《教科版高中物理选修(3-2)第二章《交变电流》学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教科版高中物理选修(3-2)第二章《交变电流》学案（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、最新教科版高中物理选修（3-2 ）第二章交变电流学案一、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 EmNBS,在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值2 有效值：正弦式交流电的有效值I Im ,其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计2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、额定电流是有效值3瞬时值：当从线圈平面处于中性面时开始计时,瞬时电动势的表达式为eEmsin 瞬t.时值对应某一时刻的电压、电
2、流值E4平均 值：平均值需用E N和 I 进行计算 ,求一段时间内通过导体横截面的电tR荷量时要用平均值q I tN R .1 / 5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 n100 匝 ,线圈电 阻 r 0.2,外电阻 R 4.8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 100 rad/s.图 1(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？(5
3、) 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,bcl2,则交流电动势的最大值Em nBl1l2 235.5 VEm 47.1 A(2) 根据闭合电路欧姆定律 ,电流的最大值 Im R r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 t,代入数值得i 47.1cos (100 t) A(3) 电流的有效值为I Im 33.3 A2路端电压的有效值为 U IR160 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 V2P IE 5 544 W则
4、发电机的功率为BS 02Bl1l2 (5) 平均电动势为 n n 150 VE n t /2通过线圈截面的电荷量Eq I tt n nBl1l2 0.15 CR rR rR r答案 (1)235.5 V(2)i 47.1cos (100t) A(3)160 V33.3 A(4)5 544 W(5)150 V0.15 C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：1 交流电的周期 (T)2,知道了周期便可以算出线圈转动的角速度一个完整的正弦波对应的时间段 T .2交流电的最大值 (Em、 Im)2 / 5图像
5、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()图 2A 周期是0.01 sB最大值是311 VC有效值是220 VD表达式为u 220sin t (V)解析由题图知：最大值Um 311 V,且为正弦交流电,有效值 U Um 220 V,周期 T 0.02 s,2表达式为u 311sin (100 t),故V B、 C 选项正确三、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：例 3用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压
6、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()图 3A. 、 的示数不变 , 的示数增大 , 的示数减小 ,P 入增大B. 、 的示数不 变 , 、 的示数增大 ,P 入增大C. 、 的示数不变 , 、 的示数减小 ,P 入减小D. 的示数不变 , 的示数增大 , 的示数减小 , 的示数增大 ,P 入减小解析 电压表 的示数由输入电压决定；电压表的示数由输入电压U1( 大小等于电压表的示数 )和匝数比 n1/n2 决定；电流表的示数由输出电压U2( 大小等于电压表的示数 )和负载电阻 R 负决定；电流表的示数即I1 由变压器的匝数
7、比n2/n1 和输出电流 I2 决定；P 入随 P 出而变化 ,由 P 出决定因输入电压不变,所以电压表的示数不变据公式U2 n2U1/n1, 可知 U2也不变 ,即电压表的示数不变又据I2 U2/R 负知 ,S 闭合后 R 负减小 ,故I2 增大 ,电流表的示数增大；输入电流I1 随输出电流I2 的增大而增大 ,故电流表的示数增大因 P 出 U2I2, 故 P 出增大 P 入随 P 出变化而变化 ,故 P 入也增大故选 B.答案 B四、远距离输电线路的分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
8、号 ,利用输电电流I P/U, 输电线上损失电压U IR 线 ,输电线损失功率PP I2R 线 U2R 线及其相关知识解答3 / 52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 ,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？解析输电线路 如图所示5(1)
9、 发电机输出的电压为400 V,经升压变压器后电压为U 1400 V 2103 V, 由 P UI 得输P40103电线上的电流 I U2103 A 20 A,输电线上损失的功率P I2R 202 5 W 2103 W.(2) 输电线上的电压损失U IR 205 V 100 V加在降压变压器原线圈两端的电压U1 U U2103V 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 U11.9 103 Vn2 U2220 V95 11.答案(1)2 103 W(2)95 111 (交变电流图像的应用)在匀强磁场中,矩形金属线
10、框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图 4 甲所示 ,产生的交变电动势的图像如图乙所示,则 ()图 4A t 0.005 s 时线框的磁通量变化率为零B t 0.01 s 时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为311 VD线框产生的交变电动势频率为100 Hz2 (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 ()4 / 5图 5A 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D 电压表、的示数之差增大3 (交变电流 “四值 ”的应用和计算)如图 6 所示 ,匀强磁场的磁感应强度B 0.5 T,边长 L 10cm 的正方形线圈abcd 共 100 匝,线圈电阻r 1 ,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,角速度 2 rad/s,外电路电阻R 4 ,求：图 6(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；1(6) 从图示位置起,6周期内通过R 的电荷量为多少？4 (远距离输电线路的分析与
