2019-2020年人教版高中物理選修3-2教案：4交變電流.doc

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2019-2020年人教版高中物理選修3-2教案：4交變電流知識網(wǎng)絡(luò)圖基本知識回顧一、交變電流的產(chǎn)生1交變電流的定義：_都隨時間做_變化的電流叫做交變電流2正弦式交變電流(1)定義：隨時間按_變化的交變電流叫做正弦交變電流正弦式交流電的圖象是_曲線(2)產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于_磁場中，并繞_方向的軸做_轉(zhuǎn)動3中性面：(1)中性面定義：與磁場方向_的平面叫中性面(2)中性面的特點：1)線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時，穿過線圈的磁通量_但磁通量的變化率為_感應(yīng)電動勢_2)線圈轉(zhuǎn)動一周，_次經(jīng)過中性面，線圈每經(jīng)過一次中性面，電流的方向就改變一次4中性面垂面：(1)中性面垂面定義： (2)中性面垂面的特點：注意：“兩個位置”、“一個規(guī)律”(1)兩個特殊位置線圈平面與中性面重合時，SB，最大，感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流均為零，感應(yīng)電流改變方向線圈平面平行于磁場時，S/B，0，感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流最大二、描述交變電流的物理量1交變電流的瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數(shù)2交變電流的峰值： EmNBS Im (R為電路的總電阻) UmImR(R為某段電路的電阻)3交變電流的有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的讓交流電和直流電通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫這一交流電的有效值，用”E、I、U”表示在正弦交變電流中有效值與峰值之間的關(guān)系為：EEm，UUm, IIm. 4交變電流的平均值(1)交變電流圖象中圖線與t軸所圍成的面積與時間的比值叫做交變電流的平均值(2)平均值是利用EN來進行計算的，計算電荷量時只能用平均值5交變電流的周期和頻率(1)周期T：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一圈)所需的時間(2)頻率f：交變電流在 1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，周期和頻率的關(guān)系： T或 f，2f.注意：只有正弦(或余弦)交變電流才有I ，E的關(guān)系，對于非正弦式交流電的有效值要根據(jù)有效值的定義求解. 三、交變電流的變化規(guī)律1正弦交變電流的電動勢、電壓和電流隨時間的變化規(guī)律：eEmsin t uUmsin t iImsint以上各式均以線圈在_的位置為計時起點2正弦交變電流的圖象(如圖所示)三、電感和電容對交流電的作用電阻對交流電流和直流電流一樣有阻礙作用，電流通過電阻時做功而產(chǎn)生熱效應(yīng)；電感對交流電流有阻礙作用，大小用感抗來表示，感抗的大小與電感及交變電流的_有關(guān)；電容對交流電流有阻礙作用，大小用容抗來表示，容抗的大小與電容及交變電流的_有關(guān)基本題型分析一、交變電流瞬時值表達式的書寫技巧1瞬時值表達式的書寫(1)確定正統(tǒng)交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式EmnBS求出相應(yīng)峰值(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式如：線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImsint.線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImcost.2正弦交流電的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時).規(guī)律物理量函數(shù)圖象磁通量mcostBScost電動勢eEmsintnBSsint電壓uUmsintsint電流iImsintsint【典型例題1】如圖所示，是家庭用電交變電源輸出電壓U隨時間t變化的圖象，若某家用電器的電阻為44，則通過電器的電流i隨時間t變化的規(guī)律是() Ai5 sin 100 t(A) Bi5 sin 200t(A) Ci5 sin 100 t(A) Di5 sin 200t(A)【溫馨提示】由題圖可知，Um和T；由歐姆定律可知Im, 由可知；iImsint(A)【變式訓練1】 正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖甲所示的方式連接，R10，交流電壓表的示數(shù)是10V.