2018版高中物理第3章交变电流习题课交变电流的产生及描述学案鲁科版选修3_.pdf
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1、第 3 讲 习题课 交变电流的产生及描述第 3 讲 习题课 交变电流的产生及描述 目标定位 1.进一步熟悉交变电流的产生过程,能够求解交变电流的瞬时值.2.进一步理解 交变电流图象的物理意义.3.知道交变电流“四值”的区别,应用“四值”求解相关问题 1线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流,感应电动势的瞬 时值表达式eEmsin_t(从中性面开始计时) 2交变电流感应电动势的最大值EmnBS,即最大值由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角 速度及线圈面积S决定,与线圈的形状、转轴的位置无关(填“有关”或“无关”) 3线圈在转动过程中的平均感应电动势,要用法拉第电磁感应定律计
2、算,即 n.E t 4正弦交流电的有效值U,I.其他非正弦交流电的有效值根据有效值的定义求解. Um 2 Im 2 一、交变电流的瞬时值及图象问题 1求解感应电动势瞬时值 (1)确定线圈转动从哪个位置开始; (2)确定线圈转动的角速度(以 rad/s 作单位); (3)确定感应电动势瞬时值表达式 2正弦交流电的图象是一条正弦曲线,从图象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 T (2)峰值(Em,Im):图象上的最大值,可计算出有效值E,I. Em 2 Im 2 (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
3、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 1 一个匝数N100 匝的平面线圈所包围的面积S0.02 m2, 在磁感应强度B0.5 T 的匀 强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度100 rad/s 匀速转动时,在线圈中产生交流电, 若自线圈通过中性面时开始计时,那么选项中能够反映线圈中感应电动势随时间变化的图象 是( ) 答案 BD 解析 线圈产生的电动势的最大值为EmNBS100 V,所以电动势瞬时值表达式为e Emsin t100 sin 100t V,电流的正方向可以选顺时针为正,也可以选逆时针为正,故 电动势随时间变化的图象为 B 或 D,A、C 错误,B、D
4、 正确 二、平均值及电荷量的求解 1感应电动势的平均值 n.E t 2求电荷量要用平均感应电流: ,q tn.I E Rr I Rr 例 2 发电机的转子是匝数为 100 匝、边长为 20cm 的正方形线圈,将它置于磁感应强度B 0.05T 的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴以100rad/s 的角速度转动,当线圈平面 跟磁场方向垂直时开始计时线圈和外电路的总电阻R10. (1)写出交变电流瞬时值表达式; (2)线圈从计时开始,转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少? 3 答案 (1)i2sin (100t) A (2)1102C 解析 (1)感应电动势最大值为EmnBS1000.050.2
5、0.2100V20V, Im2A,所以iImsint2sin (100t) A. Em R (2)线圈从计时开始,转过过程中通过线圈某一截面的电荷量qt.从中性面开始 3 I n R 计时,转过,如图所示BSBS(1sin30)BS, 3 1 2 qC1102C. nBS 2R 100 0.05 0.2 0.2 20 三、有效值的计算 对于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 Em 2 出其有效值有关电功、电功率的计算,各种交流仪表读数都要用有效值 2当电流按非正(余)弦规律变化时,必须根据有效值的定义求解,在
6、计算有效值时要注意三 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 图 1 中两交变电流分别通过相同电阻R. 图 1 (1)分别写出它们的有效值、周期、频率; (2)计算它在R上产生的功率之比 答案 (1)3.54 A,0.4 s,2.5 Hz 5 A,0.3 s, Hz 10 3 (2)12 解析 (1)题图甲为正弦式交变电流,其有效值I1 A3.54 A Im 2 5 2 2 周期T10.4 s,频率f12.5 Hz 题图乙为方波交流电,电流的大小不变,方向作周期性变化,由于热效应与电流方向无关, 因而它的有效值I25 A 周期T20.3 s,频率f2 Hz 10 3
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