高中物理 第五章 交变电流 习题课 交变电流的产生及描述课件2高二选修32物理课件

4.在研究某一时刻线圈受到的安培力时,只能用瞬时值.
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例 4 如图 X-4-4 所示,匀强磁场的磁感应强度 B=0.5 T,边长 L=10 cm 的正 方形线圈 abcd 共 100 匝,线圈电阻 r=1 Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO'匀速转动,角速度 ω=2π rad/s,外电路电阻 R=4 Ω,求: (1)转动过程中感应电动势的最大值; (2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过 60°角时的瞬时感应电动势; (3)由图示位置转过 60°角的过程中产生的平均感应电动势; (4)交流电压表的示数; (5)线圈转动一周外力所做的功; (6)由图示位置开始计时, 周期内通过 R 的电荷量.
nBSω,即最大值由线圈匝数n、
决定,与
线圈、面转积轴S的位置无关.
、转
3.线圈在线转圈动的过形程状中的平均电动势要用
计算,即=
.
法拉第电磁感应定律
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
求解.
电流的热效应
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考点一
交变电流(diànliú)瞬时值表达式的应用
A.电压表 V 的示数为 220 V B.电路中的电流方向每秒钟改变 50 次 C.灯泡实际消耗的功率为 484 W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的热量为 24.2 J
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图 X-4-5
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[答案] D [解析] 电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图甲知电动势的最大值 Em=220 V,有效值 E= =220 V.灯泡两端电压 U=IR= R=209 V,A 错误;由图 甲知 T=0.02 s,一个周期内电流方向改变 2 次,可知 1 s 内电流方向改变 100 次,B 错 误;灯泡的实际功率 P= =459.8 W,C 错误;电流的有效值 I= =2.2 A,发电机线圈 内阻每秒钟产生的热量为 Q=I2rt=2.22×5.0×1 J=24.2 J,D 正确.
题可得到解决. 2.当电流按非正(余)弦规律变化时,必须根据电流的热效应求解,且时间一般取一 个周期.
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例 3 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇,过去是用变压器来实现上述调节的,缺点是
成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速.现在的调光台灯、调速
流电的峰值
交流电压表和交流电流表测定的是交流
B.用交流电压表和交流电流表测定的是交流电 电的有效值,选项 B 错误;给定一交流电数
的瞬时值
值,没作特别说明时指的是有效值,选项 C
C.给定一交流电数值,没作特别说明时指的是平 错误;跟交流电有相同的热效应的直流电
均值
的数值是交流电的有效值,这是有效值的
习题课:交变(jiāo biàn)电流的产生及描 述
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知识(zhī shi)必备
1.线圈在 匀强 磁场(cíchǎng)中绕 垂直(chuí于zhí磁) 感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流,瞬
时值表达式为e=
Emsin(从ω线t 圈位于中性面开始计时).
2.交变电流的最大值Em= 动角速度磁ω感及应强度B
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图 X-4-4
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[答案] (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V (5)0.99 J (6)0.086 6 C [解析] (1)感应电动势的最大值为 Em=nBSω=3.14 V. (2)转过 60°角时的瞬时感应电动势为 e=Emcos 60°=3.14×0.5 V=1.57 V. (3)转过 60°角的过程中产生的平均感应电动势为
3.判断线圈中磁通量的变化情况.
4.分析判断i、e随时间变化的规律.
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例 2 将阻值为 5 Ω 的电阻接到内阻不计的交流电源上,电源电动势随时间变化的规律如图
X-4-2 所示,下列说法正确的是 ( )
A.电路中交变电流的频率为 0.25 Hz
图 X-4-1
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[答案] (1)e=10] (1)因为 n=300 r/min=5 r/s,ω=2πn=2π×5 rad/s=10π rad/s,所以
Em=NBSω=100× ×0.05×10π V=100 V.
[答案] C [解析] 设交流电的有效值为 U,将上述交流电与电压为 U 的直流电分别通过相同
电阻 R,分析一个周期内产生的热量,交流电产生的热量 Q1= 热量 Q2= ·T,由 Q1=Q2 得 U= .
·,直流电产生的
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考点(kǎo diǎn)四
q= ·= ·=
·=
≈0.086 6 C.
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1.(区分交变电流的四值)[2017·山西沂州一中期 [答案] D
中] 下列关于交流电的说法正确的是 ( ) [解析] 交流电器设备上所标的电压值和
A.交流电器设备上所标的电压值和电流值是交 电流值是交流电的有效值,选项 A 错误;用
n匝面积为S的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以角速度ω转动,若从线圈位于 (wèiyú)中性面位置开始计时,则e=Emsin ωt,若从线圈位于垂直于中性面位置开始计时,则 e=Emcos ωt,其中Em=nBSω.
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例 1 如图 X-4-1 所示,线圈面积为 0.05 m2,共 100 匝,线圈总电阻为 1 Ω,与 R=9 Ω 的外 电阻相连,线圈在 B= T 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的 OO'轴 以转速 n=300 r/min 匀速转动.从线圈处于中性面开始计时,求: (1)电动势的瞬时值表达式; (2)线圈转过 s 时电动势的瞬时值.
