导学1高中物理教科选修3课件:第二章 交变电流 8
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2018-2019学年人教版选修3-2交变电流课件(34张)
练
1、当线圈平面垂直于磁感线时,线圈各边都不切割磁
习
感线,线圈中没有感应电流,这样的位置叫
应
做 中性面 .线圈平面每经过中性面一次,感应电流方 用
向就改变一次,因此线圈转动一周,感应电流方向改
变 两次 .
2、交变电流:大小 和 方向 都随时间做 周期性变化 的电流叫做交变电流
3.一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2000Ω,电路中电流的峰值是多 少?写出电流瞬时值的表达式。
教 学 设 计
师生合作 探索规律
加强总结
练习应用
引
复习法拉第电磁感应定律。
入 新
课
E=nBLV
并讨论以下四个物理结构,哪个会产生感应电流? 以及感应电流方向?
设计意图:复习基本知识,基本技能。并通过一个小题, 为后面教学进行知识准备。
交
流
利用示波器展示:
电 的
1、从学生电源得到的直流电
概 念
2、从墙面插座孔中获得交流电的波形
的
产 生
其次,利用单匝的铁丝框边模拟,引导学
生分析线圈转动一周中电动势和电流的变
化。
设计意图:
先让学生从感 性上认识交流 电的产生过程 以便向理性推 倒过度。
交 流 电 的 产 生
引导学生画出实物图的示意图
设计意图:方便学生分析,为后面教学打好基础。
学生分组讨论以下问题:
交 流
电
1.线圈转动过程中那条边切割磁感线?
时点评。
教师借助 多种方法 、采取多 种形式对 预设问题 或当堂生 成的知识 问题适度 进行点拨 、拓展与 迁移,帮 助学生理 清知识脉
教科版高中物理选修3-2:《交变电流》课件2-新版
图2-1-1
三、正弦交变电流的变化规律 1.函数特点 瞬时电动势:e= Emsinω t , 瞬时电压:u= Umsinω t , 瞬时电流:i= Imsinω t 式中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流的 最大值. 2.图像特点(图2-1-2)
图2-1-2
一、正弦交流电瞬时值的导出过程 1.中性面:垂直于磁感线的平面.
1 交变电流
1.了解交变电流的概念,知道交变电流是生活中常用的 电流.
2.掌握交变电流的产生过程.(重点) 3.理解交变电流的特点和规律,并应用其解决相关问 题.(重点+难点)
一、直流电与交流电 1.直流电:大小和方向不随 时间变化 的电压和电流,称为
恒定电流,简称直流电. 2.交流电:大小和方向随时间作 周期性变化 的电流,称为
e=Emcos ωt,代入数值得 e=314cos(100πt )V
当 t=T6时,e=314cosπ3 V=157 V.
答案 (1)314sin(100πt) V
(2)200 V
(3)157 V
借题发挥 求解交变电流瞬时值时可分三步: (1)确立线圈从哪个位置开始计时,进而确立表达式是正弦还 是余弦形式;
s时,
Φ最大,故e=0,C错;因Φ-t图像为余弦图像,பைடு நூலகம்e-t图像为
正弦图像,D错.
答案 B
单击此处进入 活页规范训练
答案 AD
正弦交流电瞬时值计算
1.交流发电机在工作时电动势为 e=Emsin ω t,若将发电机 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( ).
A.e′=Emsinω2 t
B.e′=2Emsinω2 t
C.e′=Emsin 2ω t
三、正弦交变电流的变化规律 1.函数特点 瞬时电动势:e= Emsinω t , 瞬时电压:u= Umsinω t , 瞬时电流:i= Imsinω t 式中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流的 最大值. 2.图像特点(图2-1-2)
图2-1-2
一、正弦交流电瞬时值的导出过程 1.中性面:垂直于磁感线的平面.
1 交变电流
1.了解交变电流的概念,知道交变电流是生活中常用的 电流.
