等效替代⑥⑦1⑧⑨⑩Emaxsinωt⑪Umaxsinωt⑫Imaxsinωt⑬⑭2πfL交变电流的四值及其应用交变电流的四值是指瞬时值、最大值、有效值和平均值.1.瞬时值它反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流电瞬时值表达式为e＝Emsinωt，i＝Imsinωt.应当注意必须从中性面开始.2.最大值它是瞬时值的最大值.它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时.交流电动势最大.Em＝nBSω(转轴垂直于磁感线).电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值.3.有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等.就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值.正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是U＝Em，I＝Im.对于非正弦交变电流的有效值，以上关系不成立，应根据定义来求.通常所说的交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.用电器上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交变电流通过导体产生热量、电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值.4.平均值它是指交流电图像中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值可用法拉第电磁感应定律＝n·来求，当线圈从中性面转过90°的过程中，有＝Em.计算平均值切忌用算术平均法，即＝求解，平均值不等于有效值.如图21所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω，求：图212(1)转动过程中感应电动势的最大值；(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势；(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；(4)交变电压表的示数；(5)线圈转动一周外力所做的功；(6)周期内通过R的电荷量为多少？【解析】(1)感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝3.14V.(2)转过60°角时的瞬时感应电动势为e＝Emcos60°＝3.14×0.5V＝1.57V.(3)转过60°角过程中产生的平均感应电动势为＝n＝n＝100×V＝2.6V.(4)电压表示数为外电路电压的有效值U＝·R＝×4V＝1.78V.(5)转动一周所做的功等于电流产生的热量W＝Q＝()2··T＝0.99J.(6)周期内通过电阻R的电荷量为Q＝·＝·＝·＝＝0.0866C.【答案】(1)3.14V(2)1.57V(3)2.6V(4)1.78V(5)0.99J(6)0.0866C正弦交变电流图像问题的分析正弦交流电图像一般是it，et，Φt图像，每个图像上一个完整的正弦曲线的水平长度就是一个周期，根据ω＝可以求出ω，根据f＝可以求出频率，进而知道1s中电流方向的改变次数为2f次.it，et图像峰值对应线圈平面处于与磁感线平行的位置，磁通量为零，磁通量变化率最大.it，et图像与横轴交点处，对应线圈位于中性面位置，磁通量最大，磁通量变化率为零.Φt图像峰值对应电流为零，Φt图像是正弦规律变化时，对应的it，et图像是余弦规律变化.感应电动势最大值E＝nBSω.正弦交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图22所示.图22从图像中可以解读到以下信息：1.交变电流的最大值Im、周期T.2.因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻.3.因线圈平行磁感线时，感应电动势最大，感应电流最大，磁通量为零，所以可确定线圈3平行磁感线的时刻.(多选)(2014·天津高考)如图23甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则()甲乙图23A.两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3C.曲线a表示的交变电动势频率为25HzD.曲线b表示的交变电动势有效值为10V【解析】由交变电流的图像获得最大值、周期等信息，结合交变电流的产生过程求解.A.由图像可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故A正确.B.由图像可知，曲线a、b对应的线圈转动的周期之比为2∶3，则转速之比为3∶2，故B错误.C.由图像可知曲线a的周期T...