圖乙是交變電源輸出電壓u隨時間t變化的圖象則()甲乙 A通過R的電流iR隨時間t 變化的規(guī)律是 iRcos100t(A) B通過R的電流iR隨時間t 變化的規(guī)律是 iRcos50 t(A) C. R兩端的電壓uR隨時間t 變化的規(guī)律是 uR5cos100t(V) DR兩端的電壓uR隨時間t 變化的規(guī)律是 uR5cos50t(V)二、關(guān)于交變電流的 “四值”的分析計算“對比法”理解交變電流的“四值”物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值 交變電流某一時刻的值eEmsint iImsin t 計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值EmnBSIm 討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值EUI (只適用于正弦式電流)(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電動率 、電熱等 )(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標識的一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值(4)電表的讀數(shù)為有效值平均值 交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值BLn計算通過電路截面的電荷量【典型例題2】 如圖甲所示 ，將阻值為R5的電阻接到內(nèi)阻不計的正弦交變電源上，電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大小下列說法正確的是() A電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達式為u2.5sin200t(V) B電阻R消耗的電功率為1.25W C若此交變電流由一矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，如圖丙所示，當線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時，電流表的示數(shù)為1A D這一交變電流與圖丁所示電流比較，其有效值之比為 .溫馨提示 A由圖乙可知Im 和T，從而求出Um 和 ，即可得R兩端電壓U的表達式；B.注意PIR；C.當線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時，電流的有效值也增加一陪；D.圖丁中電流的大小不變，有效值為0.5A.【變式訓練2】 (1)某發(fā)光裝置的發(fā)光電流為0.49A，即通過該發(fā)光裝置的電流大于等于0.49A時才會發(fā)光，當該裝置通過【典型例題2】中圖乙所示的交流電時能發(fā)光嗎若能，1min 內(nèi)該裝置發(fā)光幾次：(2)【典型例題2】圖乙中的交變電流經(jīng)過一二極管后，其i t 圖象如圖所示，則該電流的有效值多大 交變電流隨堂練習題（一）1南京市東城區(qū)民用電網(wǎng)改造完成后，某居民小區(qū)變壓器輸出端的交變電壓瞬時值表達式為u220 sin100 t (V)，對此交變電壓，下列表述正確的是() A最大值是220V B頻率是50Hz C有效值是220V D周期是0.01s2在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象，如圖乙所示，則 () At0.005s時線框的磁通量變化率為零 Bt0.01s時線框平面與中性面重合 C線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311V D線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100Hz3如圖所示，處在勻強磁場中的矩形線圈 abcd 以恒定的角速度繞ab 邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab 垂直，在 t0時刻，線圈平面與紙面重合，線圈的 cd 邊離開紙面向外運動若規(guī)定ab c d a方向的感應(yīng)電流為正方向，則能反映線圈感應(yīng)電流I隨時間 t 變化的圖線是()4通有電流iImsint的長直導(dǎo)線OO與斷開的斷開環(huán)型線圈在同一平面內(nèi)，如圖所示(設(shè)電流由O到O為正)，為使A端的電勢高于B端的電勢且UAB減小，交流電必須處于每個周期的() A第一個周期 B第二 個周期 C第三個周期 D第四個周期5將定值電阻R110、R220串聯(lián)接在正弦交流電路中，通過電阻R2的電流i隨時間t變化的情況如圖所示則() A通過R1的電流有效值是1.2A BR1兩端的電壓有效值是6V C通過R2的電流有效值是1.2A DR2兩端的電流有效值是6V6如圖所示，邊長為L的正方形線圈 abcd 的匝數(shù)為n，線圈電阻為 r，外電路的電阻為R，ab的 中點和cd 的中點的連線OO恰好位于勻強磁場的邊界上，磁感應(yīng)強度為B，現(xiàn)在線圈以O(shè)O為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動，求： (1)閉合電路中電流瞬時值的表達式；(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量；(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中電阻R上通過的電荷量；(4)電阻R上的最大電壓第40講交變電流的產(chǎn)生和描述電感和電容對交變電流的影響知識整合基礎(chǔ)自測一、1.