2.掌握交变电流的产生过程.(重点) 3.理解交变电流的特点和规律,并应用其解决相关问 题.(重点+难点)
一、直流电与交流电 1.直流电:大小和方向不随 时间变化 的电压和电流,称为
恒定电流,简称直流电. 2.交流电:大小和方向随时间作 周期性变化 的电流,称为
e=Emcos ωt,代入数值得 e=314cos(100πt )V
当 t=T6时,e=314cosπ3 V=157 V.
答案 (1)314sin(100πt) V
(2)200 V
(3)157 V
借题发挥 求解交变电流瞬时值时可分三步: (1)确立线圈从哪个位置开始计时,进而确立表达式是正弦还 是余弦形式;
s时,
Φ最大,故e=0,C错;因Φ-t图像为余弦图像,பைடு நூலகம்e-t图像为
正弦图像,D错.
答案 B
单击此处进入 活页规范训练
答案 AD
正弦交流电瞬时值计算
1.交流发电机在工作时电动势为 e=Emsin ω t,若将发电机 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( ).
A.e′=Emsinω2 t
B.e′=2Emsinω2 t
C.e′=Emsin 2ω t
高中物理新课标版人教版选修3-2精品课件:5.1《交变电流》PPT课件(共47页)
5、交流发电机有两种, 旋转磁极式
即 旋转电枢式 、
.其
转子中转动的部分叫 定子,不动的部
分叫 水.轮发机电机转蒸子汽是轮机
由
、
或其它动
力机带动
6、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的变化如图所示,下面说法中正确的是 C
A.t1时刻通过线圈的磁通量为零
(2)大小变化规律----按正弦规律变化:(能画出瞬时线速度分 解图) e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值(峰值)
i=Imsinωt Im=Em/R+r 叫电流的最大值(峰值)
u=Umsinωt Um=ImR 叫电压的最大值(峰值)
电流通过R时: u iR,Um ImR.
三、课堂练习
2、交流电的产生:矩形线圈在匀 强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋
转时,线圈中就产生 正弦交流电 .
3、当线圈平面垂直于磁感线时,
线圈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
做
.线圈平面每经过中性面
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
两变次
.
4、线圈从中性面开始转动,角速度是ω,
.. . E平均 = 2NBS ω/π
练习
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2000Ω,电路中电流的峰值是多少?写出电流瞬时值的表 达式。
解: 电动势瞬时值的表达式为:
又v L2
2
5,1交变电流(课件)-高中物理课件(人教版选修3-2)
具 有
3.感应电动势: E=0
的 特
4.磁通量的变化率: ∆Φ/∆t= 0
点 5.感应电流: I=0
将立体图转化 为平面正视图
v
v
我们称为与中性面垂
直的面(峰值面)
1.线圈平面与磁场平行(B//S),速度方向与磁场方向垂
此 时
直(B⊥v)
线 圈
2.磁通量:
Φ=0
具 有
3.感应电动势:
E=BLv 最大
交变电流的变化规律:
以线圈经过中性面开始计时(AB和CD边切割磁感线 ),在时刻t线圈中的感应电动势
匝数 e=BSω sin ωt 面积 若为N匝线圈 e = NBSω sin ωt
令 Em = NBSω 则 e = Em sin ωt
e :为电动势在时刻t的瞬时值 Em :为电动势可能达到的最大值——峰值
2.感应电流方向DCBA
3.转过180度
C D
B A
v∥B,没有边切割磁感线。 特点:B⊥S,φ最大
没有切割,E=0,I=0
B⊥S,φ最大
D(C)
B
A(B)
此时位置称之为--中性面 B⊥S,φ最大,E=0
4.转过270度
C D
B A
B∥S,φ=0
D(C)
A(B)
B
