四川省广安市岳池县第一中学高中物理《2.2 交变电流的产生及描述》学案 教科版选修3-2VIP免费

学案3习题课：交变电流的产生及描述[学习目标定位]1.理解交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值.2.理解交变电流图像的物理意义.3.知道交变电流“四值”的区别，会求解交变电流的有效值．1．线圈在磁场中绕于磁感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，瞬时值表达式e＝Emsinωt(从中性面开始计时)．2．正弦式交变电流的最大值Em＝，即最大值由线圈匝数N、、转动角速度ω及决定，与线圈的形状、转轴的位置(填“有关”或“无关”)3．线圈在转动过程中的平均电动势，要用计算，即＝N.4．正弦交流电的有效值U＝，I＝.其他非正弦交流电的有效值根据求解.一、对交变电流产生规律的理解求解交变电动势瞬时值时：(1)首先要计算峰值Em＝NBSω；(2)确定线圈转动从哪个位置开始，以便确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化；(3)确定线圈转动的角速度ω(以rad/s作单位)；最后确定感应电动势的瞬时值表达式．例1图1甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图．其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100匝，电阻r＝10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90Ω，与R并联的交变电压表为理想电表．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化．求：图1(1)交流发电机产生的电动势最大值；(2)电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转过s时电动势的瞬时值；(4)电路中交变电压表的示数．1二、交变电流图像的应用正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息：(1)交变电流的峰值Im、Em、周期T、频率f.(2)可根据线圈转至中性面时电流为零的特点，确定线圈处于中性面的时刻，确定了该时刻，也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻．(3)可根据线圈转至与磁场平行时感应电流最大的特点，确定线圈与中性面垂直的时刻．此时刻也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻．例2如图2所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()图2A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先、后两次转速之比为3∶2C．交流电a的瞬时值为u＝10sin(5πt)VD．交流电b的最大值为V三、交变电流有效值的计算求解有效值的一般方法和技巧：(1)首先要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I＝、U＝，非正弦式交变电流一般不符合此关系．(2)对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热量的总和Q.将总热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q＝I2RT或Q＝T)，则I或U即为非正弦式交变电流的相应有效值．例3图3表示一交流电电流随时间变化的图像，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值强度为Im，则该交流电的有效值为()图3A.B.ImC．ImD.Im2四、交变电流“四值”的应用比较交变电流的四值，即峰值、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，只能用峰值．(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，交流电表显示的也是有效值．(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．特别提醒(1)交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同．(2)平均电动势不等于初、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算即＝N.例4一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图4所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.图4(1)求出此刻线圈感应电流的方向．(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电荷量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？31．(交变电流图像的应用)图5甲、乙分别表示两种电压的波...