张甸中学高三物理一轮复习 2007123

张甸中学高三物理一轮复习 2007.12.3

课题10.1 描述交变电流的物理量

预习作业

一、交变电流的产生和变化规律

1、交变电流： 和 都随时间做 的交流电叫做交变电流．电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦式电流．

2、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都 磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做 ．线圈平面每经过 一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变 ．

3、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em m ，那么在任一时刻t 感应电动势的瞬时值e 为 ．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值i 为 ．

5、交流发电机有两种，即 和 ．其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 ．

二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率

(1)周期T ；交变电流完成______________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s) (2)频率f ：交变电流在 内完成周期性变化的 ，单位是赫兹(HZ)． (3)周期和频率的关系： T= 或f= 2．峰值和有效值

(1)峰值：交变电流的峰值Im 或Um 是它能达到的 .

(2)有效值：让交流与恒定电流通过 的电阻，如果它们在一个周期内产生的 __________相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交变电流的有效值．交流电的有效值是根据电流的 效应来规定的．通常所说的交流电的数值，如果没有特别说明，一般都是指交流电的 值．

(3)正弦交变电流的有效值与峰值之间的关系: I=

2

Im U=

2

Um

3、我国工农业生产和生活用的交流电．频率是 Hz ，周期是 s ，电流方向每秒钟改变 次．

基础自测

1．下图中不属于交变电流的是 ( )

2．一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4πrad ／s 匀速转动，产生的交变电动势的图象如图所示，则 ( )

A ．交变电流的频率是4πHz

B ．当t=0时，线圈平面与磁感线垂直

C ．当t=0．5 s 时，e 有最大值

D ．交流电的周期是0．5 s 3．阻值为10Ω的电阻接到电压波形如图所示的交流电源上．以下说法中正确的是 ( )

A. 电压的有效值为10V

B ．通过电阻的电流有效值为 A

C 电阻消耗电功率为5W

D ．电阻每秒钟产生的热量为10J

4．交流发电机在工作时电动势为e ＝Emsin ωt ，若将电机的转速提 高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为 ( )

5.一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V ，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s ，试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2K Ω,电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。

6．如图所示，线圈abcd 的面积是0．05m 2

，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻R=9Ω，匀强磁场的磁感应强度B=

1

T ，当线圈以300r ／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达式； (2)线圈转过

30

1

s 时电动势的瞬时值多大? (3)电路中电压表和电流表的示数各是多少？

2

2

重点难点

一、交变电流的变化规律

如图14—2所示，当线圈匀速转动到图14—3中的(1)位置时，穿过线圈的磁通量最大，但此时，ab 和cd 边均未切割磁感线，此时，线圈的磁通量的变化率为零，线圈中无感应电动势，这个位置叫中性面。

当线圈转到图14—3中的(3)位置时，线圈平面与磁感线平行，磁通量为零，但此时ab 和cd 边正垂直切割磁感线，此时，线圈的磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大，为E m ＝NBS ω 当线圈转到图14—3中(2)位置时，有效切割速度v1=vsin ωt ，所以此时感应电动势为：e ＝NBS ωsin ωt 。 【例1】 某矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生所产生的感应电动势的变化规律为e ＝E m sin ωt ，保持其它条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时所产生的感应电动势的变化规律将变为下述的：（ ）

A ． e= 2Emsin2ωt

B ．e= 2Emsin ωt

C ．e= 4Emsin2ωt

D ．e= 4Emsin ωt 二、描述交变电流的物理量

1、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：e=E m sin ωt ，i=I m sin ωt.应当注意必须从中性面开始。

生活中用的市电电压为220V ，其最大值为2202V=311V （有时写为310V ），频率为50H Z ，所以其电压瞬时值的表达式为u =311sin314t V 。

【例2】有一正弦交流电源，电压有效值U=120V ，频率为f=50Hz 向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U 0=602V ，试估算在一个小

时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？

2、峰值：也叫最大值，它是瞬时值的最大值，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，ωNBS E m =（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。

【例3】把一电容器C 接在220V 的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C 的耐压值是多少？

变式训练1 矩形线圈abcd 的边长ab=cd =40cm,bc =da =30cm,共有200匝，以300r/min 的转速在磁感强度为0.2T 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴

OO ′匀速转动,在t =0时刻处于图所示位置.此线圈产生的感应电动势最大值E m = Ｖ，有效值为E ＝____Ｖ，再转过 °出现第一次中性面。