a(b)、d(c)边垂直切割磁感应线, E最大,I最大 特点:1.B∥S,φ=0,E最大,I最大, 2.感应电流方向ABCD
电刷
【演示1】
观察小灯泡的发光情况
“亮”、“闪” 亮: 说明有电流通过灯泡 闪: 通过灯泡电流大小是变化
线框中产生的感应电流强度大小是变化的
【演示2】
G
观察二极管的发光情况
教科版高中物理选修3-2《交变电流》优质课件
第二章 1
第 7页
教材要点突破 题型分类指导 课堂效果自测
课后巩固训练
1.如图所示图象中属于交流电的有(
)
答案:ABC
第二章 1
第 8页
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课后巩固训练
解析:选项A、B、C中电流的方向和大小均发生周期性变 化,故它们属于交变电流,但不是正弦式交变电流;选项 D中 电流的方向不发生变化,故是直流电。
第二章 1
第20页
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课后巩固训练
2.如图所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个实 验,说法正确的是( )
第二章 1
第21页
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A.线圈每转动一周,指针左右摆动两次 B.图示位置为中性面,线圈中无感应电流 C.图示位置ab边的感应电流方向为a→b D.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零
答案:C
第二章 1
第22页
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解析:线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性 变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转 动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右摆 动一次。线圈处于题图位置时,ab边向右运动,由右手定则, ab边的感应电流方向为a→b;线圈平面与磁场方向平行时, ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这 样认为,线圈处于竖直位置时,磁通量为零,但磁通量的变化 率最大,只有C正确。
课后巩固训练
第二章 1
第11页
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2.正弦交变电流的函数表达式及图象 (1)特点:按 正弦规律 (2)函数和图象: 变化。
高中物理第二章1交变电流课件教科选修32教科高中选修32物理课件
第八页,共二十一页。
探究
(tànjiū)
一
探究
(tànjiū)
二
探究
(tànjiū)
三
对正弦交变电流图像的理解
正弦交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来,图像描述的是
交变电流和感应电动势随时间变化的规律,它们是正弦曲线,如图所示.
从图像中可以解读到以下信息:
(1)交变电流的最大值Im、Em、周期T.
特点然后就可判断线圈所处的位置,最后即可判断这四个时刻Φ的特点.
解析:由题图可知,t1和t3时刻,i最大,所以这两个时刻磁通量的变化率最大,线
圈处于垂直中性(zhōngxìng)面的位置,穿过线圈的磁通量为0.t2和
Δ
t4 两时刻 i=0,即 Δ = 0, 线圈处于中性面位置,此时穿过线圈的磁通
量变化率的变化规律,进而确定电流的变化规律.
解析:在 0~ 内,ab 一侧的线框在磁场中绕 OO'转动产生正弦交流
4
4
2
电,电流方向由楞次定律判断为 dcba 且越来越大. ~ 内,ab 一侧
线框在磁场外,而dc一侧线框又进入磁场产生交流电,电流方向为dcba且越
来越小,以此类推,可知i-t图像正确(zhèngquè)的为B.
量最大.
答案:BC
反思正弦交变电流产生过程中,熟练掌握线圈处于(chǔyú)中性面和垂直于中
性面时相关量的特点是解决这类问题的关键.
