通用版2018_2019版高中物理第2章交变电流与发电机2.3探究电阻电感和电容的作用练习沪科版选修3_2

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(通用版)2018-2019版高中物理-第二章交变电流章末课件教科版选修3-2

图3
√A.当滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变大，电压表读数变大
B.当滑动触头P逆时针转动时，电流表读数变小，电压表读数变大 C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变小，电压表读数变
√大
D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数变小
解析答案
三、远距离输电线路的分析与计算
解析电动势的有效值 E＝ 2nB2L1L2ω，
电流的有效值 I＝ 22n(RB＋L1Lr)2ω，
线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量
Q＝I2RT＝n2B2(LR1＋2Lr2)22ωRπ.
解析答案
二、含变压器电路的动态分析
解答这类问题首先是分清变量和不变量，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况. (1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”，即输出功率决定输入功率. (2)可以把理想变压器的副线圈看做给用户供电的无阻电源，可以参照直流电路动态分析的方法，分析负载电路的动态变化.
例4 交流发电机两端电压是220 V，输出功率为4 400 W，输电导线总电阻为2 Ω.试求： (1)用户得到的电压和功率各多大？输电损失功率多大？答案 180 V 3 600 W 800 W
解析答案
(2)若发电机输出端用匝数比为1∶10的升压变压器升压后，经同样输电导线输送，再用匝数比为10∶1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和功率又是多大？(升压变压器和降压变压器都为理想变压器) 答案 219.6 V 4 392 W
第电磁感应定律求出，即
E
＝n
ΔΦ Δt .
例1 图1为一个小型旋转电枢式交流发电机结构示意图，其矩形线圈的
长度为L1，宽度为L2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的

人教版高中物理选修3-2课件2.3探究电阻、电感和电容的作用

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3.如图所示电路中，三盏电灯的亮度相同，如1变暗灯L2变亮灯L3亮度不变
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4.如图所示，当交流电源的电压（有效值）U＝220V、频率 f＝50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相同（L无直流电阻）。
（1）将交流电源的频率变为f＝100Hz，则（）AC
5
观察：
如图甲、乙所示实验，当电键接通直流电流和交流电流时，会不会有什么不同？
A1
A2
6
现象：电键扳向交流电源后，A2立刻亮，A1缓慢亮，因为线圈会阻碍A1电流的变化为什么会有阻碍电流变化的现象呢？因为电感线圈会产生一个阻碍导体中原电流变化的自感电动势今天，我们就来研究电阻器、电感器和电容器对交变电流的影响。
27
7
一、电阻器对交变电流的影响
电阻能让直流通过，但对直流有阻碍作用，那么电阻对交流的作用又如何呢？实验1 ：图中A、B是规格相同的两个灯
B
泡观察并思考：当电路开关S扳向交流电源时，两只灯泡的亮度是否相同？当将开关S分别扳向直流电源和交流电源时，比较两种情况下两只灯泡的亮度有无变化？这又说明什么问题？实验和理论分析都证明，电阻对交流电的障碍作用跟对直流电的阻碍作用相同
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后级输入前级输出
2.在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。如果只需要把低频成分输送到下一级装置，只要在下一级电路的输入端并联一个电容器就可以达到目的（如右图）。具有这种用途的电容器叫做高频旁路电容器。请说明它的工作原理。
解析：电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容抗大，如图这样连接，高频成分就通过“旁路”的电容器，而低频成分输送到下一级装置。
高中物理课件

