《2012版高中物理全程复习方略配套课件：选修3-2.10.1交变电流的产生和描述 (沪科版)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012版高中物理全程复习方略配套课件：选修3-2.10.1交变电流的产生和描述 (沪科版)（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1. 如图所示各图线中不表示交变电流的是 ( )【解析】选A.交流电的大小和方向随时间做周期性变化，只有大小变化的电流不是交流电.2.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，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（ ）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大【解析】选D.t1、t3时刻线圈中的感应电动势e=0，即为线圈经过中性面的时刻，此时通过线圈的磁通量为最大，但磁通量的变化率却为零，所以选项A、C不正确.t2时刻e
2、=-Em，线圈平面转至与磁感线平行，此时通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却最大，故B也不正确.每当e变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值为最大，故D正确.3.（2011宁波模拟）如图所示，表示交变电流随时间变化的图象则交变电流有效值为( )A.5 A B.5 AC.3.5 A D.3.5 A【解析】选B.设交变电流的有效值为I，据有效值的定义，得I2RT= ,解得I=5 A ,B正确.4.(2011宿州模拟)一只“220 V 100 W”的灯泡接在u=311sin314t V的交变电源上，则下列判断不正确的是( )A.灯泡能正常发光B.与灯泡串联的电流表的示数为
3、0.45 AC.与灯泡并联的电压表的示数为311 VD.通过灯泡的电流的表达式为i=0.64sin314t A【解析】选C.从电压瞬时值表达式知电压有效值为220 V，故“220 V100 W”的灯泡接在此交流电源上能正常发光，故A正确.通过灯的电流I= A=0.45 A，也是与灯串联电流表的示数，故B正确.电压表与灯并联测得的也是灯的电压有效值，故示数为220 V，所以C错误.通过灯的电流的有效值为0.45 A，故其最大值Im= 0.45 A=0.64 A，故D正确.故选C.一、正弦式电流的变化规律1.正弦式电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计时）2.两个特殊位置的特点（1）线圈平面与中性
4、面重合时,SB,最大, =0,e=0,i=0,电流方向将发生改变.（2）线圈平面与中性面垂直时,SB,=0, 最大,e最大,i最大,电流方向不改变.3.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路（1）确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em=nBS求出相应峰值.（2）明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式.如：线圈从中性面位置开始转动，则i-t图象为正弦函数图象，函数式为i=Imsint.线圈从垂直中性面位置开始转动，则i-t图象为余弦函数图象，函数式为i=Imcost.(1)只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,就产生正弦式交流电,其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面
5、内哪个位置无关.(2)因e ,故 -t图象与e-t图象总是互余的.(3)线圈转动一周两次经过中性面,所以一个周期内电流方向改变两次.【例证1】如图（a）所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角=45时如图（b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正.则下列四幅图中正确的是（ ）【解题指导】审题时应重点关注以下两点:（1）以线圈平面与磁场夹角=45时为计时起点，该条件说明t=0时，i0,iIm.（2）题目规定电流自a流向b时为电流的正向，利用该条件确定电流的正负.【自主解答】选D.t=0时，由右手定则得，此时a
6、d中电流方向为由a到d，与规定的正方向相反，电流为负值.又因为此时ad、bc两边的切割速度方向与磁场方向成45夹角，由E=2Blv，可得E=2 Blv= Em，故电流是最大值的 ，A、B均错.线圈在接下来45的转动过程中，ad、bc两边的切割速度越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小，因此C错D正确.【规律方法】交流电图象问题的分析方法（1）分析要点：一看、二变、三判.一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义.二变：掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”之间的变通关系.三判：在此基础上进行正确的分析和判断.(2)因交变电流I随时间t的变
7、化规律不再是简单的正比例（线性）关系，故需借助图象法来分析研究，这比单纯地用代数方法显得更为直观、简捷.物理图象可将抽象的变化规律形象地表述出来.用它反映某些物理量的变化过程，既可以使该变化的整体特征一目了然，又可将过程按需要分段进行研究，还可以将变化过程暂时“定格”，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究.(3)对于正弦交变电流的变化规律，不应只从其随时间按正弦规律变化这一点去认识，还应看到交流电动势随线圈在匀强磁场中空间位置的变化而变化，随线圈的磁通量变化而变化.【变式训练】(2011合肥模拟)在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd .线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合