第十五页,共二十一页。
【例题(lìtí)2】 如图甲所示,虚线OO'的左边存在着方向垂直于纸面向里的匀
强磁场,右边没有磁场.单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与磁场右边界重合,线
(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零,磁通量最大,所以可确定
人教版新课程高中物理选修3-2《交变电流》(全章)精品课件
感应电动 势最大
感应电动 势为零
例与练
4、一台交流发电机产生正弦式交变电流,如果 发电机线圈在转动过程中产生的感应电动势最大 值为400V,线圈转动的角速度为314rad/s,从 图示位置开始计时,写出电动势的瞬时值表达式。 如果这个发电机线圈电阻为20Ω,与发电机连接 的外电路只有一个阻值为180Ω的电阻,写出电 路中电流的瞬时值表达式。
线圈与中性 面垂直
例与练
2、如图所示,从开始计时后,线圈第一次转到 0.04s 中性面的时刻为______末,此时穿过线圈的磁通 最大 量______(填“最大”或“零”),线圈中感应 零 的电动势______(填“最大”或“零”),在 0.02s末时刻,线圈在磁场中的位置是 与中性面垂直 _____________。
开始计时
i I m sin(t )
最大值 线圈在磁场中转 动的角速度
例与练 1、如图所示,一线圈在匀强磁场中匀速转动,经 过图示位置时( ) A、穿过线圈的磁通量最大,线圈中感应电流最大 B、穿过线圈的磁通量最大,线圈中感应电流最小 C、穿过线圈的磁通量最小,线圈中感应电流最大 D、穿过线圈的磁通量最小,线圈中感应电流最小
U
Um 2
220V
U I 0.5 A R
交流电压表和 电流表的读数 为有效值。
例与练 10、如图所示,线圈的电阻共1.25Ω,在匀强磁 场中绕00′轴以某一角速度匀速转动时,恰好使 标有“1.5V 3.0W”的小灯泡L正常发光,求: (1)线圈中感应电流的最大值。 (2)线圈产生的感应电动势的最大值。
5、闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴 匀速转动,线圈中产生的交变电动势的瞬时值表 达式为e=311sin(314t)V。则此交流电的峰值 为 311V ,有效值为 220V ,周期 为 0.02s ,频率为 50Hz 。
新人教版高中物理选修3-2课件 交变电流
2.交变电流的产生 (1)产生条件:在匀强磁场中,矩形线圈绕 垂直于磁场 方 向的轴匀速转动。 (2)过程分析(如图所示):
(3)中性面:线圈在磁场中转动的过程中,线圈平面与磁 场 垂直 时所在的平面。
[说明] 中性面、中性面的垂面位置的特性及转动过程中
各量的变化
中性面 中性面的垂面 远离中性面 靠近中性面
(4) ab 边产生的感应电动势: eab=BLab vsin θ=BS2ωsin ωt。 (5)整个线圈产生的感应电动势: e=2e ab=BSωsin ωt,若线圈为 N 匝,e=NBSωsin ωt。 (6)若线圈给外电阻 R 供电,设线圈本身电阻为 r,由闭合 电路欧姆定律得 i=R+e r=RE+mrsin ωt,即 im=Imsin ωt,R 两端的电压可记为 um=Umsin ωt。
②[判一判] 1.在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程 中,某些特殊时段,可能感应电动势和磁通量同时变大(× ) 2.表达式为 e=Emsin ωt 的交变电流为正弦式交变电流, 表达式为 e=Emcos ωt 的交变电流也是正弦式交变电流(√ ) 3.线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交 变电流,峰值越大,则瞬时值也越大( × ) 4.交变电流的图象均为正弦函数图象或余弦函数图象 (×)
线圈平面与 线圈平面与
位 线圈平面与 线圈平面与磁
磁场间夹角 磁场间夹角
置 磁场垂直 场平行
变小
变大
续表
中性面 远离中性 靠近中性中性面的垂面 面 Nhomakorabea面
磁通量
最大
零
减小
增大
磁通量变化率 零
最大 增大
减小
感应电动势
零
最大 增大
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解析 输电线路如图所示
(1)发电机输出的电压为 400 V,经升压变压器后电压为 U=51×400 V=2×103 V,由 P=
UI 得输电线上的电流 I=UP =420××110033 A=20 A,输电线上损失的功率 ΔP=I2R=202×5 W
=2×103 W.
(2)输电线上的电压损失 ΔU=IR=20×5 V=100 V
1.交流电的周期(T) 一个完整的正弦波对应的时间段,知道了周期便可以算出线圈转动的角速度 ω=2Tπ.
2.交流电的最大值(Em、Im)
图像上的峰值,知道了最大值,便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值.
3.任意时刻交流电的瞬时值 图像上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值.