(通用版)2018-2019版高中物理第2章交变电流与发电机 2.1 怎样产生交变电流学案沪科版选修3-2

2.1 怎样产生交变电流[目标定位] 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、最大值的物理含义.一、交变电流两个发光二极管接成如图1所示电路图1(1)把电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？(2)把电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？答案(1)当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮.(2)当接在手摇式发电机两端时，两个发光二极管间或闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变. [要点总结]1.交流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流.2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流.大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化.例1(多选)如图所示的图像中属于交变电流的有( )答案ABC解析选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流.二、交变电流的产生图2假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示.请分析判断：(1)图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(3)当线圈转到什么位置时线圈中感应电动势为零，转到什么位置时线圈中的感应电动势最大？(4)大致画出线圈转动一周的过程中，电动势e随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻.答案(1)由B到A(2)由A到B (3)线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电动势为零，称为中性面.线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电动势最大. (4)[要点总结]1.交流发电机的构造：主要由可转动的线圈(电枢)和磁体两部分组成.2.正弦式交变电流的产生：将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动.3.中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的感应电动势为零(填“最大”或“零”).(2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电动势方向都要改变.线圈转动一周，感应电动势方向改变两次.4.旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机(1) 旋转电枢式发电机⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫定子：磁体转子：线圈产生电压一般不超过500 V (2) 旋转磁极式发电机⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫定子：线圈转子：磁体能产生几千伏到几万伏电压 5.交变电流的电能从哪里来从能量转化的角度看，发电机是把机械能转变为电能的机器.例2 (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是 ( )A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零答案 CD解析线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大.故C 、D 选项正确.三、交变电流的变化规律如图3所示是图2中线圈ABCD 在磁场中绕轴OO ′转动时的截面图.设AB 边长为L 1，BC 边长为L 2，线圈面积S ＝L 1L 2，磁感应强度为B ，线圈转动的角速度为ω，则：图3(1)甲、乙、丙位置AB 边产生的感应电动势各为多大？(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？(3)若线圈有n 匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？答案 (1)甲：e AB ＝0乙：e AB ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1·L 2ω2sin ωt＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝12BS ω·sin ωt 丙：e AB ＝BL 1v ＝BL 1·ωL 22＝12BL 1L 2ω＝12BS ω (2)整个线圈中的感应电动势由AB 和CD 两部分产生，且e AB ＝e CD ，所以甲：e ＝0乙：e ＝e AB ＋e CD ＝BS ω·sin ωt丙：e ＝BS ω(3)若线圈有n 匝，则相当于n 个完全相同的电源串联，所以甲：e ＝0乙：e ＝nBS ωsin ωt丙：e ＝nBS ω[要点总结]1.正弦式交变电流的瞬时值表达式(1)当从中性面开始计时：e ＝E max sin ωt .(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e ＝E max cos ωt .2.正弦式交变电流的最大值表达式E max ＝nBS ω与线圈的形状及转动轴的位置无关.(填“有关”或“无关”)3.两个特殊位置(1)中性面：线圈平面与磁场垂直.Φ最大，ΔΦΔt为0，e 为0，i 为0.(填“0”或“最大”) 线圈每次经过中性面时，线圈感应电流的方向要改变.线圈转动一圈，感应电流方向改变两次.(2)垂直中性面：线圈平面与磁场平行.Φ为0，ΔΦΔt 最大，e 为最大，i 最大.(填“0”或“最大”) 4.(1)正弦式交变电流的图像及应用或从中性面计时从垂直中性面(B ∥S )计时(2)从正弦式交变电流的图像中可以解读到以下信息：①交变电流的周期T 、最大值E m .②因线圈在中性面时感应电动势为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻，也可根据感应电动势最大值找出线圈平行磁感线的时刻.③判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率ΔΦΔt 最大、最小的时刻. ④分析判断e 的大小和方向随时间变化的规律.例3 如图4所示，线圈的面积是0.05 m 2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B ＝1πT ，当线圈以300 r/min 的转速匀速旋转时，求：图4(1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式.(2)从中性面开始计时，线圈转过130s 时电动势瞬时值多大？答案 (1)e ＝50sin(10πt )V (2)43.3 V解析 (1)n ＝300 r/min ＝5 r/s ，因为从中性面开始转动，并且求的是瞬时值，故e ＝E max sin ωt ＝NBS ·2πn sin (2πnt )＝50sin (10πt )V(2)当t ＝130 s 时，e ＝50sin (10π×130)V≈43.3 V 例4 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图5所示，由图中信息可以判断( )图5A.在A 和C 时刻线圈处于中性面位置B.在B 和D 穿过线圈的磁通量为零C.从A ～D 线圈转过的角度为2πD.若从O ～D 历时0.02 s ，则在1 s 内交变电流的方向改变100次答案 D解析根据题图，首先判断出交变电流的瞬时值表达式i ＝I max sin ωt .其中I max 是交变电流的最大值，ω是线圈旋转的角速度.另外，应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈每旋转一周，两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向，从题图可以看出，在O 、B 、D 时刻电流为零，所以此时刻线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A 、C 时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；从A 到D ，线圈旋转34周，转过的角度为3π2；如果从O 到D 历时0.02 s ，恰好为一个周期，所以1 s 内线圈转过50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次.综合以上分析可得，只有选项D 正确.针对训练 (多选)矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图6所示，下列结论正确的是( )图6A.在t ＝0.1 s 和t ＝0.3 s 时，电动势最大B.在t ＝0.2 s 和t ＝0.4 s 时，电动势改变方向C.电动势的最大值是157 VD.当t ＝0.4 s 时，磁通量变化率达到最大，其值为3.14 Wb/s答案 CD解析由Φ－t 图像可知Φmax ＝BS ＝0.2 Wb ，T ＝0.4 s ，又因为n ＝50，所以E max ＝nBS ω＝n Φmax ·2πT ＝157 V ，C 正确.t ＝0.1 s 和t ＝0.3 s 时，Φ最大，e ＝0，电动势改变方向；t＝0.2 s 和t ＝0.4 s 时，Φ＝0，e ＝E max 最大，故A 、B 错误.根据线圈在磁场中转动时产生感应电动势的特点知，当t ＝0.4 s 时，ΔΦΔt 最大，ΔΦΔt＝3.14 Wb/s ，D 正确.1.(交变电流的产生)(多选)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有( )答案 BCD2.(交变电流的产生及规律)(多选)如图7所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO ′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～π2ω这段时间内( )图7A.线圈中的感应电流一直在减小B.线圈中的感应电流先增大后减小C.穿过线圈的磁通量一直在减小D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小答案 AD解析题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为π2ω＝T 4，在0～π2ω时间内线圈转过四分之一个周期，感应电流从最大值减小为零，穿过线圈的磁通量逐渐增大，穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小，故A 、D 正确，B 、C 错误.3.(交变电流的图像)一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图8甲所示，则下列说法中正确的是( )图8A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C.t＝0.02 s时刻，交变电动势达到最大D.该线圈产生的相应感应电动势的图像如图乙所示答案 B解析由题图甲可知t＝0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面.t＝0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A项错误，B项正确.t＝0.02 s时，感应电动势应为零，C、D项均错误.4.(交变电流的变化规律)如图9所示，匀强磁场的磁感应强度B＝2πT，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：图9(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值.(2)从图示位置开始感应电动势的瞬时值表达式.(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过30°角电路中电流的瞬时值.答案(1)2 2 V (2)e＝22cos 2πt (V) (3)65A解析(1)设转动过程中感应电动势的最大值为E m，则E m＝NBL2ω＝100×2π×0.01×2π V＝2 2 V.(2)从图示位置开始感应电动势的瞬时值表达式为e＝E m cos ωt＝22cos 2πt (V)(3)从图示位置开始转过30°角时感应电动势的瞬时值e′＝22cos 30°＝ 6 V，i＝e′R＋r＝65A.。