8、 .线圈平面与磁场方向垂直.从t=0时刻起 ,线圈以恒定角速度= 绕cd边沿如图所示方向转动,规定线圈中电流沿abcda 方向为正方向,则从t=0到t=T时间内,线圈中的电流i随时间t变化关系图象为 ( )【解析】选B.在 内,线圈在匀强磁场中匀速转动,故产生正弦式交流电,由楞次定律知,电流方向为负值;在内,线圈中无感应电流;在 时,ab边垂直切割磁感线,感应电流最大,且电流方向为正值,故只有B项正确.二、交变电流“四值”的理解与应用(1)计算有效值一般取交变电流的一个周期的时间.(2)非正弦交流电要依据电流的热效应计算其有效值.【例证2】(16分)一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共
9、N匝 ,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO以如图所示的角速度匀速转动,外电路电阻为R.(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向.(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大?(3)线圈平面与磁感线夹角为60时的感应电动势为多大?(4)设发电机由柴油机带动,其他能量损失不计,线圈转一周,柴油机做多少功?(5)从图示位置开始,线圈转过60的过程中通过R的电量是多少?(6)图中电流表和电压表的示数各是多少?【解题指导】解答本题时，应把握以下三点：【标准解答】(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba. (2分)(2)Em=NBS=NBL2 (2分)(3)线圈平面与B成60角时的瞬时
10、感应电动势e=Emcos60= NBL2. (2分)(4)电动势的有效值E= (1分)电流的有效值I= ,柴油机做的功转化为电能,线圈转一周柴油机做的功(2分)(5)因为 , (2分)故电量q= (2分)（6）电流表显示干路电流的有效值,则读数为I= . (1分)电压表显示路端电压的有效值,则读数为U=IR= . (2分)【变式训练】某交变电压随时间的变化规律如图所示，则此交变电流的频率为_Hz.若将此电压加在10 F的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_V；若将该电压加在一阻值为1 k的电阻器上，该电阻器正好正常工作，为了避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_A.【解析】由图
11、象可知此正弦交变电压的周期T=0.02 s，频率f= =50 Hz；将该电压加在电容器上，电容器的耐压值不能小于200 V；若将该电压加在电阻上，电压有效值为U= V=100 V，电流为I= =0.141 A，保险丝的额定电流应略大于电路中正常工作电流,即I0.15 A.答案：50 200 0.15三、几种典型交变电流有效值的计算问题1.计算交流电有效值应注意的几个问题(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解.(2)利用两类公式Q=I2Rt和Q= 可分别求得电流有效值和电压有效值.(3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电,其中的
12、 和 周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I=Im/ ,U=Um/ 求解.2.几种典型的交变电流（1）只有正弦交流电E= Em， U= Um,I= Im才成立.其他交流电要根据有效值定义求解.（2）计算交流电的有效值时一般取一个周期的时间.【例证3】(12分)两个完全相同的电热器，分别通过如图a和b所示的电流最大值相等的方波交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比PaPb等于多少？【解题指导】解答本题时应注意以下两点：【自主解答】有效值与最大值关系I= 是仅对正弦交变电流适用，即对于b图才有 ，对于a图的方波交变电流来说，由于每时刻通过电阻R的电流都是Im，只是方向
13、做周期性变化，而对于电流通过电阻发热来说，它与电流方向是没有关系的.因此从热效应来说,a图交变电流与电流是Im的恒定电流是等效的，也可以说a图交变电流有效值就是Im.因此Ia=Im，Pa= .所以PaPb =1 =21.答案：21【变式训练】如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为（ ）A.Um B.C. D.【解析】选D.由题给图象可知，交流电压的变化规律具有周期性，用电流热效应的等效法求解.设电灯的阻值为R，正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U=Um/ ,由于一个周期内半个周期有交流电压，一周期内交
14、流电产生的热量为Q= ,设交流电压的有效值为U，由电流热效应得Q= ，所以该交流电压的有效值U=Um/2,可见只有选项D正确.【例证4】如图甲所示是一种自行车上照明用的车头灯，图乙是这种车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交变电流，给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=35 cm，摩擦小轮半径r0=1.00 cm，线圈有n=800匝，线圈横截面积S=20 cm2，总电阻R1=40 ,旋转磁极的磁感应强度B=0.010 T，车头灯电阻R2=10 .当车轮转动的角速度=8 rad/s时，求：（1）发电机磁极转动的角速度；（2）车头灯中电流的有效值.【标准解答】（1）磁极与摩擦小轮之间转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对运动，因此有r00=r,所以0= =280 rad/s（2）摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为Em=nB0S,代入数据得，Em=4.48 V感应电动势的有效值E= =3.2 V通过灯泡的电流有效值I= A=64 mA.答案:(1)280 rad/s (2)64 mA基本关系不清导致错误实验室里的交流发电机可简化为如图所示的