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在题图所示位置时,电流有最大值,则电流的瞬时值表达式为 i=Imcos ωt,代入数值得 i
=47.1cos(100πt)A
(3)电流的有效值为 I= Im ≈33.3 A 2
路端电压的有效值为 U=IR≈160 V
即电压表的示数为 160 V,电流表的示数为 33.3 A.
(4)电动势的有效值为 E=Em≈166.5 V 则发电机的功率为 P=IE≈5 544 W 2
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当 t=0.01 s 时,交变电压及电流方向发生改变,电压值最小等 于零,线框平面与中性面重合,选项 B 正确. 答案 B
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学案8
2.(变压器电路的动态分析问题)如图 5 所示,是通过街头变压器降压给用户供电的示意图.
输入电压 是市区电网的电压 ,负载变化时输入电 压不会有大的波动 .输出电压 通过输电线
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学案8
例 4 发电机输出功率为 40 kW,输出电压 400 V,用变压比(原、副线圈匝数比)为 1∶5 的变压器升压后向远处供电,输电线的总电阻为 5 Ω,到达用户后再用变压器降为 220 V,求: (1)输电线上损失的电功率是多少? (2)降压变压器的变压比是多少?
B.电流表 的示数减小
C.电流表 的示数减小
图5
D.电压表 、 的示数之差增大
由于输电导线与负载串联,随着负载阻值的减小电流增大,输电导线上的电压 U0=2I2R0 增 大,所以负载两端的电压 U 载=U2-U0 减小,即电压表 的示数减小,A 正确;电压表 与 电压表 的示数之差为输电线上的电压,即 U0 变大,D 正确.
(5)平均电动势为
E
=nΔΔΦt =
BS- n π/2
0=n2Blπ1l2ω=
150
V
通过线圈截面的电荷量
q=
I
Δtω=
E R+
rΔt=
nRΔ+Φr=
nRB+ l1l2r=0.15
C
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二、交变电流图像的应用
交流电的图像反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征,对正弦式交流电来说,我们可以 从图像中获取如下信息:
由变压器的变压原理U1=n1可得,电压表 U2 n2
的示数 U2 保持不变,当负载增加时,意味着并
联了更多的用电器,即负载的总阻值减小,而 I2=2R0U+2 R载,所以副线圈中的电流增大,即
电流表 的示数增大,根据变压器的功率原理 P 出=P 入即 U2I2=U1I1 可知,由于输出功率增 大,输入电流 I1 增大,B、C 错误;
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学案8
4.(远距离输电线路的分析与计算)一交流发电机输出端的电压为 220 V,输出功率为 4 400 W.若用 2 Ω 的输电导线给用户送电. (1)如果用 220 V 的电压直接输送,用户得到的电压和电功率 各是多少?输电效率是多少? (2)如果先用匝数比为 1∶10 的变压器将电压升高,经过同样 的输电线后,再用匝数比为 10∶1 的变压器将电压降低供给用 户,用户得到的电压和电功率各是多少?输电效率又是多少?
加在降压变压器原线圈两端的电压 U1=U-ΔU=2×103 V-100 V=1.9×103 V,降压变
压器副线圈两端的电压 (用户所需的电压 )U2=220
V,
故
降压变
压器的变
压比n1 n2
=
U1 U2
=
答案
1.9×103 220 V
V=9115.
(1)2×103 W (2)95∶11
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(1)求产生感应电动势的最大值.
(2)若从图示位置开始计时,写出感应电流随时间变化的函数表达式.
(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少? (4)此发电机的功率为多少?
图1
(5)从图示位置起,转过 90°过程中,平均电动势为多少?通过线圈截面的电荷量为多少?
