2019版高中物理 第2章 交变电流与发电机 微型专题4 交变电流的产生及描述学案 沪科版选修3-2.doc
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1、1微型专题微型专题 4 4 交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述目标定位 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一、对交变电流产生规律的理解求解感应电动势瞬时值时:(1)先要计算峰值EmaxnBS;(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(以 rad/s 作单位);(4)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
2、圈的匝数n100 匝,电阻r10 ,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R90 ,与R并联的交流电压表为理想电表在t0 时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量随时间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;1 30(4)电路中交流电压表的示数答案 (1)62.8 V (2)e62.8cos (10t) V (3)31.4 V (4)40 V解析 (1)交流发电机产生电动势的最大值EmaxnBS而maxBS,所以Emax2 T2nmax T由t图线可知,max2.0102 Wb,T0.2 s
3、所以Emax20 V62.8 V.2(2)线圈转动的角速度 rad/s10 rad/s,由于从垂直中性面处开始计时,2 T2 0.2所以感应电动势瞬时值表达式为eEmaxcos t62.8cos (10t) V(3)当线圈转过 s 时1 30e20cos(10) V10 V31.4 V1 30(4)电动势的有效值E10 VEmax22UE10 V9 V40 VR Rr90 10022二、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周期(T)和角速度():线圈转动的角速度.2 T2最大值(Em,Im):图像上的最大值,可计算出有效值E,I.Em2Im23瞬时值:
4、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 t例 2 (多选)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t0 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 32C交流电a的瞬时值表达式为e10sin (5t) VD交流电b的最大值为 V20 3答案 BCD解析 由题图可知,t0 时刻线圈均在中性面,穿过线圈的磁通量最大,A 错误;由题图可3知TaTb23
5、,故nanb32,B 正确;由题图可知,C 正确;因ab32,交流电最大值EmaxnBS,故EmaxaEmaxb32,EmaxbEmaxa V,D 正确2 320 3三、交变电流有效值的计算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EmnBS求出其最大值,然后根据E求出其有效值Em2 2当电流按非正弦规律变化时,必须根据有效值的定义求解计算时要注意三同:相同电阻、相同时间(一般要取一个周期)、产生相等热量例 3 如图 3 所示是一交变电流的it图像,则该交流电电流的有效值为( )图 3A4 A B. A2 303C. A D2 A8 32答案 B解析 设
6、交流电电流的有效值为I,周期为T,电阻为R.则I2RT2R 42RT(22 4)T 32 3解得I A故选 B.2 303四、交变电流“四值”的应用比较交变电流的“四值” ,即最大值、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,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
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