通用版2018-2019版高中物理第2章交變電流與發(fā)電機(jī)微型專題4交變電流的產(chǎn)生及描述學(xué)案滬科版選修3 .doc

微型專題4交變電流的產(chǎn)生及描述目標(biāo)定位 1.理解交變電流的產(chǎn)生過程，能夠求解交變電流的瞬時(shí)值.2.理解交變電流圖像的物理意義.3.知道交變電流“四值”的區(qū)別，會(huì)求解交變電流的有效值一、對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值時(shí)：(1)先要計(jì)算峰值EmaxnBS；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始，以便確定瞬時(shí)值表達(dá)式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化；(3)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度(以rad/s作單位)；(4)最后確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式例1圖1甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)n100匝，電阻r10 ，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R90 ，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表在t0時(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，穿過每匝線圈的磁通量隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化求：圖1(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值；(2)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)線圈轉(zhuǎn)過 s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值；(4)電路中交流電壓表的示數(shù)答案(1)62.8 V(2)e62.8cos (10t) V(3)31.4 V (4)40 V解析(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值EmaxnBS而maxBS，所以Emax由t圖線可知，max2.0102 Wb，T0.2 s所以Emax20 V62.8 V.(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 rad/s10 rad/s，由于從垂直中性面處開始計(jì)時(shí)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmaxcos t62.8cos (10t) V(3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過 s時(shí)e20cos(10) V10 V31.4 V(4)電動(dòng)勢(shì)的有效值E10 VUE10 V9 V40 V二、交變電流圖像的應(yīng)用正弦交流電的圖像是一條正弦曲線，從圖像中可以得到以下信息：1周期(T)和角速度()：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度.2最大值(Em，Im)：圖像上的最大值，可計(jì)算出有效值E，I.3瞬時(shí)值：每個(gè)“點(diǎn)”表示某一時(shí)刻的瞬時(shí)值4可確定線圈位于中性面的時(shí)刻，也可確定線圈平行于磁感線的時(shí)刻5判斷線圈中磁通量及磁通量變化率的變化情況例2(多選)如圖2所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法正確的是()圖2A在圖中t0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零B線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C交流電a的瞬時(shí)值表達(dá)式為e10sin (5t) VD交流電b的最大值為 V答案BCD解析由題圖可知，t0時(shí)刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，A錯(cuò)誤；由題圖可知TaTb23，故nanb32，B正確；由題圖可知，C正確；因ab32，交流電最大值EmaxnBS，故EmaxaEmaxb32，EmaxbEmaxa V，D正確三、交變電流有效值的計(jì)算交變電流有效值的計(jì)算一般有以下兩種情況：1對(duì)于按正(余)弦規(guī)律變化的電流，可先根據(jù)EmnBS求出其最大值，然后根據(jù)E求出其有效值2當(dāng)電流按非正弦規(guī)律變化時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解計(jì)算時(shí)要注意三同：相同電阻、相同時(shí)間(一般要取一個(gè)周期)、產(chǎn)生相等熱量例3如圖3所示是一交變電流的it圖像，則該交流電電流的有效值為()圖3A4 A B. AC. A D2 A答案B解析設(shè)交流電電流的有效值為I，周期為T，電阻為R.則I2RT2R42RT解得I A故選B.四、交變電流“四值”的應(yīng)用比較交變電流的“四值”，即最大值、有效值、瞬時(shí)值、平均值，在不同情況下的使用：(1)在研究電容器的耐壓值時(shí)，只能用最大值(2)在研究交變電流做功、電功率及產(chǎn)生的熱量時(shí)，只能用有效值，交流電表顯示的也是有效值(3)在研究交變電流通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)，只能用平均值(4)在研究某一時(shí)刻線圈受到的安培力時(shí)，只能用瞬時(shí)值1交變電流的平均值是針對(duì)某一過程的物理量，在不同的時(shí)間內(nèi)平均值一般不相同2平均電動(dòng)勢(shì)不等于初、末兩時(shí)刻瞬時(shí)值的平均值，必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算，即n.