解析 (1)设 ab=l1,bc=l2,则交流电动势的最大值 Em=nBl1l2ω≈235.5 V (2)根据闭合电路欧姆定律,电流的最大值 Im=RE+mr=47.1 A
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例 2 如图 2 所示是某正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的
( BC )
图2
× A.周期是 0.01 s √ B.最大值是 311 V √ C.有效值是 220 V
× D.表达式为 m=220sin πt(V)
正弦交流电,有效值 U=Um=220 V 2
表达式为 u=311sin 100πt(V)
(4)交流电压表的示数;
(5)线圈转动一周外力所做的功;
(6)从图
示位置起,1周期内通过 6
R
的电荷量为多少?
图6
3.14
(4)电压表示数为外电路电压的有效值 U=R+E r·R=4+21×4 V≈1.78 V (5)线圈转动一周外力所做的功等于电流产生的热量 W=Q=(Em2)2·R+1 r·T≈0.99 J
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2.(变压器电路的动态分析问题)如图 5 所示,是通过街头变压器降压给用户供电的示意图.
输入电压 是市区电网的电压 ,负载变化时输入电 压不会有大的波动 .输出电压 通过输电线
输送给用户,每条输电线总电阻用 R0 表示.当负载增加时,则
(AD )
A.电压表 的示数减小
V1的示 数不变 开关S闭合
V2的示 数不变
I2增大
I1增大
R负减小
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P出析与计算 解决远距离输电问题要注意以下两点: 1.首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降
压变压器、负载等,在图中标出相应物理量符号,利用输电 电流 I=P/U,输电线上损失电压 ΔU=IR 线,输电线损失功率 ΔP=I2R 线=UP 2R 线及其相关知识解答. 2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间 的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变 压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电 压关系和功率关系.
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=Emsin 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
=NΔΔΦt 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=NΔRΦ.
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学案8
例 1 如图 1 所示,交流发电机的矩形线圈 abcd 中,ab=cd=50 cm,bc=ad=30 cm,匝数 n=100 匝,
线圈电阻 r=0.2 Ω,外电阻 R=4.8 Ω.线圈在磁感应强度 B=0.05 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴
OO′匀速转动,角速度 ω=100π rad/s.
(6)16周期内通过 R 的电荷量 Q= I ·T6=R+E r·T6=nBT6SRsi+n 6r0°·T6=nBSRs+inr60°≈0.086 6 C. 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
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三、变压器电路的动态问题分析
动态分析该类问题的思路可表示为:
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学案8
例 3 用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,如图 3 所示.开始时开关 S 是断开的.现将开关 S 闭合,则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( B ) A.V1、V2 的示数不变,A1 的示数增大,A2 的示数减小,P 入增大 B.V1、V2 的示数不变,A1、A2 的示数增大,P 入增大 C.V1、V2 的示数不变,A1、A2 的示数减小,P 入减小 D.V1 的示数不变,V2 的示数增大,A1 的示数减小,A2 的示数增大,P 入减小 图3
输送给用户,每条输电线总电阻用 R0 表示.当负载增加时,则
()
A.电压表 的示数减小
B.电流表 的示数减小
C.电流表 的示数减小
图5
D.电压表 、 的示数之差增大
解析 本题考查欧姆定律和变压器的原理,意在考查学生对欧姆定律和变压器原理的理 解.输入电压是市区电网的电压,不随负载的增加而变化,变压器原、副线圈的匝数不变,
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解析 由题图乙可知该正弦交变电流的电动势最大值为 311 V, 周期等于 0.02 s,根据正弦交变电流的最大值与有效值之间的关 系 E=Em得知选项 C 错误;
2
又 f=T1,则频率为 f=50 Hz,选项 D 错误; 当 t=0.005 s 时,e=NΔΔΦt =311 V,取得最大值,穿过线圈的磁 通量变化率最大,选项 A 错误;
(1)发电机输出的电压为 400 V,经升压变压器后电压为 U=51×400 V=2×103 V,由 P=
UI 得输电线上的电流 I=UP =420××110033 A=20 A,输电线上损失的功率 ΔP=I2R=202×5 W
=2×103 W.