高一物理课件：第2章交变电流与发电机

栏目导引
第2章交变电流与发电机
3.几种常见的交变电流(如图所示)
甲：家庭电路中的正弦式电流乙：示波器中的锯齿波扫描电压丙：电子计算机中的矩形脉冲丁：激光通信用的尖脉冲
栏目导引
第2章交变电流与发电机
例1 如图所示的各图像中表示交变电流的是( )
【思路点拨】解答本题要明确交流电的特征是电流方向变化，在i－t图上电流的方向表现在是否在t轴的两侧．
栏目导引
第2章交变电流与发电机
二、交流发电机 1.结构：交流发电机由一个_可__转__动__的__线__圈__(_电__ _枢__)__和一个__磁__体__两大部分组成．线圈在磁场中转动时产生的感应电流通过 _滑__环___ 和电刷输给用电器． 2.原理：在匀强磁场中，让一矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴 _匀__速___ 转动时，就得到了 __大__小__和__方__向__都随时间变化的交变电流．
第2章交变电流与发电机
第2章交变电流与发电机
第2章交变电流与发电机
2．1 怎样产生交变电流
栏目导引
第2章交变电流与发电机
目标导航
1.知道交变电流是如何产生的，知道中性面的概念．(重点) 2．知道交流发电机的结构、原理及分类． 3．了解交变电流的规律及瞬时值表达式．
栏目导引
第2章交变电流与发电机
解析：选A.根据交变电流的概念和图像的物理意义可知：图像所表示的电流大小随时间做周期性的变化而方向始终保持不变．所以如图所示的电流不是交流电，而是直流电．所以答案为A.
栏目导引
第2章交变电流与发电机
交变电流的基本规律
学案导引 1.中性面及垂直于中性面的位置有哪些特点？ 2.正弦交变电流的瞬时值表达式是什么？

陕西省安康市石泉县高中物理第2章交变电流与发电机2.3究电阻、电感和电容的作用课件沪科版选修32

（） BC
A．与甲灯串联(chuànlián)的元件X是电容器 B．与乙灯串联(chuànlián)的元件Y是电容器 C．与甲灯串联(chuànlián)的元件X是电感线圈 D．与乙灯串联(chuànlián)的元件Y是电感线圈
X可能(kěnéng)是电阻或线圈
X定是线圈
Y定是电容C
第十九页，共28页。
第十一页，共28页。
(2)高频(ɡāo pín)旁路电容：通高频(ɡāo pín)，阻低频。
在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。如果只需要把低频成分输送到下一级装置，可以在一级电路的输入端并联一个电容器。这样，进入下一级的高频成分就很少了。这中电容器叫做(jiàozuò)高频旁路电容器。这个电容器起到了“高频旁路”的作用。
实验结论：电容对交变电流有阻碍(zǔ ài)作用
第八页，共28页。
思考与讨论
为什么电容有阻直流通交流(jiāoliú)的 1、电作容用阻？直流：是因为电容器的两个极板被绝缘
介质隔开了，故只有(zhǐyǒu)在通电的瞬间有短暂电2、流电。容通交流：实际上也并没有电荷通过电容器的两个
极板间的绝缘介质，但当交流电压(diànyā)升高时，对电容充电，有充电电流，而当交流电压(diànyā)降低时，电容放电，有放电电流。
下说法正确的是
A、把电介质插入电容器，灯泡变亮；
B、增大电容器两板间的距离，灯泡变亮； C、减少电容器两板间的正对面积，灯泡变暗；
ACD
D、使交变(jiāo biàn)电流频率减小，灯泡变暗
第二十一页，共28页。
例3、如图所示，线圈的自感系数L和电容器的电
容C都很小，此电路的重要作用是

(通用版)2018-2019版高中物理第2章交变电流与发电机微型专题4 交变电流的产生及描述课件沪科版选修3-

图7
B.开关接通时，交流电压表的读数为311 V
C.开关断开时，交流电压表的读数为311 V，电热丝功率为 P0 2
√D.开关断开时，交流电压表的读数为156 V，电热丝功率为 P0 2
1234
解析答案
4.(交流电“四值”的比较)如图8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：(保留三位有效数字) (1)转动过程中感应电动势的最大值. 答案 3.14 V 解析感应电动势的最大值 Em＝nBSω＝100×0.5×0.12×2π V≈3.14 V.
1234
图8
解析答案
(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. 答案 1.57 V 解析转过60°时的瞬时感应电动势 e＝Emcos 60°＝3.14×0.5 V＝1.57 V.
1234
解析答案
(3)交流电压表的示数. 答案 1.78 V 解析电压表示数为外电压的有效值 22Em·R＋R r＝ 22×3.14×4＋4 1 V≈1.78 V.
能，线圈转一周，柴油机做的功
NBωL22
W＝EIt＝RE＋2 rt＝
2 R＋r

·2ωπ＝πNR2B＋2ωr L4.
解析答案
(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？
答案见解析
解析通过R的电荷量
NΔΦ q＝ I ·Δt＝RΔ＋t r·Δt
＝NRΔ＋Φr＝NBLR2·＋sinr
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： 1.周期(T)和角速度(ω)：线圈转动的角速度 ω＝2Tπ. 2.最大值(Em，Im)：图像上的最大值，可计算出有效值 E＝Em2，I＝ Im2. 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. 5.判断线圈中磁通量 Φ 及磁通量变化率ΔΔΦt 的变化情况.