大小和方向周期性2.(1)正弦規(guī)律正弦(2)勻強垂直磁場勻速(3)垂直3.(1)最大零零(2)兩二、1.中性面三、頻率頻率重點闡述【典型例題1】如圖所示，是家庭用電交變電源輸出電壓U隨時間t變化的圖象，若某家用電器的電阻為44，則通過電器的電流i隨時間t變化的規(guī)律是() Ai5 sin 100 t(A) Bi5 sin 200t(A) Ci5 sin 100 t(A) Di5 sin 200t(A)【答案】C【解析】 由題圖知，Um311 V220 V，T0.02 s，所以，Im5A，w100，因此，iImsinwt(A)5sin100t(A)，故選C.變式訓練1A【解析】 100 rad/sA對，B、D錯，又I1 A故ImIA，u10 V故C錯，因此選A.【典型例題2】 如圖甲所示 ，將阻值為R5的電阻接到內(nèi)阻不計的正弦交變電源上，電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大小下列說法正確的是() A電阻R兩端電壓變化規(guī)律的函數(shù)表達式為u2.5sin200t(V) B電阻R消耗的電功率為1.25W C若此交變電流由一矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，如圖丙所示，當線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時，電流表的示數(shù)為1A D這一交變電流與圖丁所示電流比較，其有效值之比為 .【答案】AD【解析】圖乙所示電流的最大值為Im0.5 A，由歐姆定律得UmImR2.5 V周期為T0.01 s，200 rad/s，所以R兩端電壓的表達式為u2.5sin200t(V)，A正確；該電流的有效值為I，電阻R消耗的電功率為PI2R，解得P0.625 W，B錯誤；該交變電流由圖丙所示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，當轉(zhuǎn)速提升一倍時，電動勢的最大值EmnBS為原來的2倍電路中電流的有效值也是原來的2倍，為2A1 A電流表的示數(shù)為有效值，C錯誤；圖乙中的正弦交變電流的有效值為A.圖丁所示的交變電流雖然方向發(fā)生變化，但大小恒為0.5 A，可知D正確變式訓練2(1)能發(fā)光12000次(2)0.25 A【解析】 (1)由于典型例題2圖乙中的最大電流為Im0.5 A0.49 A，因此該裝置能發(fā)光，且一個周期能發(fā)光兩次，因為T0.01 s，所以1 min內(nèi)發(fā)光次數(shù)為n212 000次(2)根據(jù)電流的熱效應(yīng)一個周期內(nèi)該電流產(chǎn)生的熱量為QIRTR.解得電流的有效值為I有0.25 A.隨堂演練1.BC【解析】 此交變電壓最大值是220V，有效值是220 V，頻率是50 Hz，周期是0.02 s，選項BC正確，AD錯誤2.B【解析】 甲圖中處于中性面，此時感應(yīng)電動勢為零磁通量最大，寫出交變電壓瞬時表達式u311sin100tV故t0.005 s時磁通量變化率最大，A錯，t0.01 s時與中性面重合故B對，線框平產(chǎn)生的交變電動勢最大值為311 V有效值應(yīng)為220 V，故C錯，線框產(chǎn)生的交變電動勢的頻率為fHz50 Hz，故D錯，故選B.3.C【解析】 根據(jù)右手定則或楞次定律可以判斷，t0時刻線圈的cd邊離開紙面向外運動而切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電流I為正向；此時線圈磁通量為零，但是cd邊切割磁感線的速度最大，磁通量的變化率最大，所以感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流最大，故C正確4.A【解析】 由E可知，要E減小，即要減小，題中要求AB，由楞次定律知，只有在0才符合要求5.B【解析】 通過R1的電流有效值是0.6 A，R1兩端的電壓有效值是6 V，選項A錯誤B正確；通過R2的電流有效值是0.6 A，R2兩端的電壓有效值是12 V，選項CD錯誤6.(1)isint(2)(3)(4)【解析】 (1)線圈轉(zhuǎn)動時，總是只有一條邊切割磁感線，且ad邊和bc邊的轉(zhuǎn)動線速度大小相等當線框平行于磁場時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大為EmnBLvnBLLnBL2.由閉合電路歐姆定律可知Im，當以圖示時刻(線框垂直于磁場)為計時起點時，流過R的電流表達式為iImsintsint.(2)在線框由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動90的過程中，流過R的電流由0變化到最大值，故可以用有效值計算電阻R產(chǎn)生的熱量：QI2R，其中I， T，即QI2R(3)在轉(zhuǎn)過90過程中的平均電動勢為流過R的平均電流為所以流過R的電荷量為q(4)由部分電路歐姆定律可得電阻R上的最大電壓為UmImRR.