例4一個(gè)電阻為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈abcd共N匝，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸OO以如圖4所示的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R.圖4(1)寫出此刻線圈感應(yīng)電流的方向(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為多大？(3)設(shè)發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng)，其他能量損失不計(jì)，線圈轉(zhuǎn)一周柴油機(jī)做多少功？(4)從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過60的過程中通過R的電荷量是多少？(5)圖中理想電流表和理想電壓表的示數(shù)各是多少？答案見解析解析(1)由右手定則可判定電流的方向沿adcba.(2)EmaxNBSNBL2.(3)電動(dòng)勢(shì)的有效值E.電流的有效值I，由于不計(jì)能量損失，柴油機(jī)做的功全部轉(zhuǎn)化為電能，線圈轉(zhuǎn)一周，柴油機(jī)做的功WEItt.(4)通過R的電荷量qttN(5)理想電流表示數(shù)I理想電壓表示數(shù)UIR1(交變電流圖像的應(yīng)用)如圖5甲所示，標(biāo)有“220 V40 W”的燈泡和標(biāo)有“20 F300 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)下列判斷正確的是()圖5At時(shí)刻，的示數(shù)為零B燈泡恰好正常發(fā)光C電容器不可能被擊穿D.的示數(shù)保持110 V不變答案B解析的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220 V，故A、D錯(cuò)誤；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，B正確；電壓的最大值Um220 V311 V，大于電容器的耐壓值，故電容器有可能被擊穿，C錯(cuò)誤2(交變電流有效值的應(yīng)用)如圖6所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電流與時(shí)間的變化關(guān)系若使這兩種電流分別通過兩個(gè)完全相同的電阻，則經(jīng)過1 min的時(shí)間，兩電阻消耗的電功之比W甲W乙為()圖6A1 B12C13 D16答案C解析計(jì)算電功時(shí)，I要用有效值題圖甲中，設(shè)周期為T，由有效值的定義得( A)2R0( A)2RIRT，得I1 A；圖乙中，電流的大小不變，I21 A，由WI2Rt可以得到W甲W乙13，C正確3(有效值的計(jì)算和應(yīng)用)(多選)如圖7甲所示為電熱毯電路示意圖，交流電壓u311sin 100t(V)，當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，電熱絲的電功率為P0；當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，加在電熱絲上的電壓如圖乙所示，則()圖7A開關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為220 VB開關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 VC開關(guān)斷開時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311 V，電熱絲功率為D開關(guān)斷開時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為156 V，電熱絲功率為答案AD解析當(dāng)S接通時(shí)，加在電熱絲上的瞬時(shí)電壓u311sin 100t(V)，所以電熱絲兩端的電壓的有效值U1 V220 V，故A正確，B錯(cuò)誤當(dāng)S斷開時(shí)，前半個(gè)周期內(nèi)所加電壓不變，但后半個(gè)周期內(nèi)U20，所以電熱絲的功率PP0.設(shè)此時(shí)交變電壓的有效值為U2，由得U2156 V，即電壓表的讀數(shù)為156 V，故D正確，C錯(cuò)誤4(交流電“四值”的比較)如圖8所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，邊長(zhǎng)L10 cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r1 ，線圈繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度2 rad/s，外電路電阻R4 ，求：(保留三位有效數(shù)字)圖8(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過60角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(3)交流電壓表的示數(shù)(4)周期內(nèi)通過電阻R的電荷量答案(1)3.14 V(2)1.57 V(3)1.78 V (4)0.086 6 C解析(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBS1000.50.122 V3.14 V.(2)轉(zhuǎn)過60時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eEmcos 603.140.5 V1.57 V.(3)電壓表示數(shù)為外電壓的有效值Em3.14 V1.78 V.(4)周期內(nèi)通過電阻R的電荷量q C0.086 6 C.