2020最新高中物理 第5章 交变电流章末复习课学案 新人教版必备3-2

E

m

11ΔΦn

1

f TΔt n

2

e

第5章交变电流

章末复习课

【知识体系】

[答案填空]①垂直于磁场的轴②最大③零④最大⑤sinωt⑥nBSω⑦

电流的热效应⑧

2

⑨⑩⑪n⑫交流⑬高频⑭直流⑮低频⑯

⑰I

2

n

2

⑱I2r⑲Ir

主题1交流电四值的计算及应用

1．瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦式电流瞬时值表达式为：＝E

m

sin

ωt，i＝I

m

sinωt.应当注意必须从中性面开始．在研究某一时刻或某状态的问题时，要用瞬时值．

2．峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴

旋转所产生的交变电流的电动势，其最大值E

m

＝nBSω，在考虑电容器的耐压值时，应根据交流电的最大值．

Δt

2

，I＝

I

m

2

，U＝

U

m

4．有效值：正弦式交流电的有效值E＝

E

m

(3)电动势的有效值E＝

E

m

线圈匀速转动的周期T＝＝0.02s，

ΔΦ

3．平均值：平均值需用E＝n和进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用电流的平均值，.

2

，其他交变电流的有效值根据有效值的定义计算，求电功、电功率、焦耳热、确定保险丝的熔断电流，要用电流的有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、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、额定电流都是有效值．

【典例1】如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l

1

＝20cm，ad边长l

2

＝25 cm，放在磁感应强度B＝0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1Ω，外电路电阻R＝9Ω，t＝0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里．求：

(1)t＝0时感应电流的方向；

(2)感应电动势的瞬时值表达式；

(3)线圈转一圈外力做的功；

(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量．

解析：(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.

(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100πrad/s，

图示位置的感应电动势最大，其大小为E

m

＝NBl

1

l

2

ω，

代入数据得E

m

＝314V，

感应电动势的瞬时值表达式：

e＝E

m

cosωt＝314cos100πt V.

2

，

2π

ω

线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即：

W＝I2(R＋r)T

＝

E2

R＋r

·T，

q＝

NΔΦNBΔS

＝

NBl

1

l

2，

D．t＝时刻，该交变电流的大小与其有效值相等

T⎛⎫

πt A，将t＝代入瞬时值公式得i＝20sin 100π××0.02⎪A＝102A．由以上可知B、D

8

代入数据得W＝98.6J.

(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量：

（R＋r）Δt R＋r R＋r

代入数据得q＝0.1C.

题后反思

瞬时值、平均值、有效值的应用

(1)研究交变电流某一时刻的电流、电压或某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值．

(2)不仅热量的计算用有效值，与热效应有关的计算，如保险丝的熔断电流都必须用有效值．

针对训练

1．一个按正弦规律变化的交流电的图象如图所示，由图象可知()

A．该交变电流的频率为0.2Hz

B．该交变电流的有效值为14.1A

C．该交变电流的瞬时值表达式为i＝20sin0.02t A

T

8

1

解析：由图象可知T＝0.02s，频率f＝T＝50Hz.电流最大值I

m

＝20A，故有效值为I ＝

I

m＝102A．线圈转动的角速度ω＝2πf＝100πrad/s.瞬时值表达式为i＝20sin100 2

8⎝⎭

正确．

答案：BD

主题2有关理想变压器的动态分析

分清变量和不变量，弄清U

1

、U

2

，I

1

、I

2

，R，n

1

、n

2

，P

1

、P

2

等物理量间的制约关系是对理想变压器电路进行动态分析的关键．

理想变压器电路的动态分析有下列两种情况：

1．匝数比不变的情况(如下图所示)．

U

2

n

2

(1)U

1

不变，1发生变化，故U

2

变化．

2

n

1

n

2

不变，负载R变化

U n

(1)U

1

不变，根据1＝1，输入电压U

1

决定输出电压U

2

，不论负载电阻R如何变化，U

2不变．

(2)当负载电阻发生变化时，I

2

变化，输出电流I

2

决定输入电流I

1

，故I

1

发生变化．

(3)I

2

变化引起P

2

变化，P

1

＝P

2

，故P

1

发生变化．

2．负载电阻不变的情况(如下图所示)．

n

1

n

2

改变，负载R不变

n

n

2

(2)R不变，U

2

变化，故I

2

发生变化．

U2

(3)根据P

2

＝

R，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．

【典例2】图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n

1

∶n

2

＝5∶1，电阻R＝20Ω，

L

1

、L

2

为规格相同的两只小灯泡，S

1

为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u

随时间t的变化关系如图乙所示．现将S

1

接1、S

2

闭合，此时L

2

正常发光．下列说法正确的是()

图甲