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第2章交变电流与发电机章末总结一、交变电流有效值的计算1．一般交变电流有效值的求法——分段求和Q＝I2RT＝I21Rt1＋I22Rt2＋…2．说明：(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的，与电流的方向无关，计算电功和热量必须用有效值；(2)有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的；(3)交流电压表和交流电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交变电流变成了等效的直流电，所以交流电表读出的就是交变电流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动．3．正弦(或余弦)交变电流有效值与最大值之间的关系I ＝Imax 2，U ＝Umax24．一般用电器上标注的额定值是有效值，而电容器上标注的是最大值．例1 下列各图中电流的有效值为Im2的是( )答案 B解析 A 、C 两选项中电流的有效值均为22I m ；B 选项中，根据(Im 2)2R ·T 2＝I 2RT 得，I ＝Im 2.故B 正确；D 选项中，由I 2m R ·T 2＝I 2R ·T 得，I ＝22I m ，D 错误．二、交变电流图像的应用交变电流的图像反映了感应电动势(感应电流)随时间的变化特征，对正弦式交变电流来说，我们可以从图像中获取如下信息： 1．交变电流的周期(T )交变电流完成一次周期性变化所需的时间，知道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω＝2πT. 2．交变电流的最大值(E max 、I max )图像上的最大值，知道了最大值，便可计算出感应电动势(感应电流)的有效值． 3．任意时刻交变电流的瞬时值图像上每个“点”表示某一时刻交变电流的瞬时值．例2 (多选)交流电源的输出电压u 随时间t 变化的图像如图1所示，则下列说法正确的是( )图1A ．交变电流的频率50 HzB ．交变电流的周期为2 sC ．交流电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin(100πt ) VD ．交流电压的有效值为220 V 答案 ACD解析由图像可知，交变电流的周期为T ＝2×10－2s ，频率f ＝1T ＝50 Hz ，最大值为220 2V ，由U ＝12U max 知，有效值为220 V ，瞬时值为u ＝2202sin (100πt ) V ，故选项A 、C 、D 正确．三、交变电流“四值”的计算和应用1．最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值E max ＝nBS ω，在考虑电容器的耐压值时应根据交变电流的最大值．2．有效值：正弦式交变电流的有效值I ＝Imax2，其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交变电流的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值．3．瞬时值：当线圈平面处于中性面时开始计时，瞬时电动势的表达式为e ＝E max sin ωt .瞬时值对应某一时刻的电压、电流值．4．平均值：平均值需用E ＝n ΔΦΔt 和I ＝E R 进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值．q ＝I ·Δt ＝nΔΦR. 例3 图2为一个小型旋转电枢式交流发电机结构示意图，其矩形线圈的长度为L 1，宽度为L 2，共有n 匝，总电阻为r ，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R 的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO ′匀速运动，沿转轴OO ′方向看去，线圈沿逆时针方向转动，t ＝0时刻线圈平面与磁感线垂直．图2(1)求线圈经过图示位置时，通过电阻R 的感应电流的方向． (2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式．(3)求线圈从t ＝0时所处的位置开始到转过90°的过程中的平均感应电动势． (4)求线圈从t ＝0时所处的位置开始转过60°时电路中的瞬时电流． (5)求线圈转动一个周期内电阻R 上产生的热量．答案 (1)自下而上 (2)e ＝nBL 1L 2ωsin ωt (3)2nBL1L2ωπ (4)错误! (5)错误!解析 (1)根据右手定则可判断，线圈中的电流方向是d →c →b →a ，故通过电阻R 的电流是自下而上．(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势E m ＝nBL 1L 2ω，所以感应电动势的瞬时值表达式e ＝nBL 1L 2ωsin ωt .(3)由法拉第电磁感应定律有 E ＝n ΔΦΔt ＝nBL1L2π2ω＝2nBL1L2ωπ.(4)由闭合电路欧姆定律有i ＝eR ＋r ＝nBL1L2ωsinπ3R ＋r ＝错误!. (5)电动势的有效值E ＝2nBL1L2ω2，电流的有效值I ＝错误!，线圈转动一个周期内电阻R 上产生的热量Q ＝I 2RT ＝错误!.1．(交变电流有效值的计算)如图3所示的电流通过图中的电阻R ，则理想交流电流表的示数为( )图3A ．5 AB ．2.5 A C.522 A D ．5 2 A答案 B解析交流电流表的示数为电流的有效值，题图中的I －t 图像是正弦半波交变电流曲线，在半个周期内，它的有效值与正弦交变电流的有效值相同，再根据该电流在一个周期内所做的功和其有效值做功等效的关系，就可以求出电流表的示数，因为I max ＝5 A ，I ＝Imax 2＝52 2 A ，所以有I2RT 2＝I 2A RT ，I A ＝I 2＝2.5 A. 2．(交变电流图像的应用)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4所示．下列说法中正确的是( )图4A ．电路中交变电流的频率为0.25 HzB ．交变电流的瞬时值表达式为i ＝22sin 50t C ．电阻消耗的电功率为2.5 WD ．用理想交流电压表测得电阻两端的电压为5 V 答案 C解析电路中交变电流的频率为f ＝1T ＝14×10－2 Hz ＝25 Hz ，选项A 错误；通过电阻的电流最大值I m ＝EmR ＝1 A ，ω＝2πf ＝50π rad/s ，故电流瞬时值表达式i ＝sin 50πt A ，选项B 错误；电阻消耗的电功率为P ＝I 2R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫222×5 W ＝2.5 W ，选项C 正确；用理想交流电压表测得电阻两端的电压为U ＝IR ＝22×5 V ＝2.5 2 V ，选项D 错误． 3．(交变电流“四值”的计算和应用)如图5所示，有一单匝闭合的正方形线圈，边长为20 cm ，线圈绕垂直磁场的OO ′轴在B ＝1.0 T 的匀强磁场中匀速转动，角速度为ω＝100 rad/s ，若已知线圈电阻为1 Ω，求：图5(1)感应电动势的最大值；(2)从图示位置转过π2的过程中感应电动势的平均值；(3)线圈从图示位置转过π2的过程中产生的热量Q ；(4)线圈从图示位置转过π2的过程中通过线圈某横截面的电荷量q .答案 (1)4 V (2)2.55 V (3)0.13 J (4)0.04 C 解析 (1)由题意可知，感应电动势的最大值为E max ＝BS ω＝4 V.(2)线圈从图示位置转过π2的过程中，磁通量的变化ΔΦ＝BS ，经历时间Δt ＝π2ω，所以此过程中感应电动势的平均值为 E ＝ΔΦΔt ＝2B ωS π＝2πE max ≈2.55 V.(3)线圈中感应电流的有效值为I ＝Imax 2＝Emax2R＝2 2 A. 线圈转过π2的时间t ＝T 4＝π2ω＝π200s. 所以在转动过程中产生的热量为Q ＝I 2Rt ≈0.13 J. (4)线圈转过π2过程中的感应电流的平均值为I ＝ER ＝8πA. 所以在转动过程中流过线圈某横截面的电荷量为q ＝I t ＝0.04 C.。