(2)输电线上的电压损失 ΔU=IR=20×5 V=100 V
1.交流电的周期(T) 一个完整的正弦波对应的时间段,知道了周期便可以算出线圈转动的角速度 ω=2Tπ.
2.交流电的最大值(Em、Im)
图像上的峰值,知道了最大值,便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值.
3.任意时刻交流电的瞬时值 图像上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值.
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在题图所示位置时,电流有最大值,则电流的瞬时值表达式为 i=Imcos ωt,代入数值得 i
=47.1cos(100πt)A
(3)电流的有效值为 I= Im ≈33.3 A 2
路端电压的有效值为 U=IR≈160 V
即电压表的示数为 160 V,电流表的示数为 33.3 A.
(4)电动势的有效值为 E=Em≈166.5 V 则发电机的功率为 P=IE≈5 544 W 2
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当 t=0.01 s 时,交变电压及电流方向发生改变,电压值最小等 于零,线框平面与中性面重合,选项 B 正确. 答案 B
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2.(变压器电路的动态分析问题)如图 5 所示,是通过街头变压器降压给用户供电的示意图.
输入电压 是市区电网的电压 ,负载变化时输入电 压不会有大的波动 .输出电压 通过输电线
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例 4 发电机输出功率为 40 kW,输出电压 400 V,用变压比(原、副线圈匝数比)为 1∶5 的变压器升压后向远处供电,输电线的总电阻为 5 Ω,到达用户后再用变压器降为 220 V,求: (1)输电线上损失的电功率是多少? (2)降压变压器的变压比是多少?
B.电流表 的示数减小
C.电流表 的示数减小
图5
D.电压表 、 的示数之差增大
由于输电导线与负载串联,随着负载阻值的减小电流增大,输电导线上的电压 U0=2I2R0 增 大,所以负载两端的电压 U 载=U2-U0 减小,即电压表 的示数减小,A 正确;电压表 与 电压表 的示数之差为输电线上的电压,即 U0 变大,D 正确.
(5)平均电动势为
E
=nΔΔΦt =
BS- n π/2
0=n2Blπ1l2ω=
150
V
通过线圈截面的电荷量
q=
I
Δtω=
E R+
rΔt=
nRΔ+Φr=
nRB+ l1l2r=0.15
C
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二、交变电流图像的应用
交流电的图像反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征,对正弦式交流电来说,我们可以 从图像中获取如下信息:
由变压器的变压原理U1=n1可得,电压表 U2 n2
的示数 U2 保持不变,当负载增加时,意味着并
联了更多的用电器,即负载的总阻值减小,而 I2=2R0U+2 R载,所以副线圈中的电流增大,即
电流表 的示数增大,根据变压器的功率原理 P 出=P 入即 U2I2=U1I1 可知,由于输出功率增 大,输入电流 I1 增大,B、C 错误;
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4.(远距离输电线路的分析与计算)一交流发电机输出端的电压为 220 V,输出功率为 4 400 W.若用 2 Ω 的输电导线给用户送电. (1)如果用 220 V 的电压直接输送,用户得到的电压和电功率 各是多少?输电效率是多少? (2)如果先用匝数比为 1∶10 的变压器将电压升高,经过同样 的输电线后,再用匝数比为 10∶1 的变压器将电压降低供给用 户,用户得到的电压和电功率各是多少?输电效率又是多少?
加在降压变压器原线圈两端的电压 U1=U-ΔU=2×103 V-100 V=1.9×103 V,降压变
压器副线圈两端的电压 (用户所需的电压 )U2=220
V,
故
降压变
压器的变
压比n1 n2
=
U1 U2
=
答案
1.9×103 220 V
V=9115.
(1)2×103 W (2)95∶11
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(1)求产生感应电动势的最大值.
(2)若从图示位置开始计时,写出感应电流随时间变化的函数表达式.
(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少? (4)此发电机的功率为多少?
图1
(5)从图示位置起,转过 90°过程中,平均电动势为多少?通过线圈截面的电荷量为多少?
