学高中物理交变电流的产生及描述教科选修剖析.ppt

第二章 交变电流 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. 学案3　习题课：交变电流的产生及描述 知识探究 自我检测 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)；(4)最后确定感应电动势的瞬时值表达式. 一、对交变电流产生规律的理解 知识探究 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＝10 Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90 Ω，与R并联的交流电压表为理想电表.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； 解析　交流发电机产生的电动势最大值Em＝nBSω 由Φ－t图线可知，Φm＝2.0×10－2 Wb，T＝0.2 s 所以Em＝20π V＝62.8 V. 答案　62.8 V (2)电动势的瞬时值表达式； 由于从垂直中性面处开始计时， 所以感应电动势瞬时值表达式为e＝Emcos ωt＝62.8cos (10πt) V 答案　 e＝62.8cos (10πt) V ? 答案　 31.4 V (4)电路中交流电压表的示数. 答案　 40 V 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： 3.瞬时值：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. 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(　　) A.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∶2 C.交流电a的瞬时值为u＝10sin (5πt) V 图2 解析　由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误； 由题图可知Ta∶Tb＝2∶3，故na∶nb＝3∶2，B正确； 由题图可知，C正确； 答案　BCD 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Em＝NBSω求出其峰值，然后根据E＝ 求出其有效值. 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)、产生相同热量. 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3 解析　根据有效值的定义，取一个周期T，则 D 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 例4　一个总电阻为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. (1)求此时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？ 图4 解析　由右手定则可判定电流的方向沿adcba. 解析　Em＝NBSω＝NBωL2. (3)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？ (4)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？ (5)图中电流表和电压表的示数各是多少？ 答案　见解析 1 2 3 4 自我检测 1.(交变电流图像的应用)图5甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化.下列说法正确的是(　　) 图5 1 2 3 4 A.甲表示交流电，乙表示直流电 B.两种电压的有效值相等 C.甲电压的瞬时值表达式为u＝311sin (100πt) V D.甲交变电流的有效值比乙交变电流的有效值大 1 2 3 4 解析　两题图中交变电流的大小和方向都随时间变化，