2018_2019版高中物理第2章交变电流与发电机2.3探究电阻电感和电容的作用练习沪科版选修3_2

2.3 探究电阻、电感和电容的作用考点一对感抗的理解1．一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图1所示．一铁棒插进线圈后，该灯将()图1A．变亮B．变暗C．对灯的亮度没影响D．无法判断答案B 解析在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是阻碍电流变化，正是这种阻碍变化的特性，使线圈产生了感抗．加入铁心改变了电感线圈的自感系数，使自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡两端的电压减小，所以灯变暗．2．(多选)如图2所示，图甲、乙中电源为交流电源，图丙中电源为直流电源，各电路中线圈自感系数相同且直流电阻不计，各电压表示数相同，下列说法正确的是()图2A．灯L1比灯L2亮B．灯L3比灯L1亮C．灯L2与灯L3一样亮D．灯L1与灯L3一样亮答案BC 解析题图甲中电源电压U＝U1＋U L1，线圈对交流有阻碍作用，相当于串联了一个电阻，根据电阻的分压作用可知U1≠0，灯泡两端电压U L1<U；题图乙中线圈与灯泡并联，相当于灯泡与一个电阻并联，并联电路中各支路的电压相同，灯泡电压U L2＝U；题图丙中，线圈对直流电没有阻碍作用，线圈就像一根没有电阻的导线，灯泡电压U L3＝U，故U L1<U L2＝U L3，即L2与L3一样亮且都比L1亮，B、C正确，A、D错误．考点二对容抗的理解3．(多选)对交变电流通过电容器的理解正确的是()A．交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B．交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质C．交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器D．交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)答案CD 解析电流能“通过”电容器，并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质，而是交变电流交替对电容器充、放电，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器．4.在如图3所示电路中，u是有效值为220 V的交流电源，C是电容器，R是电阻．关于理想交流电压表的示数，下列说法正确的是()图3A．等于220 VB．大于220 VC．小于220 VD．等于零答案C 解析交变电流“通过”电容器，电阻R中有电流，电压表的示数不为零；电容器与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压，而电压表测量的是电阻两端的电压，故选项C正确．5．(多选)如图4所示，甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是()图4A．灯L1比灯L2亮B．灯L3也能发光，但亮度最暗C．灯L2和L4亮度相同D．灯L4比灯L1亮答案CD 解析电压表示数相同，说明交流电压的有效值相同．甲图中电容器与灯L1串联，电容器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯L2并联，电压表的示数为灯L2两端的电压；丙图中电容器与灯L3串联且是直流电源，电容器“隔直流，通交流”，所以没有电流流过灯L3，灯L3不亮；丁图中电容器与灯L4并联，电压表的示数为灯L4两端的电压．综合以上分析，C、D两项正确．考点三电阻、感抗、容抗的对比6．如图5所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮．当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是()图5A．与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈B．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器C．与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器D．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管答案B 解析由a、b接直流电流时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，元件x是电感线圈，元件y是电容器，选项B正确．7．如图6所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯L1变亮，灯L2变暗，灯L3不变，则M、N、L中所接元件可能是()图6A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器答案C解析8．(多选)如图7所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V、50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是()图7A．改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变B．改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮C．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变D．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗答案AC 解析增加交流电源的频率时，感抗增大，容抗减小，电阻的阻碍作用不变．故A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变，故A正确，B错误；改为直流电源时，电容器相当于断路，A灯熄灭，电感L无感抗，B灯更亮，电阻R阻碍作用不变，C灯亮度不变，故C正确，D错误．9．(多选)某一电学黑箱内可能有电容、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图8所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件)．为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图a、b、c所示，则下列判断中正确的是()图8A．AB间是电容器B．BC间是电感线圈C．CD间是电容器D．CD间是定值电阻答案ABD 解析根据a图可知，有瞬时充电电流，稳定后电路中无电流，说明AB间是电容器，充电完毕，电路为开路，故A正确．根据b图可知，阻碍电流的增大，但是最后稳定后电流恒定，符合电感线圈的特点，所以BC间是电感线圈，故B正确．根据c图，接通电路后，电流马上达到稳定值，说明CD间是定值电阻，故C错误，D正确．。

高中物理第二章交变电流与发电机2.3探究电阻、电感和电容的作用沪科32

而交变电流却能通过电容器,原因是什么呢?原来自由电荷实际上并没有通
过电容器的电介质,只不过在交变电压的作用下,当电源电压升高时,电容器
充电,电荷在电容器的极板上集聚,形成充电电流;当电源电压降低时,电容
器放电,电荷从电容器的极板上放出,形成放电电流。电容器交替进行充电
和放电,电路中就有了电流,表现为交变电流“通过”了电容器。
2π
解析:由 u=220 2sin 100πt V,可得电源原来的频率为
=
Hz=50 Hz。当电源频率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时,线圈的感抗增大;
在电压不变的情况下,电路中的电流减小,选项 A 错误。灯泡的电阻 R 是一
定的。电流减小时,实际消耗的电功率 P=I2R 减小,灯泡变暗,选项 C、D 错
何不同。
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三
一、电阻器对交变电流的作用
1.电阻:导体内有大量的自由电子,这是产生电流的必要条件,同时导体
2.容抗:电容器对交变电流的阻碍作用的大小称为容抗,单位是欧姆
(Ω)。
1
容抗公式:XC=
,式中电容的单位为法(F)。
2π
只有电容器的交流电路中欧姆定律表示为:I=

3.阻抗:电阻器的电阻、电感器的感抗和电容器的容抗统称为阻抗。
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高中物理第2章交变电流与发电机2.1怎样产生交变电流教师用书沪科版选修3-2