解析 (1)设 ab=l1,bc=l2,则交流电动势的最大值 Em=nBl1l2ω≈235.5 V (2)根据闭合电路欧姆定律,电流的最大值 Im=RE+mr=47.1 A
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例 2 如图 2 所示是某正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的
( BC )
图2
× A.周期是 0.01 s √ B.最大值是 311 V √ C.有效值是 220 V
× D.表达式为 m=220sin πt(V)
正弦交流电,有效值 U=Um=220 V 2
表达式为 u=311sin 100πt(V)
(4)交流电压表的示数;
(5)线圈转动一周外力所做的功;
(6)从图
示位置起,1周期内通过 6
R
的电荷量为多少?
图6
3.14
(4)电压表示数为外电路电压的有效值 U=R+E r·R=4+21×4 V≈1.78 V (5)线圈转动一周外力所做的功等于电流产生的热量 W=Q=(Em2)2·R+1 r·T≈0.99 J
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2.(变压器电路的动态分析问题)如图 5 所示,是通过街头变压器降压给用户供电的示意图.
输入电压 是市区电网的电压 ,负载变化时输入电 压不会有大的波动 .输出电压 通过输电线
输送给用户,每条输电线总电阻用 R0 表示.当负载增加时,则
(AD )
A.电压表 的示数减小
V1的示 数不变 开关S闭合
V2的示 数不变
I2增大
I1增大
R负减小
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P出析与计算 解决远距离输电问题要注意以下两点: 1.首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降
压变压器、负载等,在图中标出相应物理量符号,利用输电 电流 I=P/U,输电线上损失电压 ΔU=IR 线,输电线损失功率 ΔP=I2R 线=UP 2R 线及其相关知识解答. 2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间 的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变 压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电 压关系和功率关系.
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=Emsin 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
=NΔΔΦt 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=NΔRΦ.
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例 1 如图 1 所示,交流发电机的矩形线圈 abcd 中,ab=cd=50 cm,bc=ad=30 cm,匝数 n=100 匝,
线圈电阻 r=0.2 Ω,外电阻 R=4.8 Ω.线圈在磁感应强度 B=0.05 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴
OO′匀速转动,角速度 ω=100π rad/s.
(6)16周期内通过 R 的电荷量 Q= I ·T6=R+E r·T6=nBT6SRsi+n 6r0°·T6=nBSRs+inr60°≈0.086 6 C. 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
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三、变压器电路的动态问题分析
动态分析该类问题的思路可表示为:
学案8
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例 3 用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,如图 3 所示.开始时开关 S 是断开的.现将开关 S 闭合,则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( B ) A.V1、V2 的示数不变,A1 的示数增大,A2 的示数减小,P 入增大 B.V1、V2 的示数不变,A1、A2 的示数增大,P 入增大 C.V1、V2 的示数不变,A1、A2 的示数减小,P 入减小 D.V1 的示数不变,V2 的示数增大,A1 的示数减小,A2 的示数增大,P 入减小 图3
输送给用户,每条输电线总电阻用 R0 表示.当负载增加时,则
()
A.电压表 的示数减小
B.电流表 的示数减小
C.电流表 的示数减小
图5
D.电压表 、 的示数之差增大
解析 本题考查欧姆定律和变压器的原理,意在考查学生对欧姆定律和变压器原理的理 解.输入电压是市区电网的电压,不随负载的增加而变化,变压器原、副线圈的匝数不变,
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解析 由题图乙可知该正弦交变电流的电动势最大值为 311 V, 周期等于 0.02 s,根据正弦交变电流的最大值与有效值之间的关 系 E=Em得知选项 C 错误;
2
又 f=T1,则频率为 f=50 Hz,选项 D 错误; 当 t=0.005 s 时,e=NΔΔΦt =311 V,取得最大值,穿过线圈的磁 通量变化率最大,选项 A 错误;