4.(有效值的理解与计算)[2017·重庆一中期末] 图 X-4-7 甲、乙分别表示两种电压的 波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化,下列说法正确的是 ( )
图 X-4-7 A.图甲表示交流电,图乙表示直流电 B.两电压的有效值都是 311 V C.图甲电压的有效值大于图乙电压的有效值 2021D/12.图/10甲所示电压的瞬时值表达式为 u=220sin 100πt(V)
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[答案] C [解析] 由于两图中表示的电压大小和方向都随时间周期性变化,因此都为交流电, 故选项 A 错误;两电压的最大值都是 311 V,有效值都小于 311 V,故选项 B 错误;根 据有效值的定义可知,图甲电压的有效值要比图乙的大,故选项 C 正确;从图甲可 知 ,Em=311 V,ω= =100π rad/s, 所 以 图 甲 电 压 的 瞬 时 值 表 达 式 为 u=311sin 100πt(V),故选项 D 错误.
电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的,如图 X-4-3 所示为一个经过双向可控硅电子元
件调节后加在电灯上的电压,即在正弦式电流的每一个 周
期中,前面的 被截去,从而改变了电灯上的电压.那么现在
电灯上的电压为 ( )
A.Um
B.
C.
D.
图 X-4-3
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D.跟交流电有相同的热效应的直流电的数值是 定义,选项 D 正确.
2021交/12流/10电的有效值
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2.(交变电流的图像)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图 X-4-5 甲所示.已知发电机线圈内阻为 5.0 Ω,外接一只电阻为 95.0 Ω 的灯泡,如图乙 所示,则 ( )
表所测电压为有效值,有效值为 V.
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考点(kǎo diǎn)三
交变电流(diànliú)有效值的计算
计算交变电流的有效值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 求出其最大值,然后根据 E= 求出其有效值,则有关电功、电功率的计算及各种交流仪表读数等相应的问
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3.(含有二极管的电路有效值的计算)某研究小组成员设计 了一个如图 X-4-6 所示的电路,与定值电阻 R 并联的电表 是一个理想交流电压表,D 是理想二极管(它的导电特点是 正向电阻为零,反向电阻为无穷大).在 A、B 间加一交流电 压,瞬时值的表达式为 u=20 sin 100πt(V),则交流电压表
交变(jiāo biàn)电流的“四值”
交变电流的“四值”,即最大值、有效值、平均值、瞬时值,分别在不同情况下使
用.
1.在研究电容器的耐压值时,只能用最大值.
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,交流电表指示的
也是有效值.
3.在研究交变电流通过导体截面的电荷量时,只能用平均值.
量 q.
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图 X-4-8
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[答案] (1)20 V (2)10 V (3)10 V (4)0.02 C [解析] (1)图示位置为中性面,从此时开始计时,交变电动势的瞬时值为 e=Emsin ωt.将 ωt= 、 e=10 V 代入上式,求得 Em=20 V. (2)线圈中产生的电动势按正弦规律变化,所以交变电动势的有效值 E= = V=10 V. (3)此交流电压表测的是电动势的有效值,故示数为 10 V. (4)在线圈转过 的过程中,穿过线圈平面的磁通量变化量 ΔΦ=BS, = ,根据 Em=BSω 得
从线圈处于中性面开始计时,则 e=Emsin ωt,所以 e=100sin 10πt(V).
(2)当线圈转过 s 时,有 e=100sin
V=100sin V=50 V.
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考点二
交变(jiāo biàn)电流的图像
正弦交流电的图像是一条正弦曲线,从图像中可以(kěyǐ)得到以下信息: 1.交变电流的最大值Im、Em、周期T. 2.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.
[答案] D [解析] 二极管具有单向导电性, 使得半个周期内 R 通路,另外半 个周期内 R 断路,根据电流的热
示数为 ( )
效应有
· = ·T, 解 得
A.10 V B.20 V C.15 V D.14.1 V
U=10 V=14.1 V.
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图 X-4-6
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B.通过电阻的电流为 A
C.电阻消耗的电功率为 2.5 W
D.用交流电压表测得电阻两端的电压是 5 V
图 X-4-2
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[答案] C
[解析] 由周期与频率的关系 f= 知,f=
Hz=25 Hz;电动势的有效值 U= =
V= V,通过电阻的电流 I= = A,电阻消耗的电功率为 P= =2.5 W,交流电压
=n =n
=100×
V≈2.6 V.
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(4)电压表示数为外电路电压的有效值
U= ·R= ×4 V≈1.78 V. (5)线圈转动一周外力所做的功在数值上等于电流产生的热量,即
W=Q= ·T≈0.99 J. (6) 周期内通过电阻 R 的电荷量为
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5.(交变电流的“四值”)如图 X-4-8 所示,单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的 OO' 轴从图示位置开始匀速转动,角速度 ω=100 rad/s,已知从图示位置转过 时,线圈中
电动势大小为 10 V. (1)求交变电动势的峰值; (2)求交变电动势的有效值; (3)求与线圈相接的交流电压表的示数; (4)设线圈电阻为 R=1 Ω,取走电压表,线圈接一外电阻 R 外=9 Ω, 求线圈由图示位置转过 角度过程中通过导线某一截面的电荷