2.1 怎样产生交变电流学习目标知识脉络1.了解交流发电机的结构.2.知道交变电流的概念及产生原理.3.掌握交变电流的变化规律及两种表示方法.(重点)4.掌握交变电流的中性面，最大值、瞬时值及方向的变化.(难点)交变电流[先填空]1.定义大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流.2.正弦式交变电流当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈中产生的交变电流的电流和电压都按正弦函数规律变化，这种电流叫正弦式交变电流.[再判断]1.变化的电流都是交变电流.(×)2.恒定电流的大小方向都不变，所以它是直流电.(√)3.线圈只要在匀强磁场中匀速转动就能产生正弦式交变电流.(×)[后思考]1.如何区分直流电与交变电流？【提示】区分直流电和交变电流的唯一标准是看电流的方向是否随时间变化.不变的是直流电，变化的是交变电流.2.所有的交流电都是正弦交变电流吗？【提示】不是.只有按正弦规律变化的电流才是正弦交变电流.[合作探讨]如图211所示，图甲为小灯泡接到干电池上，图乙为小灯泡接到手摇模型发电机的输出端.甲乙图211探讨1：闭合开关，手摇发电机的手柄，两灯泡的发光情况有什么不同？这种现象能够说明什么？【提示】图甲小灯泡亮度不变，图乙小灯泡亮度不断变化，说明图乙中发电机的输出电流大小是变化的.探讨2：若把电流表接到图乙中发电机的输出端，观察电流表指针的摆动情况，其摆动情况能说明什么问题？【提示】电流表的指针随线圈的转动不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明发电机的输出电流的大小和方向是周期性变化的.[核心点击]1.电流分类：按电流的方向是否变化分直流和交流两种，方向不变的电流称为直流，方向变化的电流称为交流.2.直流分类：分为恒定电流和脉动直流，其中大小、方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流.3.交流分类：按交流电图像特点分正弦(或余弦)式交变电流、矩形波交变电流、锯形波交变电流等.1.(多选)如图所示图像中属于交流电的有( ) ( )A B C D【解析】D图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化.A、B、C图中的电流方向均发生了周期性变化.【答案】ABC2. (多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是 ( )A.如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流B.直流电的大小可以变化，但方向一定不变C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D.方向随时间变化的电流属于交变电流【解析】直流电的方向不发生变化，而大小可以改变，A错误，B正确.交变电流是指方向发生周期性变化的电流，可以是锯齿形、矩形波形、尖脉冲波形以及正弦波形等，这些都属于交变电流.C错误，D正确.【答案】BD3.(多选)对于如图212所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列说法中正确的是( )图212A.电流大小变化，方向不变，是直流电B.电流大小、方向都变化，是交流电C.电流最大值为0.2 A，周期为0.01 sD.电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电【解析】从题中可以看出，电流最大值为0.2 A，周期为0.01 s，电流大小变化，但方向不变，是直流电，不是交流电.【答案】AC交变电流与直流电的本质区别(1)交变电流的大小不一定变化，如方形波交变电流，其大小可以是不变的；直流电的大小不一定不变.(2)交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变.交流发电机[先填空]1.基本组成由产生感应电动势的线圈(电枢)和产生磁场的磁体组成.2.发电机的基本种类(1)旋转电枢式发电机：电枢旋转，磁极不动；提供500 V以下的电压.(2)旋转磁极式发电机：磁极旋转，电枢不动；提供几千到几万伏的电压，输出功率可达几十万千瓦.3.中性面线圈平面与磁感线垂直的位置，此位置磁通量最大，感应电动势为零.4.表达式若从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝E max sin ωt，E max是感应电动势的最大值.5.电能来源转子的机械能转化为发电机的电能.[再判断]1.线圈每转一周经过中性面两次.(√)2.当线圈经过中面性时，穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电流也最大.(×)3.发电机是把机械能转化为电能的装置.(√)[后思考]1.当正弦交变电流从不同位置开始计时时，交变电流的瞬时值的表达式一样吗？【提示】不一样.当从中性面开始计时时，交流电的电动势瞬时值表达式为e＝E m sin ωt；当从垂直于中性面的位置开始计时时，该时刻的电动势瞬时值为最大，瞬时值表达式为e＝E m cos ωt.2.发电机工作过程中能量是如何转化的？【提示】发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培力，安培力的作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电机把机械能转变成了电能.[合作探讨]如图213所示中，图甲中线圈平面恰好垂直于磁感线方向，图乙中线圈平面恰好平行于磁感线方向.甲乙图213探讨1：图甲中线圈此时的感应电流是多少？磁通量的变化率又是多大？若以此位置开始计时，请写出感应电流的表达式.【提示】感应电流为零，线圈磁通量的变化率也是零，感应电流表达式：i＝I m sin ωt.探讨2：图乙中线圈此时的磁通量是多少？磁通量的变化率有何特点？若以此位置开始计时，请写出感应电流的表达式.【提示】磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电流表达式：i＝I m cos ωt.[核心点击]1.过程分析如图214所示为线圈转动一周的过程中的几个关键位置.图甲、丙、戊所示的位置，线圈平面垂直于磁感线，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫中性面.图乙、丁所示的位置，线圈平面与磁场方向平行，ab、cd两边垂直切割磁感线，此时线圈的感应电流达到最大值.图214这五个位置的中间过程，各有变化的电流存在，从图中可以看到，当ab边向右、cd边向左运动时，感应电流是沿abcd方向流动的.当ab边向左、cd边向右运动时，感应电流是沿dcba方向流动的.由以上分析可知，线圈转动一周的过程中，感应电流的大小和方向都在变化，每转动一周重复这种变化一次，这样线圈所在的电路中就出现了大小和方向都做周期性变化的交变电流.2.中性面特点线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面.线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次.3.从中性面开始计时，交变电流的电动势、电流、路端电压的图像都是正弦曲线图2154.瞬时值表达式的推导(1)如图216为发电机线圈平面图，AB、CD边切割磁感线产生的感应电动势e＝2BLv sinθ.图216(2)若从中性面开始计时，则E m ＝2BLv ，θ＝ωt瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt . 5.从任意位置计时，瞬时值表达式e ＝E m sin(ωt ＋α)当α＝π2时，即从最大值位置开始计时.这时e ＝E m cos ωt .4.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是( ) A.线圈每经过中性面一次，感应电流方向改变一次，感应电动势方向不变 B.线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C.线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次D.线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都要改变一次【解析】线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次，转动一周方向改变两次，因此C 正确，A 、B 、D 错误.【答案】 C5.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图217甲所示，则下列说法中正确的是( )图217A.t ＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t ＝0.01 s 时刻，Φ的变化率最大C.t ＝0.02 s 时刻，感应电动势达到最大D.该线圈产生的相应感应电动势的图像如图217乙所示【解析】由题图甲可知t ＝0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面；t ＝0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A 项错误，B 项正确；t ＝0.02 s 时，感应电动势应为零，C 、D 项均错误.【答案】 B6.有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm ，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO ′轴以10π rad/s 的角速度匀速转动，如图218所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ，问：【导学号：72000063】图218(1)该线圈产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少. (2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式. (3)线圈从中性面位置开始，转过30°时，感应电动势的瞬时值是多大. 【解析】 (1)交变电流电动势的最大值为E m ＝2nBLv ＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V电流的最大值为I m ＝E mR≈6.28 A.(2)从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ≈6.28sin 10πt V.