第一课时交变电流的产生和描述1.pptVIP

共 45 页 第一关:基础关 展望高考 基础知识 一? 交变电流 知识讲解 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.如图(a)(b)(c)(d)所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电,如图(a)所示. 说明:方向不随时间变化的电流称为直流. 二? 正弦式交变电流的产生及变化规律 知识讲解 (1)产生:在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流. (2)规律: ①中性面特点:穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零,感应电动势为零.线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变. ②函数形式:N匝面积为S的线圈以角速度ω转动,从中性面开始计时,则e=Emaxsinωt.用Emax表示峰值NBSω,则e=Emaxsinωt. 电流i= sinωt=Imaxsinωt. 若线圈从磁感线与线圈平面平行的位置开始计时,上面表达式变为:e=NBSωcosωt,i=Imaxcosωt. 活学活用 1.如图所示,有一闭合的正方形线圈,匝数N=100匝,边长为10 cm,线圈总电阻为10 Ω.线圈绕OO′轴在B=0.5 T的匀强磁场中匀速转动,每分钟转1500转.求线圈平面从图示位置转过30°时,感应电动势的值是多少? 解析:由题意,先求出角速度ωf=1500 r/min=25 Hz,ω=2πf=50π rad/s感应电动势的最大值为Em=NBωS=100×0.5×50π×0.01 V=78.5 V由题图可以看出,线圈是从中性面开始计时的,产生交变电动势的瞬时值表达式应为e=Emsinωt.所以转过30°角时的电动势为e=Emsin30°=78.5× V=39.3 V. 三? 描述交变电流的物理量 知识讲解 (1)瞬时值:交变电流某一时刻的值. (2)峰值:即最大的瞬时值. (3)有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流值叫做交变电流的有效值. 对正弦式交流电,其有效值和峰值间关系为: 说明:各种交流电电器设备上所标的,交流电表所测量的,均为有效值. (4) 周期和频率:交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期;1s内完成周期性变化的次数叫频率,它们和角速度间的关系为:ω= =2πf.(5) 平均值:交流电图象中波形与t轴所围面积与时间的比值叫交流电平均值.在计算通过导体电荷量时,只能用交流电平均值. 活学活用 2.交变电流电压表达式为u=20sin314t V,求这个交变电压的最大值Um?有效值U?周期T?频率f.画出交变电流的u-t图象. 画出交变电流的电压随时间变化图象如图所示. 第二关:技法关 解读高考 解题技法 一? 关于交流电的四值问题 技法讲解 1.求交变电流的有效值 (1)重点理解交流电有效值的含义.根据电流的热效应,即交流和直流通过同样的电阻,在相同时间内产生的热量相等,这一直流电流的数值为交流电流的有效值,即可求得有效值. (2)对正弦交流电可直接利用U= 求解.对非正弦交变电流,求有效值一定要紧扣定义.抓住三个相同:相同的时间内,通过相同的电阻,产生相同的热量,利用焦耳定律列式求解. 2.如何区别应用交变电流的四值 (1)最大值 感应电动势的最大值Em=nBSω,它仅由线圈匝数?磁感应强度?角速度?线圈面积决定,和轴的位置及线圈的形状无关,很多试题在线圈的形状和转轴的位置上设置干扰因素,做题时应注意.讨论电容器耐压问题时应根据交流电的最大值. (2)有效值 在研究交变电流做功?电功率以及产生热量时,只能用有效值. 另外,各种交流电表指示的电压?电流和交流电器上标注的额定电流?额定电压,指的都是有效值.与热效应有关的计算,如保险丝的熔断电流等都必须用有效值. (3)平均值 (4)瞬时值 交流电瞬时值表达式有两种,若从中性面开始计时其表达式为i=Imsinωt;若从线圈平面和磁场方向平行时开始计时其表达式为i=Imcosωt. 在研究某一时刻线圈受到的电磁力时,只能用瞬时值. 典例剖析 【例1】 如图所示,边长为L的正方形线框abcd的匝数为n,ad边的中点和bc边的中点连线OO′恰好位于匀强磁场的边界上,磁感应强度为B,线圈与外电阻R构成闭合电路,整个线圈的电阻为r.现在让线框以OO′连线为轴,以角速度ω匀速转动,求: (1)闭合电路中电流瞬时值表达式. (2)线框从图示位置时转过90°的过程中电阻R上产生的热量?通过R的电荷量和电阻R上的最大电压分别为多少? [解析] (1)线框转动时,只有一条边切割磁感线,且ab边和cd边的转动线速度大小相等,当线框平行于磁场时,产生的感应电动势最大,为:Em=nBLv=nBL·ω