(3)线圈从中性面位置开始转过30°，感应电动势e ＝E m sin 30°≈3.14 V . 【答案】 (1)6.28 V 6.28 A (2)e ＝6.28sin 10πt V (3)3.14 V最大值与表达式1.感应电动势的最大值由线圈匝数n ，磁感应强度B ，转动角速度ω及线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转动轴的位置无关.2.书写感应电动势瞬时值表达式时一定要确定线圈的计时位置，e ＝E m sin ωt 表示形式仅限于自中性面开始计时的情况.当从垂直中性面开始计时时，表达式应为e ＝E m cos ωt .学业分层测评(七) (建议用时：45分钟)[学业达标]1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电.穿过线圈的磁通量Φ与感应电动势e的大小关系正确的是 ( )①Φ最大，e最大；②Φ最小，e最小；③Φ最大，e最小；④Φ最小，e最大.A.①②B.③④C.①④D.②③【解析】当磁通量Φ最大时，线圈平面垂直于磁感线，线圈不切割磁感线，e最小为零；当磁通量Φ最小时，线圈平面平行于磁感线，线圈垂直切割磁感线，e最大，故B 正确.【答案】 B2.(多选)下列各图中，哪些情况线圈中能产生交流电( )【解析】线圈转动过程中磁通量发生改变时，才能产生交流电，A项中磁通量不变，故A项不符合题意.【答案】BCD3.(多选)矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示.下列结论正确的是 ( )【导学号：72000064】图219A.在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势最大B.在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电动势改变方向C.电动势的最大值是157 VD.在t＝0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s【解析】在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，矩形线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，电动势为0，此时电动势改变方向.故A、B错误.由图像可知，周期为0.4 s，故角速度ω＝2πT＝5π，而最大电动势为E m ＝nBSω＝157 V ，C 正确.在t ＝0.4 s 时，磁通量为0，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s.故D 正确.【答案】 CD4.(2016·西北工大附中高二检测)如图2110甲所示，一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e 随时间t 的变化如图2110乙所示，下列说法中正确的是( )甲乙图2110A.t 1时刻通过线圈的磁通量为零B.t 2时刻线圈位于中性面C.t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当e 变化方向时，通过线圈的磁通量最大【解析】 t 1、t 3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A 、C 错误；t 2时刻感应电动势最大，线圈位于垂直于中性面的位置，穿过线圈的磁通量为零，B 错误；由于线圈每经过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e 变换方向，所以D 正确.【答案】 D5.(多选)如图2111所示，一正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动，沿着OO ′观察，线圈沿逆时针方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B .线圈匝数为n ，边长为l ，电阻为R ，转动的角速度为ω.则当线圈转至图示位置时( )【导学号：72000065】图2111A.线圈中感应电流的方向为abcdaB.穿过线圈的磁通量为0C.线圈中的感应电流为nBl 2ωRD.穿过线圈磁通量的变化率为0【解析】图示位置，线圈平面与磁场平行，所以穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，B 正确，D 错误；此时由右手定则可知电流方向为adcba ，A 错误；由峰值表达式E m ＝nBSω可知I m ＝nBl 2ωR，图示位置感应电流等于峰值，C 正确.【答案】 BC6.(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交变电动势e ＝2202sin(100πt )V ，则下列判断正确的是( )A.t ＝0时，线圈位于中性面位置B.t ＝0时，穿过线圈平面的磁通量最大C.t ＝0时，线圈的有效切割速度方向垂直磁感线D.t ＝0时，线圈中感应电动势达到峰值【解析】因按正弦规律变化，故t ＝0时线圈位于中性面，A 正确；t ＝0时，穿过线圈的磁通量最大，B 正确；t ＝0时，线圈的有效切割速度方向与磁感线平行，不产生感应电动势，故C 、D 错误.【答案】 AB7.如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO ′与磁感线垂直.已知匀强磁场的磁感应强度B ＝1T ，线圈所围面积S ＝0.1 m 2，转速12r/min.若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为( )图2112A.e ＝120πsin(120t )VB.e ＝24πsin(120t )VC.e ＝0.04πsin(0.4πt )VD.e ＝0.4πcos(2πt )V【解析】角速度ω＝2πn ＝2π×1260rad/s ＝0.4 πrad/s.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生感应电动势的最大值E m ＝BSω＝1×0.1×0.4πV＝0.04πV.则感应电动势瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ＝0.04πsin(0.4πt )V.故正确答案为C.【答案】 C8.(多选)(2016·邯郸高二检测)如图2113所示，形状或转轴位置不同、但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列正确的说法是 ( )【导学号：72000066】图2113A.感应电动势峰值相同B.感应电动势瞬时值不同C.感应电动势峰值、瞬时值都不同D.感应电动势峰值、瞬时值都相同【解析】当转动轴不是线圈对称轴时，只要转轴与磁场垂直，不论线圈形状如何，转轴位置如何，最大值均为E m＝NBSω，S、ω、B、N相同，所以E m相同，从中性面开始计时，瞬时值为正弦形式e＝E m sin ωt，可见瞬时值也相同，A、D对.【答案】AD[能力提升]9.如图2114所示，虚线上方空间有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，直角扇形导线框绕垂直于纸面的轴O以角速度ω匀速逆时针转动.设线框中感应电流的方向以逆时针为正，线框处于图示位置时为时间零点.那么，在选项中能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是( )图2114【解析】由图示位置计时，前14周期无电流，第2个14周期电流保持不变，第3个14周期无电流，第4个14周期电流反向且保持不变，故A 正确. 【答案】 A10.如图2115甲所示，A ，B 为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A 线圈中通有如图2115乙所示的电流i ，则( )【导学号：72000067】甲乙图2115①在t 1到t 2时间内A ，B 两线圈相吸 ②在t 2到t 3时间内A ，B 两线圈相斥 ③t 1时刻两线圈间作用力为零 ④t 2时刻两线圈的相互作用力最大 ( )A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④【解析】本题考查交变电流的变化规律和图像.由t 1到t 2时间内，穿过B 线圈的磁通量在减小，所以B 中产生的感应电流方向与A 中相同，即相吸；由t 2到t 3时间内，穿过B 线圈的磁通量在增大，B 中产生的感应电流方向与A 中相反，即相斥；t 1时刻A 中电流最大，B 中感应电流为零，t 2时刻A 中电流为零，而B 中感应电流最大，在t 1，t 2时刻两线圈的相互作用力都为零.故正确答案为A.【答案】 A11.某一交变电流如图2116所示.图2116(1)该图像表示线圈在何处开始计时？(2)线圈在哪些时刻处于与磁场方向垂直的位置？(3)t 1、t 2时刻线圈分别处于与磁场方向垂直的面夹角多大处？【解析】 (1)e t 图线为正弦函数图线，说明是从线圈位于中性面位置开始计时的，此时，穿过线圈的磁通量最大，而线圈内的感应电动势却为0.(2)当线圈处于与磁场方向垂直的位置(中性面)时，e ＝0，所以有0、t 3、t 6、t 8各时刻.(3)由图像知，e ＝E m sin ωt 式中E m ＝10 V.当t ＝t 1时，e ＝5 2 V ，有θ1＝ωt 1＝45 °；当t ＝t 2时，e ＝10 V ＝E m ，有θ2＝ωt 2＝90 °.【答案】 (1)中性面处开始计时 (2)0，t 3，t 6，t 8(3)45° 90°12.一台交流发电机，其线圈从中性面开始转动，产生的交流感应电动势的最大值为311 V ，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.(1)写出感应电动势的瞬时值表达式.(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流的瞬时值表达式.并求在t ＝1120s 时电流的瞬时值为多少？【解析】 (1)因交流发电机的线圈从中性面开始转动，所以该交变电流为正弦交流电.感应电动势的最大值E m ＝311 V ，角速度ω＝100π rad/s，所以感应电动势的瞬时值表达式是e ＝311sin (100πt ) V.(2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为I m ＝E m R ＝311100A ＝3.11 A 所以通过负载的电流的瞬时值表达式是i ＝3.11sin (100πt ) A当t ＝1120s 时，电流的瞬时值为 i ＝3.11sin(100π×1120) A≈1.56 A 【答案】 (1)e ＝311sin(100πt ) A(2)i＝3.11sin(100πt) A 1.56 A。

2019高中物理第二章交变电流与发电机2.1怎样产生交变电流课件沪科选修3_2

A.12Bl1l2ωsin ωt
B.12Bl1l2ωcos ωt
C.Bl1l2ωsin ωt
D.Bl1l2ωcos ωt
解析:公式 e=Emaxsin ωt 只适用于线圈平面从中性面开始计时的情况,
若 t=0 时线圈不在中性面,上述式子就不适用了,题中所给的初始时刻线圈
平面与磁感线平行,即与中性面垂直,此时 e=Emaxsin(ωt+π2)=Emaxcos
解析:(1)因为电动势的最大值 Emax=311 V,角速度 ω=100π rad/s,
所以电动势的瞬时值表达式是 e=311sin 100πt V。
(2)根据欧姆定律,电路中电流的最大值为 Imax=��m��ax
=
311 100
A=3.11 A,所
以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是 i=3.11sin 100πt A。
电压的瞬时值 u=Umaxsin ωt。
探究一
探究二
例题 2
如图所示,线圈 abcd 的面积是 0.05 m2,共 100 匝;线圈电阻为 1 Ω ,外接电阻 R=9 Ω ,匀强磁场的磁感应强度为 B=1π T,当线圈以 300 r/min 的转速匀速旋转时,求:
(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表
一二三四
4.感应电动势瞬时值表达式:e=Emaxsin ωt。 Em 是感应电动势的最大值。
一二三四
做一做
(2014·陕西高二检测)如图所示为一矩形线圈 abcd,已知 ab 边长为 l1,bc 边长为 l2,在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕 OO'轴以角速度 ω 从图示位置开始匀速转动,则 t 时刻线圈中的感应电动势为( )

高中物理第2章交变电流与发电机3探究电阻、电感和电容的作用沪教32沪教高二32物理

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2．决定容抗的两个因素交变电流的频率越高，电容器充电时集聚的电荷相对较少，对电荷运动的阻碍作用越小，容抗也越小．同理，电容器的电容越大，容纳电荷的本领越大，充放电时所受的阻碍越小，容抗也就越小，所以电容有“通交流，隔直流，通高频，阻低频”的作用．
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A．甲扬声器是高音扬声器 B．C2 的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器 C．L1 的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器 D．L2 的作用是减弱乙扬声器中的低频电流
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解析：选 BD．甲扬声器中，L1 串联在电路中，对高频电流的阻碍作用很大，对低频电流阻碍作用较小；C1 并联在电路中，对高频电流的阻碍作用小，可以给高频电流提供通路，使低频电流通过扬声器传出，所以甲为低频扬声器．乙扬声器中，C2 串联在电路中，对低频电流的阻碍作用很大，对高频电流阻碍作用很小；L2 并联在电路中，对低频电流的阻碍作用小，可以给低频电流提供通路，使高频电流通过扬声器传出，所以乙为高频扬声器，故答案为 B、D．
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[解析] 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁心时感抗更大，故铁心抽出时灯变亮． [答案] AC
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(1)电感对直流电的阻碍是线圈的电阻，若电阻不计，则无阻碍． (2)线圈对交变电流的感抗大小要从线圈本身的自感系数和交变电流的频率上来分析，对自感系数而言，有铁心时的自感系数比没有铁心时要大得多．
第2章交变(jiāo biàn)电流与发电机